Hukum Gravitasi Universal Newton

Persamaan Newton pertama kali muncul di Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica, Juli 1687. Ini menjelaskan mengapa apel jatuh dari pohon itu di kebun itu di Lincolnshire. Terlepas dari apakah apel itu benar-benar mendarat di kepala Isaac Newton, seperti yang dialami beberapa cerita, persamaan ini menjelaskan mengapa Anda tetap berakar di tanah, yang mengunci Bumi dalam orbit di sekitar matahari dan digunakan oleh para insinyur NASA untuk mengirim manusia ke bulan.

Hukum Gravitasi Universal Newton merangkum gagasan bahwa semua partikel materi di alam semesta saling tarik menarik melalui gaya gravitasi – hukum Newton memberi tahu kita seberapa kuat daya tarik itu. Persamaan mengatakan bahwa gaya (F) antara dua benda sebanding dengan produk dari massa mereka (m1 dan m2), dibagi dengan kuadrat jarak di antara mereka. Istilah yang tersisa dalam persamaan, G, adalah konstanta gravitasi, yang harus diukur dengan eksperimen dan, pada 2007, para ilmuwan AS telah mengukurnya sekitar 6,693 × 10−11 meter kubik per kilogram kuadrat kedua.

Newton datang ke rumus setelah mempelajari berabad-abad pengukuran dari para astronom sebelum dia. Stargazer telah menghabiskan ribuan tahun mengkatalogkan posisi bintang-bintang dan planet-planet di langit malam dan, pada abad ke-17, astronom dan matematikawan Jerman Johannes Kepler telah menyusun geometri gerakan-gerakan ini. Dengan melihat pergerakan Mars, Kepler telah menghitung bahwa planet-planet mengorbit matahari di jalur elips dan, dalam semacam jam langit, tiga hukum gerakan planetnya memungkinkan para astronom untuk mengetahui posisi planet-planet di masa depan berdasarkan data, dari catatan masa lalu.

Sir Isaac Newton adalah ilmuwan pertama yang secara tepat mendefinisikan gaya gravitasi, dan menunjukkan bahwa itu dapat menjelaskan benda jatuh dan gerakan astronomi. Tetapi Newton bukan yang pertama kali curiga bahwa gaya yang sama menyebabkan berat badan dan gerakan planet kita. Pendahulunya, Galileo Galilei, berpendapat bahwa tubuh yang jatuh dan gerakan planet memiliki penyebab yang sama. Beberapa orang sezaman Newton, seperti Robert Hooke, Christopher Wren, dan Edmund Halley, juga telah membuat beberapa kemajuan menuju pemahaman gravitasi. Tetapi Newton adalah yang pertama mengusulkan bentuk matematika yang tepat dan menggunakan bentuk itu untuk menunjukkan bahwa gerakan benda-benda langit harus berbentuk kerucut — lingkaran, elips, parabola, dan hiperbola. Prediksi teoretis ini adalah kemenangan besar — telah diketahui selama beberapa waktu bahwa bulan, planet, dan komet mengikuti jalur seperti itu, tetapi tidak ada yang bisa mengusulkan mekanisme yang menyebabkan mereka mengikuti jalur ini dan bukan yang lain.

Menurut catatan awal, Newton terinspirasi untuk membuat hubungan antara benda jatuh dan gerakan astronomi ketika ia melihat sebuah apel jatuh dari pohon dan menyadari bahwa jika gaya gravitasi dapat meluas di atas tanah ke pohon, itu mungkin juga mencapai Matahari. Inspirasi apel Newton adalah bagian dari cerita rakyat di seluruh dunia dan bahkan mungkin didasarkan pada fakta. Sangat penting melekat padanya karena hukum gravitasi universal Newton dan hukum geraknya menjawab pertanyaan yang sangat lama tentang alam dan memberikan dukungan luar biasa pada gagasan tentang kesederhanaan dan kesatuan yang mendasar di alam. Para ilmuwan masih mengharapkan kesederhanaan yang mendasari muncul dari penyelidikan mereka yang sedang berlangsung ke alam.

Hukum Kepler menjelaskan bagaimana planet-planet bergerak mengelilingi matahari tetapi tidak mengapa. Newton mengisi celah itu dengan mengandaikan ada gaya yang bekerja di antara benda-benda yang bergerak di sekitar satu sama lain.Hukum Gravitasi Universal Newton

Cerita berlanjut ketika Newton melihat sebuah apel jatuh ke tanah dan itu membuatnya bertanya-tanya mengapa buah selalu jatuh langsung ke tanah; mengapa itu tidak membelok ke kiri atau ke kanan? Menurut hukum geraknya sendiri, segala sesuatu yang mulai bergerak dari awal berdiri sedang mengalami percepatan dan, di mana ada akselerasi, pasti ada gaya. Apel dimulai di pohon dan mendarat di Bumi, yang berarti harus ada daya tarik antara apel dan Bumi.

Dan bahkan jika apel lebih tinggi di pohon, masih akan merasakan gaya tarik-menarik dengan Bumi ini, alasan Newton. Faktanya, daya tarik itu seharusnya tidak berhenti di atas pohon tetapi terus naik ke langit. Yang menimbulkan pertanyaan: jika segala sesuatu di sekitar Bumi harus merasakan daya tarik ini, termasuk bulan, mengapa tetangga terdekat kita tidak jatuh dan menabrak permukaan planet kita dengan cara yang sama seperti apel?

Newton menyimpulkan bahwa bulan memang merasakan efek dari daya tarik Bumi dan bahwa ia memang jatuh ke bumi, tetapi ada alasan yang sangat bagus mengapa ia tidak jatuh. Dia menggunakan eksperimen pikiran untuk menjelaskan pemikirannya: bayangkan Anda menembakkan bola meriam secara horizontal dari puncak gunung di Bumi. Bola akan mengikuti lintasan melengkung saat bergerak maju dan tertarik, oleh gravitasi, ke tanah pada saat yang sama. Tembakan bola meriam dengan lebih banyak energi dan itu akan mendarat lebih jauh dari gunung, tetapi masih akan mengikuti lintasan melengkung dalam melakukannya.

Newton mengusulkan bahwa, jika Anda menembakkan bola meriam dengan energi yang cukup, ia bisa terbang jauh di sekitar Bumi dan tidak pernah mendarat, karena Bumi akan melengkung di bawah bola dengan kecepatan yang sama dengan bola jatuh. Dengan kata lain, bola sekarang akan berada di orbit di sekitar Bumi.

Dan inilah yang terjadi dengan bulan – ia jatuh bebas di sekitar Bumi tetapi bergerak cukup cepat sehingga permukaan bumi tidak pernah “menangkap” nya.

Hukum Newton memberi tahu kita bahwa kekuatan gaya gravitasi antara dua benda turun dengan cara yang sama ketika cahaya menjadi redup ketika Anda menjauh darinya, suatu hubungan yang secara matematis dikenal sebagai hukum kuadrat terbalik.

Cara lain untuk memvisualisasikan drop-off di lapangan adalah dengan membayangkan medan gravitasi di sekitar benda sebagai serangkaian bola konsentris. Setiap bola mewakili “jumlah” medan gravitasi yang sama tetapi bola lebih jauh dari objek lebih besar, sehingga jumlah bidang yang sama tersebar lebih tipis, di atas area yang lebih besar. Dengan demikian bidang menjadi semakin lemah saat Anda menjauh dari objek, sebanding dengan area permukaan bola ini.

M1 dan m2 bisa berupa planet dan bintang atau mereka bisa jadi Anda dan Bumi. Hitung persamaan menggunakan angka untuk massa Anda dan bumi, dan Anda akan mendapatkan berat badan Anda, diukur dalam Newton. Berat, dalam istilah ilmiah yang sebenarnya, adalah gaya gravitasi yang bekerja pada massa Anda (yang diukur dalam kilogram) pada titik waktu mana pun. Massa Anda akan tetap sama ke mana pun Anda pergi di alam semesta tetapi berat Anda akan berfluktuasi tergantung pada massa dan posisi benda-benda di sekitar Anda.

Hukum gravitasi Newton adalah persamaan sederhana, tetapi sangat efektif: tancapkan angka-angka dan Anda dapat memprediksi posisi semua planet, bulan dan komet yang mungkin ingin Anda tonton, di mana saja di tata surya dan di luarnya.

Dan itu memungkinkan kita untuk menambah benda-benda angkasa itu juga, yang menandai usia ruang angkasa. Rumus Newton membantu insinyur menentukan berapa banyak energi yang kita butuhkan untuk memutus ikatan gravitasi Bumi. Jalur setiap astronot dan orbit setiap satelit yang kita manfaatkan – apakah untuk komunikasi, pengamatan Bumi, penelitian ilmiah di sekitar Bumi atau planet lain, informasi pemosisian global – dihitung menggunakan rumus sederhana ini.

Baca Juga

© 2022 Sridianti.com