gaya grafitasi

Gaya_grafitasi Kenapa kalau kita jatuh, pasti jatuhnya ke bawah? 

atau mengapa jika kita melempar suatu benda ke atas benda tersebut selalu jatuh lagi ke bawah?

Kalau kita berjalan, duduk, berdiri, tidur, mengapa semua benda di bumi ini seakan-akan menempel di permukaan bumi/lantai atau tanah? Jawabannya adalah karena adanya suatu gaya.yang.menarik.kita.selalu.menuju.ke.bawah. Gaya yang menarik kita selalu menuju ke bawah itu disebut gaya gravitasi. Gaya gravitasi terdapat pada semua benda. Semakin besar massa/berat benda tersebut, semakin besar pula gaya gravitasi yang ditimbulkannya. Bumi kita merupakan bola yang sangat besar, sehingga bumi memiliki gaya gravitasi yang besar pula yang dapat menarik segala benda yang berada di dekatnya (rumah, manusia, batu, binatang, bahkan juga bulan dan satelit yang mengelilingi bumi kita). Oleh karena itulah, walaupun kita berada di bagian bawah bola bumi, kita tidak akan jatuh karena ada gaya gravitasi bumi yang arahnya menuju pusat bola bumi. 

 Diri kita juga adalah sebuah benda yang memiliki gaya gravitasi. Tapi mengapa pulpen, buku, atau benda-benda kecil di sekeliling kita tidak menempel pada tubuh kita? Ya tentu saja, karena gaya gravitasi tubuh kita kalah oleh gaya gravitasi bumi yang kita diami ini. Lalu mengapa burung, balon udara, pesawat terbang, roket, tidak tertarik oleh gaya gravitasi bumi? Hal itu dikarenakan benda-benda tersebut memiliki gaya lain yang dapat melawan gaya gravitasi, sehingga mereka bisa melayang/lepas tidak tetap lengket/menempel pada permukaan bumi. Sejak ilmuwan Isaac Newton memperkenalkan teori kelembaman nisbinya, orang semakin menyadari pentingnya gaya tarik atau gravitasi. Namun sampai sekarang belum ada ilmuwan yang mengetahui proses terbentuknya gravitasi. Fenomena alam tsb, selama ini selalu diimbuhkan secara manual dalam perhitungan matematika oleh para ahli ilmu pengetahuan. Padahal seharusnya gaya gravitasi merupakan faktor matematika yang muncul dengan sendirinya. Memang terdengar absurd, kita sudah berabad-abad membicarakan gaya gravitasi, sambil tidak pernah mengetahui bagaimana proses kemunculannya. Para ahli matematika, fisika dan astrofisika memang menyadari keterbatasan mereka untuk menerangkan fenomena alam semesta. 

Teori relativitas Einstein atau mekanika quantum, dua puncak tertinggi ilmu fisika dan astrofisika teoritis juga belum mampu menerangkan fenomena gravitasi tsb. Memang untuk menerangkan rumus model alam semesta diperlukan penelitian terus menerus yang tidak mudah. Selain berkaitan dengan rumus matematika tinggi, juga menyangkut sejumlah materi yang baru ada dalam teori. Untuk mencoba menerangkan munculnya gaya gravitasi, para ahli ilmu pengetahuan mengembangkan teori string dan teori simetri-super. Dua teori baru itu amat rumit dan sulit difahami. Sebagai gambaran, untuk menerangkan fenomena alam dengan terori mekanika quantum saja, dibutuhkan perhitungan matematika amat rumit. Selama ini dalam ilmu fisika konvensional, termasuk di dalamnya mekanika quantum, kita hanya mengenal 4 dimensi di alam semesta, yakni tiga dimensi ruang dan waktu. Sementara dalam teori string atau teori simetri-super, para ahli menyebutkan adanya enam sampai tujuh dimensi tambahan. Kedengarannya sangat abstrak, karena kita menghitung sesuatu besaran matematika atau fisika dalam 10 atau 11 dimensi. Selain itu parameter atau unsur yang terlibat dalam rumus matematikanya masih sulit ditemukan di alam. 

Dasar dari semua perhitungannya adalah penelitian fisika partikel, untuk menerangkan adanya materi yang tidak nampak di alam semesta. Sejauh ini sudah diketahui bahwa inti atom terdiri atas tiga keluarga materi yang ukurannya lebih kecil dari atom. Setiap inti atom mengandung dua Lepton. Sebuah elektron baik berupa Myon atau Tauon, sebuah Neutrino dan pasangan Quark. Dari sana terbentuk Proton atau Neutron di dalam inti atom. Gaya antara materi partikel, menghasilan model gaya tarik menarik antara dua partikel. Selain itu para ahli matematika selalu menghadapi situasi paradox, jika memasukan besaran gravitasi pada rumus alam semesta berdasarkan teori relativitas umum Einstein. Dalam cakupan partikel elementer, setiap usaha memasukan faktor gravitasi ke dalam mekanika quantum, selalu berhenti pada perhitungan gaya tarik menarik yang seolah tidak terbatas besarnya diantara partikel. Itulah sebabnya para ahli menaruh harapan besar pada teori string, yang dibuat akhir tahun 60-an untuk menggambarkan gaya di dalam inti atom. Pada dasarnya teori itu mengibaratkan partikel elementer diibaratkan titik-titik penyusun materi. Sebagai pengikat antar ruangnya ada semacam tali amat tipis yang menghubungkan partikel-partikel elementer tsb. Itulah yang disebut String. Ukuran string berdasarkan teori adalah 10 pangkat minus 23 sentimeter, atau sekitar seperseratus milyar kali lebih kecil dari sebuah Proton.String ini kita bayangkan seperti senar gitar, yang bergetar pada frekuensi tertentu. Setiap getaran senar melambangkan nada tertentu, apakah itu berhubungan dengan elektron, quarks, neutrino atau juga partikel gaya seperti photon dan gluon. Yang menarik perhatian para ahli adalah kenyataan bahwa teori string itu secara langsung menggambarkan sifat-sifat gravitasi. Pakar fisika Sunil Mukhi dari Institut Tata untuk penelitian dasar di Bombay, India mengatakan, teori String menunjukan dengan tepat jenis partikel yang terlibat serta gaya tarik menarik diantara partikel itu.

Dalam beberapa tahun terakhir ini, para ahli fisika secara bertahap terus mengembangkan teori String. Semakin lama persamaan dan rumus-rumus matematika serta fisika yang digunakannya menjadi semakin sulit. Teori String diharapkan menjadi ibu dari seluruh teori menyangkut alam semesta. Bahkan keberadaan 11 dimensi di alam semesta juga hendak diterangkan dengan teori tsb. Kesulitannya, seperti diungkapkan Prof.Hermann Nicolai, direktur institut Max Planck untuk fisika gravitasi di Potsdam, Jerman, adalah merumuskan dengan tepat ibu dari segala teori itu.Untuk dapat mengembangkan teori String yang amat rumit, diperlukan asumsi lain menyangkut adanya simetri super di alam semesta. Jadi untuk menerangkan terbentuknya gaya gravitasi, juga dibutuhkan pengandaian adanya pasangan unsur yang merupakan bayangan cermin dari unsur-unsur yang sudah diketahui. Misalnya saja untuk elektron harus ada materi bayangan cerminnya yang disebut selektron, untuk myon harus ada smyon, untuk quark harus ada squark dan untuk photon harus ada photino. Alam semesta memang masih penuh misteri, bahkan untuk menerangkan fenomena yang sepertinya sederhana, diperlukan penelitian bertahun-tahun dan pengembangan teori yang rumit. Hukum Gravitasi Newton dan Medan Gravitasi – Gejala munculnya interaksi yang berupa gaya tarik-menarik antarbenda yang ada di alam ini disebut gaya gravitasi. Setiap benda di alam ini mengalami gaya gravitasi. Jika Anda sedang duduk di kursi, sedang berjalan, atau sedang melakukan kegiatan apapun, terdapat gaya gravitasi yang bekerja pada Anda. Gaya gravitasi merupakan gaya interaksi antarbenda. Pernahkah Anda bertanya kenapa gaya gravitasi yang Anda alami tidak menyebabkan benda-benda yang terdapat di sekitar Anda tertarik ke arah Anda, atau sebaliknya? Di alam semesta, gaya gravitasi menyebabkan planetplanet, satelit-satelit, dan benda-benda langit lainnya bergerak mengelilingi Matahari dalam sistem tata surya dalam lintasan yang tetap. Gambar 2.3 Gaya gravitasi mengikat planet-planet dan benda langit lainnya untuk tetap beredar menurut orbitnya. Isaac Newton adalah orang pertama yang mengemukakan gagasan tentang adanya gaya gravitasi. 

Menurut cerita, gagasan tentang gaya gravitasi ini diawali dari pengamatan Newton pada peristiwa jatuhnya buah apel dari pohonnya. Kemudian, melalui penelitian lebih lanjut mengenai gerak jatuhnya benda-benda, ia menyimpulkan bahwa apel dan setiap benda jatuh karena tarikan Bumi. Gambar 2.4 Gaya gravitasi adalah gaya yang ditimbulkan karena adanya dua benda bermassa m yang terpisah sejauh r. Menurut Newton, gaya gravitasi antara dua benda merupakan gaya tarik-menarik yang berbanding lurus dengan massa setiap benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara benda tersebut. Secara matematis, pernyataan mengenai gaya gravitasi tersebut dituliskan sebagai berikut. dengan: F = gaya gravitasi (N), G = konstanta gravitasi = 6,672 × 10–11 m3/kgs2, dan r = jarak antara pusat massa m1 dan m2 (m). contoh soal Dua benda masing-masing bermassa 6 kg dan 3 kg berjarak 30 cm. Berapakah besar gaya tarik-menarik antara kedua benda tersebut? Jawab Diketahui: m1 = 6 kg, m2 = 3 kg, dan r = 30 cm. Sekarang akan ditunjukkan bahwa Hukum Gravitasi Newton menunjuk pada Hukum Ketiga Kepler untuk kasus khusus orbit lingkaran. Sebuah planet yang bergerak mengelilingi Matahari dengan kelajuan dalam orbit berjari-jari lingkaran mendapat gaya tarik dari Matahari yang arahnya ke pusat lingkaran sehingga planet tersebut memiliki percepatan sentripetal. Sesuai dengan Hukum Kedua Newton tentang gerak, didapatkan persamaan berikut. Untuk orbit berbentuk elips, variabel jari-jari diganti dengan jarak rata-rata antara planet dan Matahari. 

 Medan Gravitasi Medan gravitasi adalah ruang yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Besar medan gravitasi sama dengan gaya gravitasi setiap satuan massa. Secara matematis dituliskan sebagai berikut. g = F / m Dengan mengganti nilai F pada Persamaan (2–4) dengan persamaan gaya tarik gravitasi Persamaan (2–2), akan diperoleh Kuat medan gravitasi g sering disebut percepatan gravitasi dan merupakan besaran vektor. Apabila medan gravitasi tersebut ditimbulkan oleh lebih dari satu benda, kuat medan yang ditimbulkan oleh gaya-gaya tersebut pada suatu titik harus ditentukan dengan cara menjumlahkan vektorvektor kuat medannya.