Koreksi Data Gravity

Dalam pemrosesan data metoda gayaberat terdapat beberapa tahapan dengan koreksi-koreksi diantaranya adalah :

1. Koreksi Apungan (Drift Correction)

    Koreksi ini dilakukan untuk menghilangkan pengaruh perubahan kondisi alat (gravimeter) terhadap nilai pembacaan. Koreksi apungan muncul karena gravimeter selama digunakan untuk melakukan pengukuran akan mengalami goncangan, sehingga akan menyebabkan bergesernya pembacaan titik nol pada alat tersebut. Koreksi ini dilakukan dengan cara melakukan pengukuran dengan metode looping, yaitu dengan pembacaan ulang pada titik ikat (base station) dalam satu kali looping, sehingga nilai penyimpangannya diketahui. Besarnya koreksi Drift dirumuskan sebagai berikut

drift dengan g adalah medan gravitasi hasil pengukuran (mGal).

2. Koreksi Pasang Surut (Tidal Correction)

    Koreksi ini adalah untuk menghilangkan gaya tarik yang dialami bumi akibat bulan dan matahari, sehingga di permukaan bumi akan mengalami gaya tarik naik turun. Hal ini akan menyebabkan perubahan nilai medan gravitasi di permukaan bumi secara periodik. Koreksi pasang surut juga tergantung dari kedudukan bulan dan matahari terhadap bumi. Koreksi tersebut dihitung berdasarkan perumusan Longman (1965) yang telah dibuat dalam sebuah paket program komputer. Koreksi ini selalu ditambahkan terhadap nilai pengukuran, dari koreksi akan diperoleh nilai medan gravitasi di permukaan topografi yang terkoreksi drift dan pasang surut.

3. Koreksi Lintang (Latitude Correction)

    Koreksi lintang digunakan untuk mengkoreksi gayaberat di setiap lintang geografis karena gayaberat tersebut berbeda, yang disebabkan oleh adanya gaya sentrifugal dan bentuk ellipsoide. Dari koreksi ini akan diperoleh anomali medan gayaberat. Medan anomali tersebut merupakan selisih antara medan gayaberat observasi dengan medan gayaberat teoritis (gayaberat normal).

Menurut (Sunardy, A.C., 2005) gayaberat normal adalah harga gayaberat teoritis yang mengacu pada permukaan laut rata-rata sebagai titik awal ketinggian dan merupakan fungsi dari lintang geografi. Medan gayaberat teoritis diperoleh berdasarkan rumusan-rumusan secara teoritis, maka untuk koreksi ini menggunakan rumusan medan gayaberat teoris pada speroid referensi (z = 0) yang ditetapkan oleh The International of Geodesy (IAG) yang diberi nama Geodetic Reference System 1967 (GRS 67) sebagai fungsi lintang (Burger, 1992).

4. Koreksi Ketinggian

    Koreksi ini digunakan untuk menghilangkan perbedaan gravitasi yang dipengaruhi oleh perbedaan ketinggian dari setiap titik pengamatan. Koreksi ketinggian terdiri dari dua macam yaitu

    a) Koreksi Udara Bebas (free-air correction)

    b) Koreksi Bouguer

a) Koreksi Udara Bebas (free-air correction)

    Koreksi udara bebas merupakan koreksi akibat perbedaan ketinggian sebesar h dengan mengabaikan       adanya massa yang terletak diantara titik pengamatan dengan sferoid referensi. Koreksi ini dilakukan untuk mendapatkan anomali medan gayaberat di topografi. Untuk mendapat anomali medan gayaberat di topografi maka medan gayaberat teoritis dan medan gayaberat observasi harus sama-sama berada di topografi, sehingga koreksi ini perlu dilakukan. Koreksi udara bebas dinyatakan secara metematis dengan rumus :

                                                          FAC =0.3085h mGal

dimana h adalah beda ketinggian antara titik amat gayaberat dari sferoid referensi (dalam meter).

Setelah dilakukan koreksi tersebut maka akan didapatkan anomali udara bebas di topografi yang dapat dinyatakan dengan rumus :

                                                       FAA =gobs-g(f) +FAC mGal

dimana :

FAA  : anomali medan gayaberat udara bebas di topografi (mGal)

Gobs : medan gayaberat observasi di topografi (mGal)

G(f)   : medan gayaberat teoritis pada posisi titik amat (mGal)

FAC : koreksi udara bebas (mGal)

b). Koreksi Bouguer

     Bouguer Correction adalah harga gaya berat akibat massa di antara referensi antara bidang referensi muka air laut sampai titik pengukuran sehingga nilai g observasi bertambah. Setelah dilakukan koreksi-koreksi terhadap data percepatan gravitasi hasil pengukuran (koreksi latitude, elevasi, dan topografi) maka diperoleh anomali percepatan gravitasi (anomali gravitasi Bouguer lengkap) yaitu :

                                                  gBL = gobs ± g(ϕ) + gFA–gB + gT

dimana :

gobs  =  medan gravitasi observasi yang sudah dikoreksi pasang surut
g(ϕ)   =  Koreksi latitude
gFA  =  Koreksi udara bebas (Free Air Effect)
gB     =  Koreksi Bouguer
gT     =  Koreksi topografi (medan)

Dengan memasukan harga-harga numerik yang sudah diketahui,

                                           gBL = gobs ± g(ϕ) + 0.094h– (0.01277h – T) σ

5. Koreksi Medan (Terrain Corection)

    Koreksi medan digunakan untuk menghilangkan pengaruh efek massa disekitar titik observasi. Adanya bukit dan lembah disekitar titik pengamatan akan mengurangi besarnya medan gayaberat yang sebenarnya. Karena efek tersebut sifatnya mengurangi medan gayaberat yang sebenarnya di titik pengamatan maka koreksi medan harus ditambahkan terhadap nilai medan gayaberat.

Anomali Bouguer

    Nilai anomali Bouguer lengkap dapat diperoleh dari nilai anomali Bouguer sederhana yang telah terkoreksi medan, Merupakan anomali yang dicari dengan cara mereduksi hasil pengukuran lapangan dengan koreksi-koreksi seperti yang telah diuraikan di atas.

                                      Dg = {Dg_obs ± Dg_F + (3,086 – 0,4191r) h + Tr} gu

Sumber :

- http://1902miner.wordpress.com/bfiabhfcbafhueceaj/geofisika-terapan/metode-gravity/ ( di akses pada 15   April 2014

Gravity Surveying ( Pengukuran Survei Gravitasi/Survei Metode Gaya Berat )

   Perkembangan di bidang eksplorasi gravitasi telah signifikan dari Galileo sampai ke adaptasi terbaru dari sistem navigasi inersia. keseimbangan torsi ke gravimeter adalah salah satu saat yang paling menarik dalam eksplorasi geofisika. Gravimeter telah dibuat untuk beroperasi jauh di bawah air, di permukaan laut, di udara, dan di lubang bor. keakuratan akhir umumnya dibatasi oleh kesalahan dalam data posisi bukan presisi instrumen gravitasi. Pencapaian presisi microgal merupakan salah satu perkembangan teknik paling luar biasa. Interpretasi data seiring dengan pengembangan instrumen, namun laporan pada metode dan keberhasilan serius ( setidaknya 10 tahun) dalam literatur. Masalah ambiguitas berkaitan dengan distribusi massa telah jelas dilaporkan, bagaimanapun, adalah tidak cukup diperlakukan untuk pemisahan anomali. Meskipun demikian, banyak makalah  berhubungan dengan resolusi anomali yang tersebar di seluruh literatur, dari operator cincin untuk transformasi Fourier cepat. Banyak diskusi juga ada di depan dan perhitungan invers, tetapi sedikit perhatian telah diberikan dalam literatur untuk interpretasi praktis, terutama dalam integrasi gravitasi dengan data geofisika seismik, magnetik, dan bor.

Definisi
Gravity Survei - Pengukuran medan gravitasi di serangkaian lokasi yang berbeda atas suatu daerah tertentu. Tujuan dalam pekerjaan eksplorasi adalah untuk variasi berasosiasi dengan perbedaan dalam distribusi kepadatan dan jenis batu.

    Metode ini umumnya digunakan dalam eksplorasi minyak untuk menemukan struktur yang merupakan jebakan minyak (oil trap), dan dikenal sebagai metode awal saat akan melakukan eksplorasi daerah yang berpotensi hidrokarbon. Disamping itu metode ini juga banyak dipakai dalam eksplorasi mineral dan lain-lain. Meskipun dapat dioperasikan dalam berbagai macam hal tetapi pada prinsipnya metode ini dipilih karena kemampuannya dalam membedakan rapat massa suatu material terhadap lingkungan sekitarnya. Dengan demikian struktur bawah permukaan dapat diketahui. Pengetahuan tentang struktur bawah permukaan ini penting untuk perencanaan langkah-langkah eksplorasi baik itu minyak maupun mineral lainnya. Eksplorasi metode ini dilakukan dalam bentuk kisi atau lintasan penampang.

    Dalam metode ini penelitian dapat digolongkan menjadi 3 tahap, tahap ini umum digunakan juga pada metode geofisika yang lainnya. Antaralain adalah Akuisisi Data, Prosesing Data, dan Interpretasi. Dalam hal ini kita akan coba bahas beberapa point dalam proses akuisisi data. Akuisisi data ini adalah proses pengambilan data di lapangan. Dalam proses ini dibagi menjadi beberapa tahap yang harus dilakukan.

      Mulai dari mengatahui informasi dari daerah yang akan diukur dan persiapan alatnya. Beberapa diantara alat itu adalah

• Seperangkat Gravitimeter
• GPS
• Peta Geologi dan peta Topografi
• Penunjuk Waktu
• Alat tulis
• Kamera
• Pelindung Gravitimeter
• Dan beberapa alat pendukung lainnya

   Setelah peralatan telah tersedia, langkah awal untuk pengukuran adalah menggunakan peta geologi dan peta topografi, hal ini bertujuan untuk menentukan lintasan pengukuran dan base station yang telah diketahui harga percepatan gravitasinya. Akan tetapi ada beberapa parameter lain yang dibutuhkan juga dalam penentuan base station, lintasan pengukuran dan titik ikat. Antara lain adalah :

• Letak titik pengukuran harus jelas dan mudah dikenal.
• Lokasi titik pengukuran harus dapat dibaca dalam peta.
• Lokasi titik pengukuran harus mudah dijangkau serta bebas dari gangguan kendaraan bermotor, mesin, dll.
• Lokasi titik pengukuran harus terbuka sehingga GPS mampu menerima sinyal dari satelit dengan baik tanpa ada penghalang.

   Sehingga dapat disimpulkan lokasi titik acuan harus berupa titik/tempat yang stabil dan mudah dijangkau. Penentuan titik acuan sangat penting, karena pengambilan data lapangan harus dilakukan secara looping, yaitu dimulai pada suatu titik yang telah ditentukan, dan berakhir pada titik tersebut. Titik acuan tersebut perlu diikatkan terlebih dahulu pada titik ikat yang sudah terukur sebelumnya. Dalam alur pengambilan data dilakukan dengan proses looping. Tujuan dari sistem looping tersebut adalah agar dapat diperoleh nilai koreksi apungan alat (drift) yang disebabkan oleh adanya perubahan pembacaan akibat gangguan berupa guncangan alat selama perjalanan. Dalam pengukuran gayaberat terdapat beberapa data yang perlu dicatat meliputi waktu pembacaan (hari, jam, dan tanggal), nilai pembacaan gravimeter, posisi koordinat stasiun pengukuran (lintang dan bujur) dan ketinggian titik ukur. Pengambilan data dilakukan di titik-titik yang telah direncanakan pada peta topografi dengan interval jarak pengukuran tertentu.

   

   Hal penting yang perlu diperhatikan adalah melakukan kalibrasi alat dan menentukan titik acuan (base station) sebelum melakukan pengambilan data gayaberat dititik-titik ukur lainnya. Mencari besarnya harga medan gravitasi suatu base station (titik ikat) pengukuran dapat dilakukan dengan persamaan :

gbs = gref + (gpembacaan bs+gpembacaan ref)

gbs = harga medan gravitasi base station

gref = harga medan gravitasi titik referensi

gpembacaan bs = harga pembacaan gravitasi di base station

gpembacaan ref = harga pembacaan gravitasi di titik referensi

Contoh dalam studi kasus pengukuran yang digunakan dalam suatu survey untuk menentukan daerah geothermal/panas bumi dapat dilakukan dengan beberapa parameter dan terlihat seperti pada gambar berikut.

Titik Ukur Pada Lintasan Akuisisi

   Lintasan pengambilan data terdiri dari lintasan A, B, C, D, E, F dan G sebanyak 189 titik pengambilan data. Pada lintasan regional terdapat 74 titik ukur, sehingga jumlah titik pengambilan data terdapat 263 titik. Sehingga dalam titik ukur tersebut terdapat dua jenis titik ukur, lintasan utama dan lintasan regional. Lintasan utama ini merupakan pengukuran inti yang letak titik ukurnya berada pada sepanjang lintasan yang telah ditentukan. Dan lintasan regional adalah pengukuran yang titik ukurnya tidak berada di lintasan utama yang telah ditentukan. Pada satu lintasan pengukuran, interval pengambilan titik adalah 250-500 m. Pada lintasan regional interval pengambilan titik adalah 500-1000 m sedangkan interval pengambilan titik pada daerah manifestasi panas bumi berkisar antara 100-150 m. Sehingga setelah semua proses akuisisi telah selesai, dapat dilanjutkan ke proses prosesing data dengan berbagai pengolahan.

Signifikansi dan Penggunaan

   Konsep - Panduan ini merangkum peralatan, prosedur lapangan, dan metode interpretasi digunakan untuk penentuan kondisi bawah permukaan karena variasi kerapatan menggunakan metode gravitasi. Pengukuran gravitasi dapat digunakan untuk fitur geologi peta utama lebih dari ratusan kilometer persegi dan untuk mendeteksi dangkal fitur yang lebih kecil di dalam tanah atau rock. Di beberapa daerah, metode gravitasi dapat mendeteksi rongga bawah permukaan.

Manfaat lain dari metode gravitasi adalah bahwa pengukuran dapat dilakukan di daerah budaya banyak dikembangkan, dimana metode geofisika lainnya mungkin tidak bekerja. Sebagai contoh, pengukuran gravitasi bisa dibuat di dalam bangunan, di daerah perkotaan dan di daerah kebisingan budaya, listrik, dan elektromagnetik. Pengukuran kondisi bawah permukaan dengan metode gravitasi membutuhkan sebuah gravimeter dan sarana untuk menentukan lokasi dan elevasi relatif sangat akurat dari stasiun gravitasi.

Unit pengukuran yang digunakan dalam metode gravitasi adalah gal, berdasarkan gaya gravitasi di permukaan bumi. Gravitasi rata-rata di permukaan bumi adalah sekitar 980 gal. Unit umum digunakan dalam survei gravitasi daerah adalah milligal (10 - gal 3). Teknik aplikasi lingkungan memerlukan pengukuran dengan akurasi dari beberapa gals μ (10-6 gals), mereka sering disebut sebagai survei mikro.

Sebuah survei gravitasi rinci biasanya menggunakan stasiun pengukuran berjarak dekat (beberapa meter untuk beberapa ratus kaki) dan dilakukan dengan gravimeter mampu membaca ke beberapa μ gals. Detil survei digunakan untuk menilai geologi lokal atau kondisi struktural.

Sebuah survei gravitasi terdiri dari melakukan pengukuran gravitasi di stasiun sepanjang garis profil atau grid. Pengukuran diambil secara berkala di base station (lokasi referensi stabil noise-free) untuk mengoreksi drift instrumen.

Data gaya berat berisi anomali yang terdiri dari dalam efek lokal regional dan dangkal. Ini adalah efek lokal dangkal yang menarik dalam pekerjaan mikro. Banyak diterapkan pada data lapangan mentah. Koreksi ini termasuk lintang, elevasi udara bebas, koreksi Bouguer (efek massa), pasang surut Bumi, dan medan. Setelah pengurangan tren regional, sisa atau data gayaberat Bouguer anomali sisa dapat disajikan sebagai garis profil atau di peta kontur. Peta anomali gaya berat sisa dapat digunakan untuk kedua interpretasi kualitatif dan kuantitatif. Rincian tambahan metode gravitasi diberikan dalam Telford et al (4); Butler (5); Nettleton (6), dan Hinze (7).

Parameter Terukur dan Perwakilan Nilai:

Metode gravitasi tergantung pada variasi lateral dan kedalaman dalam kepadatan material bawah permukaan. Kepadatan dari tanah atau batuan merupakan fungsi dari densitas mineral pembentuk batuan, porositas medium, dan densitas dari cairan mengisi ruang pori. Rock kepadatan bervariasi dari kurang dari 1,0 g / cm 3 untuk beberapa batu vulkanik vesikuler lebih dari 3,5 g / cm 3 untuk beberapa batuan beku ultrabasa.

Sebuah kontras densitas yang memadai antara kondisi latar belakang dan fitur yang sedang dipetakan harus ada untuk fitur yang akan terdeteksi. Beberapa geologi yang signifikan atau batas hidrogeologi mungkin tidak memiliki kontras densitas medan-terukur di antara mereka, dan karenanya tidak dapat dideteksi dengan teknik ini. Sedangkan metode gravitasi langkah-langkah variasi densitas bahan bumi, itu adalah penerjemah yang berdasarkan pengetahuan tentang kondisi lokal atau data lain, atau keduanya  harus menginterpretasikan data gravitasi dan tiba di solusi geologi yang wajar.

Berikut Vidio yang dapat melengkapai bahasan diatas.

                   ( http://www.youtube.com/watch?v=9P6GEpxFtSY )

Sumber :

-http://cakrawala-upi.blogspot.com/2011/05/metode-gravity-eksplorasi-geofisika.html ( di akses pada 15    April 2014 )

-http://geofisika-cme.blogspot.com/p/gravity.html ( di akses pada 15 April 2014 )

Instrumen dari Metode Gravitasi ( Metode Gaya Berat )

Setiap gravimeter menggunakan prinsip yang berlainan dimana terdapat alat yang menggunakan barometer dan ada juga alat yang menggunakan kaedah elektrik. Kebanyakan alat gravimeter menggunakan konsep anjakan satu jisim kecil yang digantung dengan penggantung yang mengganjal sebagai fungsi gravity.
Namun secara umum, prinsip dasar dari kerja alat Gravimeter adalah gravimeter ini pada dasarnya merupakan suatu neraca pegas yang mempunyai massa yang terkena gaya berat akan menyebabkan panjang pegas berubah.

Berdasarkan hukum hooke yang menyatakan bahwa perubahan panjang pegas adalah sebanding dengan perubahan panjang gaya, maka:

              F = m.g = k.s, dan

            Δs = (m/k).Δg

Dengan :

F  =  gaya yang dihasilkan (Newton)

g   =  percepatan gravitasi bumi(m/s2)

k   =  konstanta elastic pegas (N/m)

m  =  massa beban (kg)

Δs =  perubahan panjang pegas (m)

Δg =  perubahan gaya berat (m/s2)

   Terdapat dua (2) jenis gravimeter yaitu Gravimeter Jenis Stabil dan Gravimeter Jenis Tak Stabil

1.      Gravimeter Jenis Stabil

Gravimeter jenis ini menggunakan kaedah spring untuk menyeimbangkan gravity dengan daya yang berlawanan. Anjakan dapat diukur dengan pertambahan atau berkurangnya gravity yang akan memanjangkan atau memendekkan spring utama. Hal itu boleh dikembalikan pada nilai rujukan yang tetap dengan merubah ketegangan spring pelaras. Nilai pelarasan ketegangan ini adalah fungsi secara langsung perubahan gravity dari nilai rujukan.

a.A-10 Gravimeter  

Gravimeter ini merupakan alat yang menyatukan sensor ukuran perbagai perubahan gravity di kawasan yang jauh dan dekat. Disebabkan terdapat berbagai bahan mineral di bawah tanah, maka luas tarikan gravity di suatu titik dengan suatu titik yang lain senantiasa berubah. Unit penciriaan gravity adalah dalam bentuk bulat bumi yang bergantung kepada satu magnetik yang stabil. A-10 Gravimeter diisikan dengan satu cairan yang bernama liquid helium filleddewar dan suhu-nya adalah 4.2k mengawasi pada beberapa μk. Tindak balas daripada negative untuk menjadikan alatnya sama dengan 0, dan tindak balas daripada voltan untuk berfungsi sebagai sama dengan perubahan ukur gravity.

Gambar1.A-10 Gravimeter

Aplikasi Alat A-10 Gravimeter:

- Mencari minyak dan gas bumi

- kajian nilai anomali medan potensial dari  bahan material/batuan/mineral

 b.Scinntrex  CG-3/3M

Alat ini merupakan sejenis alat gravimeter microprocessor based automatic  dimana alat ini dapat mengukur hingga 7000 mGal tanpa perlu resetting dan berkemampuan untuk membaca hingga 0.005 mGal (CG-3) atau 0.001 mGal (CG-3M). Alat ini dapat digunakan pada tiap permukaan tanah yang memungkinkan untuk diukur hingga lahan yang sangat luas sekalipun dapat dilakukan pengambilan data gravity.

Aplikasi Alat Scinntrex CG-3/3M:

- Mendeteksi gerak vertikal lempeng bumi

- Melengkapi verifikasi pengukuran dengan GPS dan VLBI

- Penentuan geoid bumi berdasar nilai equipotensial bumi

- Monitoring kedalaman air tanah dan multiple akuifer

- Manajemen dan pembersihan limbah nuklir.

Gambar2. Scinntrex CG-3/3M

2.      Gravimeter Jenis Tak Stabil

Dalam jenis ini,anjakan yang disebabkan oleh gravity akan dipeerbesarkan oleh daya ketiga. Terdapat neraca antara spring utama dan gravity yang bertindak. Pemberat tambahan diletakkan benar-benar di atas pivot dan tindakan memberi kesan daya momen kepada alur ufuk jika keadaan seimbang. Sekiranya ada pertamhan nilai g dengan Δg akan menyebabkan alur sangat sedikit dan pemberat tambahan akan menambah momen pusingan yang berpuncak dari gravity yang akan menyebabkan spring bertamabah panjang. Prinsip ini akan memudahkan pengukuran anjakan yang kecil.

 a.FG5 LaCoste- Romberg

Alat ini menggunakan kaedah jatuhan bebas,yaitu sesuatu objek dijatuhkan kedalam bekalan vakum. Objek yang jatuh itu akan diawasi dengan menggunakan laser interferometer yang berkejituan tinggi. Arah jatuhan bagi bahan yang digunakan dalam kaedah jatuhan bebas adalah merujuk sepenuhnya kepada spring aktif yang kukuh yang dipanggil ‘superspring’. Superspring membekal pengecualian gempa bumi,yaitu sebagai rujukan optik untuk meningkatkan penunjukkan noise pada alat FG-5. Peminggiran optikal berlaku dalam interferometer supaya dapat jarak pengukuran yang lebih jitu. Dalam sistem ukur ini boleh dijadikan sebagai standart absolutewavelength. Sekiranya didapati masa yang dibekalkan terlalu panjang,maka alat FG-5 perlu dibuat kalibrasi gravity.

           Aplikasi alat FG-5 LaCoste-Romberg:

- Alat ini sesuai digunakan untuk pengukuran diatas permukaan bumi

- Boleh diubah sesuai untuk pengukuran gravity didasar lautan dengan
   menempatkan-nya didalam ruang tertekan.

- Dilengkapi dengan sensor kawalan jauh dan sensor pencatat

Gambar3.FG-5 LaCoste-Romberg

b.Worden Gravimeter

Alat ini digunakan untuk pengukuran perbedaan gravity bumi,dan alat ini mampu untuk mengukur 1:100 000 000 daripada gravity normal bumi. Perkiraan bagi alat tersebut,pengukuran perbedaan garvity yaitu 0.01 mGal atau 1 inci dalam perubahan ketinggian dapat dilakukan.Alat Worden Gravimeter yang istimewa ini masih digunakan pada masa kini, dan alat ini mudah dibawa serta pengukuran pengukuran sangat akurat. Alat Worden Gravimeter ini hanyalah satu-satunya alat yang telah mengeluarkan 1500 unit produksinya.Alat ini dirakit dengan dipasangkan 3 spring untuk mendapatkan zero-length.

Aplikasi alat Worden Gravimeter:

- Sesuai  untuk pengukuran diatas permukaan bumi

- Dapat disesuaikan untuk pengukuran gravity didasar lautan

- Dilengkapi dengan alat kawalan jauh dan alat pencatat.

Gambar4.Worden Gravimeter

Sumber :

- http://girinss.blogspot.com/2013/06/gravitimeter.html (diakses 10 maret 2014 )

- http://id.scribd.com/doc/19465480/Gravimeter-Stabil-Dan-Tak-Stabil

(diakses 10 maret 2014)

Teori Gravitasi

   Gravitasi adalah suatu bentuk gaya saling tarik-menarik yang terjadi antara semua partikel yang mempunyai massa di alam semesta. Misalkan,Gravitasi matahari mengakibatkan benda-benda langit berada pada orbit masing-masing dalam mengitari matahari sehingga terjadi suatu keteraturan di alam semesta. Fisika modern mendeskripsikan gravitasi menggunakan Teori Relativitas 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.

Hukum Gravitasi Umum Newton

   Anda pasti pernah mendegar legenda mengenai Newton yang tertimpa apel di kepalanya ketika sedang tidur di bawah sebuah pohon. Kecelakaan tersebut seakan-akan memberitahu Newton bahwa semua benda di alam semesta ini tarik-menarik, seperti apel dan Bumi. Ternyata kecelakaan yang menimpa newton menuntun dia untuk berpikir dan memahami kejadian tersebut. Sehingga hasil kerja kerasnya mencetus sebuah teori Gravitasi Umum Newton. 

Figur 1. Saat Newton tertimpa Apel

   Pada tahun 1687, Newton memublikasikan hasil kerjanya mengenai  

Hukum gravitasi dengan judul Mathematical Principles of  Nature Philosophy. Hukum gravitasi umum Newton menyatakan bahwa

 Setiap partikel di alam semesta tarik-menarik dengan gaya yang sebanding dengan massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.

   Satu alasan logis, mengapa jarak sangat mempengaruhi besarnya nilai gravitasi ( kuat tarik-menarik ) partikel dengan massa m1 dan m2. Bayangkan Bumi sebagai partikel dengan massa m1 dan nilai gravitasinya jauh lebih kecil dibanding Matahari sebagai partikel dengan massa m2 dan nilai gravitasinya lebih besar maka kecenderungan gaya tarik yang dikerjakan matahari terhadap bumi jauh lebih besar ketimbang bumi terhadap matahari. Namun jarak yang jauh ternyata menghasilkan gaya tarik yang berbeda dari kedua partikel massa tersebut terhadap partikel angkasa lainnya. Oleh karena alasan itu, wajar bila bumi mampu mempertahankan posisi setiap partikel di permukaan bumi seperti apel legenda yang menimpa newton. Begitu juga partikel kecil angkasa lain yang posisinya lebih dekat ke bumi cenderung akan tertarik ke bumi seperti bulan, meteor, dan satelit buatan manusia.

   Untuk memperkuat alasan logis diatas, mari simak penjelasan dibawah berdasarkan persamaan-persamaan Hukum Gravitasi Newton.

Jika partikel dengan massa m1 dan m2 dipisahkan oleh jarak sebesar r, maka besarnya gaya gravitasi adalah

Figur 2. Persamaan Umum gaya Gravitasi Newton

Figur 2. Persamaan Umum gaya Gravitasi Newton

Di mana G adalah sebuah konstanta yang disebut konstanta gravitasi universal, yang telah diukur melalui eksperimen. Nilainya dalam satuan SI adalah

G =  6,67 × 10−11 N m2 kg−2

   Bentuk dari hukum gaya yang diberikan pada persamaan diatas sering disebut sebagai hukum invers kuadrat karena besarnya gaya berubah-ubah bergantung pada invers kuadrat dari jarak antara
kedua partikel. Kita dapat menuliskan gaya ini dalam bentuk vektor dengan mendefinisikan vektor satuan  r̂12  ( figur 4 ). Oleh karena vektor satuan tersebut berasal dari partikel 1 menuju partikel 2, maka gaya yang diberikan partikel 1 kepada partikel 2 adalah

Figur 3. Persamaan gravitasi dalam vektor

di mana tanda negatif menunjukkan partikel 2 tertarik menuju partikel 1. Selain itu, gaya pada partikel 2 pastilah menuju partikel 1. Berdasarkan Hukum Newton III, gaya yang diberikan partikel 2 kepada partikel 1 yang dilambangkan oleh F21  sama besarnya dengan  F12 dan dalam arah yang berlawanan. Gaya-gaya tersebut membentuk suatu pasangan aksi-reaksi,  F21 =-F12.

Figur 4. Gaya gravitasi antara kedua partikel bersifat tarik-menarik. Vektor  satuan r̂12  berasal dari partikel 1 menuju partikel 2. Perhatikan bahwa  F21 =-F12.

Figur 4. Gaya gravitasi antara kedua

partikel bersifat tarik-menarik. Vektor 

satuan r̂12  berasal dari partikel 1 menuju partikel 2. Perhatikan bahwa  F21 =-F12. 

   Beberapa fitur dalam persamaan pada figur 3. perlu diperhatikan . Gaya gravitasinya merupakan suatu medan gaya yang selalu ada diantara kedua partikel, apa pun medium yang memisahkan keduanya. Oleh karena gaya tersebut berubah-ubah bergantung pada invers kuadrat jarak antara keduanya.

   Teori gravitasi ini telah banyak membantu bidang sains dan keteknikan. Karena ini adalah blognya geophysics maka penerapan teori gravitasi ini selanjutnya menjadi dasar metode gravitasi. Sekilas tentang metode ini, dengan pemamfaatan massa pegas yang ada pada alat Gravitimeter akan tertarik oleh gravitasi bumi + ekses massa. Selanjutnya hanya perbedaan kontras ekses massa saja yang ingin diketahui dengan mengeliminir besaran gravitasi bumi terukur sebenarnya. Sehingga dengan melihat perbedaan kontras tersebut dapat memberi informasi pada formasi batuan bawah permukaan bumi, sesar, anomali bijih dan mineral, dll. 

Sumber :

-A.Serway, Raymond, dkk. 2009. PHYSICS for Scientists and Engineers with Modern physics

-http://id.wikipedia.org/wiki/Gravitasi