Gaya Gravitasi & Kuat Medan Gravitasi (Percepatan Gravitasi) pada Ketinggian atau Kedalaman Tertentu ǀ Pengertian, Contoh, & Persamaan

Kita telah menurunkan persamaan gaya gravitasi (Fg) secara umum dan yang telah disesuaikan khusus untuk massa bumi pada pembahasan hukum gravitasi umum Newton sebelumnya. Kita akan membahas hubungan gaya gravitasi dan kuat medan gravitasi. Beberapa buku menyebut kuat medan gravitasi adalah percepatan gravitasi (g) atau medan gravitasi.

Baca sebelumnya : Asal Konstanta Gravitasi Universal G, HubunganGaya Gravitasi Umum dengan Gaya Berat (F=mg) ǀ Percobaan Cavendish

GAYA GRAVITASI

Gaya gravitasi (gravitational force) adalah gaya (medan) yang diberikan benda bermassa kepada ruang di sekitarnya sehingga menyebabkan benda tersebut mengalami percepatan. Gaya aksi ini menimbulkan gaya reaksi yang sama besar dari benda bermassa yang ditarik, sehingga gaya gravitasi pasti sepasang, sama besar, dan berlawanan arah.

Baca sebelumnya : Hukum Gravitasi Umum Newton ǀ Bunyi,Asal Mula, Persamaan, & Analisis Percepatan Bulan-Bumi

Kita akan membatasi konteks gaya gravitasi yang lebih spesifik lagi yaitu hanya antara massa bumi dan massa benda di permukaan bumi. Persamaan yang akan kita bahas tentu hanya seputar masa bumi dan jarak pusat bumi terhadap benda tersebut. Kita biasa mengenalnya sebagai gaya berat.

Massa bumi yang besar menyebabkan ia bergeming terhadap massa yang kecil. Kita akan melihat seolah-olah jeruk jatuh menumbuk bumi. Massa jeruk dibanding massa bumi, tentu hanya bagaikan sebuah titik kecil dengan jarak yang sangat dekat. Beberapa buku menggambarkan massa jeruk lebih besar agar mudah dipahami.

Berikut persamaan gaya gravitasi umum antara dua massa sembarang dan setelah disesuaikan khusus untuk massa bumi dan benda di permukaan bumi.

Gambar 1.1. Persamaan Gaya Gravitasi Bumi dan Hubungannya dengan Gaya Berat atau Percepatan Gravitasi

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

KUAT MEDAN GRAVITASI (PERCEPATAN GRAVITASI)

Kuat medan gravitasi atau medan gravitasi adalah medan yang dibentuk oleh benda bermassa yang akan semakin lemah saat semakin jauh dari pusat massa yang memberikan gaya gravitasi. Kuat medan gravitasi ini disebut juga dengan percepatan gravitasi (g) free-fall acceleration.

Benda yang berada di permukaan bumi tentu memiliki percepatan gravitasi yang berbeda-beda tergantung dengan jaraknya terhadap pusat bumi.

Percepatan gravitasi jeruk yang diletakkan setinggi 40 km di atas permukaan bumi akan berbeda dengan yang diletakkan setinggi 0,5 km. Begitupula, saat jeruk diletakkan di kedalaman tertentu di bawah permukaan bumi. Tetapi, kenapa beberapa soal tetap menggunakan g=9,8 m/s^2?

PERCEPATAN GRAVTASI (g) PADA KETINGGIAN TERTENTU

Percepatan gravitasi (g) masih konstan 9,8 m/s^2 pada rentang jarak 0-8 km di atas permukaan bumi atau setinggi puncak Everest. Berikut persamaan percepatan gravitasi untuk benda pada ketinggian tertentu.

Gambar 1.2. Persamaan Percepatan Gravitasi (g) atau Kekuatan Medan Gravitasi pada Ketinggian Tertentu

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Kita dapat menambahkan ketinggian h sebagai jarak terhadap pusat massa bumi ke pusat massa benda. Sebenarnya, persamaan 1.2. dapat digunakan secara umum untuk benda bermassa apapun. Tetapi, kita hanya menggunakan contoh antara massa bumi dan jeruk.

Sehingga, percepatan gravitasi (g) saat seseorang berada di atas awan akan berbeda dengan yang di dekat tanah. Berat badan akan terukur lebih ringan saat di awan karena W=mg.

PERCEPATAN GRAVITASI (g) PADA KEDALAMAN TERTENTU

Misalkan seseorang berada di dasar jurang yang dalam, percepatan gravitasi (g) juga semakin kecil. Kita mendapatkan nilai g terbesar adalah saat benda berada di titik 0 km di atas permukaan bumi. Semakin ke atas semakin berkurang, begitupula semakin dalam ke bawah juga berkurang.

Hal ini terjadi karena massa yang jadi perhitungan mengecil. Perhatikan gambar 1.3. Benda berada di dalam bumi dengan jarak (RE-h). Sebenarnya, hal ini sama saja dengan menghitung g untuk benda yang berada di atas permukaan lapisan baru (bagian 1), bukankah ia lebih kecil dibanding bagian 2?

Gambar 1.3. Persamaan Percepatan Gravitasi (g) atau Kekuatan Medan Gravitasi pada Kedalaman Tertentu

- klik gambar untuk melihat lebih baik -

Kita memperoleh dua variasi persamaan g, yaitu persamaan 2 dan 3. Dengan persamaan 3, kita dapat menghitung percepatan gravitasi bumi pada ke dalaman ¼ RE adalah 7,35 m/s^2. Lebih kecil bukan dari 9,8 m/s^2?

Baca selanjutnya :

Kesimpulannya adalah gaya gravitasi bumi itu sebenarnya adalah gaya berat dan percepatan gravitasi bumi itu dapat disebut sebagai percepatan gravitasi bumi. Semakin tinggi dari permukaan bumi, semakin berkurang kuat medan gravitasinya. Begitupula saat ia berada semakin dalam mendekati pusat bumi.