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