Gravitasi Bumi dan Alam Semesta

Kejadian-kejadian alam yang kita amati di sekitar kita sering menimbulkan berbagai pertanyaan. Mengapa benda jatuh selalu mengarah ke pusat bumi ( ke bawah)? Mengapa bentuk benda-benda langit, seperti bulan,planet , dan matahari bulat seperti bola? Mengapa bulan mengitari bumi? Mengapa Planet-planet mengitari matahari? Gaya apakah yang mempertahankan bulan dan planet-planet dalam tata surya? Apakah peristiwa-peristiwa ini diakibatkan oleh gaya yang sama? Pertanyaan-pertanyaan ini dan banyak pertanyaan lain yang terkait dapat anda temukan jawabannya setelah mempelajari materi gravitasi.

Selain mengembangkan ketiga hukum tentang gerak, Newton juga meneliti pergerakan bulan dan planet-planet. Newton memikirkan gaya yang memperthankan bulan mengelilingi bumi pada orbitnya yang berbentuk lingkaran. 

Menurut sebuah cerita yang sudah sangat terkenal, konon ide awal tentang gravitasi diilhami saat Newton melihat buah apel yang jatuh dari pohon. Buah apel dan semua benda yang jatuh ke bumi mengalami percepatan dan selalu mengarah ke bawah (pusat bumi). Berarti ada yang menarik benda tersebut ke bawah.Siapa? Tentu bumilah yang menariknya. Jika buah apel jatuh dari pohon, berarti gaya tarik bumi bekerja di puncak pohon, di puncak bukit, atau bahkan sampai juga ke bulan!
Jika gravitasi bekerja pada apel yang jatuh , bulan dan planet-planet, Newton berksimpulan gaya gravitasi berlaku universal pada semua benda-benda di alam semesta. Semantara itu Newton juga menyadari bulan bergerak melingkar, yang tentu saja harus muncul gaya sentripetal. Newton berkeyakinan bahwa gaya sentripetal yang mempengaruhi gerak melingkar bulan tidak lain adalah gaya gravitasi. Setalah yakin keberadaan gaya gravitasi, Newton mempublikasikan hukum Gravitasi universal pada tahun 1687 yang ditulis dalam buku “ Philosophiae naturalis principia mathematica” yang dinyatakan sebagai berikut :

Setiap benda menarik benda lain yang besarnya sebanding dengan hasil kali massa-massa kedua benda tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya.

Besar gaya tarik-menarik kedua benda tersebut dinamakan gaya gravitasi. Secara matematis dituliskan sebagai

Gaya gravitasi merupakan salah satu gaya yang merupakan bagian dari “ hukum kuadrat terbalik ( inverse-square lawa)” Pada awalnya gagasan newton tentang gravitasi sulit diterima. Gaya gravitasi bekerja pada jarak jauh tanpa melalui kontak. Bumi menarik apel, bulan meskipun tidak
ada kontak diantara keduanya.Pada tahun 1798 Henry Cavendish mengukur nilai G untuk pertama kalinya. Gambar (2.2) adalah sketsa dari peralatan cavendish. Dua bola kecil identik bermassa masing-masing m ditempatkan pada ujung-ujung sebuah batang ringan horisontal yang digantungkan pada sebuah tali yang sangat halus. Ketika bola besar yang bermassa ditempatkan sedemikian rupa terjadi gaya gravitasi antara benda m dan M, sehingga akan menghasilkan puntiran dari titik kesetimbangan sebesar sudut θ terhadap tali penggantung. Besar gaya gravitasi ditentukan dari besar puntiran yang dapat

dideteksi dengan mengarahkan berkas cahaya ke sebuah cermin. Karena F, m, M, dan r dapat diukur, maka nilai G dapat dicari. Nilai G yang diakui sekarang adalah

Gaya gravitasi yang paling kita kenal adalah gaya berat atau cuku “berat” saja. Berat sebuah benda sebenarnya adalah gaya tarik bumi terhadap benda tersebut.  Hukum II Newton tentang gerak mengatakan gaya dapat menimbulkan percepatan pada benda ( F = m.a). Sebuah benda benda bermassa m berada di jarak r dari pusat bumi yang bermassa M. akan mengalami gaya gravitasi sebesar

 karena F = m.a, maka dapat dituliskan :

 Percepatan a pada persamaan (2….) sering disebut percepatan gravitasi, disimbolkan dengan huruf g. Berapakah percepatan gravitasi di permukaan bumi? Diketahui massa bumi M = 5,98 x 10^24 kg dan jari-jari bumi R = 6,4 x 10^6 m, diperoleh :

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan gravitasi menggunakan Teori Relativitas Umum dari Einstein, namun hukum gravitasi universal Newton yang lebih sederhana merupakan hampiran yang cukup akurat dalam kebanyakan kasus.

Sebagai contoh, bumi yang memiliki massa yang sangat besar menghasilkan gaya gravitasi yang sangat besar untuk menarik benda-benda di sekitarnya, termasuk makhluk hidup, dan benda-benda yang ada di bumi. Gaya gravitasi ini juga menarik benda-benda yang ada di luar angkasa, seperti bulan, meteor, dan benda angkasa lainnya, termasuk satelit buatan manusia.