Bukti Empiris Gravitasi

Pengantar

Bukti gravitasi atau bukti empiris gravitasi sudah pernah saya posting pada seri ke-24 Bukti Empiris Gravitasi.  Saya ingin menambahi bahwa peradaban Islam tidak pernah mengajarkan bumi berbentuk datar.  Semua ilmuwan dan Astronom Muslim tidak terkecuali Ibnu Sina menyatakan bahwa bentuk bumi adalah bulat.  Saat itu sains dan peradaban Islam sangat maju.  Sayangnya banyak orang Islam yang tidak faham dengan hal ini dan menganggap bumi bulat adalah gagasan Galileo 500 tahun yang lalu. 

Diskusi tentang gravitasi memang menarik.  Gaya tarik menarik benda bermassa jelas ada dan sudah dibuktikan secara empiris di laboratorium.  Yang menjadi diskusi orang-orang cerdas saat ini adalah bagaimana mekanisme gravitasi itu bekerja. Hal ini jelas di luar konteks terhadap bantahan penggemar bumi datar yang tidak percaya adanya gaya gravitasi.  Yang menjadi keprihatinan saya adalah diskusi tentang mekanisme gravitasi dimanfaatkan oleh penggemar bumi datar untuk mengaburkan gravitasi dan menuduh bahwa gravitasi adalah kebohongan.  Sayangnya bantahan mereka justru semakin menunjukkan ketidakfahaman mereka terhadap sains, seperti kebingungan balon helium terbang, jika bumi mampu menarik bulan tentu burung tak akan bisa terbang, mengapa tidak ada gaya tolak gravitasi dsb.

Beberapa orang cerdas mencoba membuat hipotesa bahwa gravitasi terjadi melalui medium yang dinamakan graviton.  Ini adalah salah satu mekanisme gravitasi yang diajukan.  Namun sampai saat ini bukti adanya graviton belum ditemukan.

Dalam teori relativitas Einstein dijelaskan terjadinya mekanisme gravitasi, yaitu karena massa benda membuat ruang waktu menjadi melengkung dan membuat benda di sekitarnya terseret oleh lengkungan itu secara geometri.  Ada yang berpendapat itu sebenarnya bukanlah sebuah gaya, tapi adalah konsekuensi logis dari adanya ruang waktu yang melengkung.  Tapi menurut saya bagaimana pun itu tetap melahirkan gaya.  Boleh dibilang itu gaya semu seperti gaya-gaya semu lain dalam fisika misalnya gaya Coriolis pada gerak benda dalam kerangka acuan berputar.  Toh pada akhirnya konsekuensi ini menimbulkan percepatan.  Dan sesuai dengan hukum Newton II percepatan dikali massa adalah gaya.

Diskusi tentang mekanisme terjadinya gravitasi memang sangat menarik. Kita dibuat semakin ingin mengerti.  Namun sekali lagi diskusi gravitasi ini bukan memperdebatkan ada tidaknya gravitasi, karena gravitasi sudah dibuktikan secara empiris di laboratorium.  Mau diberi nama  apapun, dan bagaimanapun mekanismenya toh tetap ada fakta bahwa massa benda akan menarik benda lain menuju ke pusat massanya dan besar gaya tariknya sesuai dengan rumus hukum gravitasi Newton.  Saat ini orang-orang cerdas yang belum puas dengan teori relativitas Einstein dan hipotesa graviton sedang mencari mengapa massa benda bisa menarik benda lain.

Bagi sahabat yang belum membaca artikel seri ke-24 bukti empiris gravitasi pelajari artikel di bawah.  Dan bagi sahabat yang ingin mereview ya dipersilakan.  Semoga bermanfaat dan memberikan pemahaman yang lebih baik tentang gravitasi
 
BUKTI EMPIRIS GRAVITASI
  Newton bukanlah orang pertama yang mempelajari gravitasi.  Dalam peradaban Islam jaman keemasan, studi tentang gravitasi telah dilakukan oleh ilmuwan-ilmuwan Muslim salah satunya adalah Abdurahman Al-Khazini (abad 12 M) atau biasa disebut Al-Khazini. Beliau menulis sebuah kitab yang berjudul Mizan al-Hikmah atau Balance of Wisdom yang ditulis tahun 1121 M. Di dalam buku tersebut salah satunya berisi studi mengenai pusat gravitasi (gravitasi terhadap pusat benda). Menurut Al-Khazini definisi ”berat” adalah sebagai berikut;

 “Berat merupakan gaya yang inheren dalam tubuh benda-benda padat yang menyebabkan mereka bergerak dengan sendirinya, dalam suatu garis lurus terhadap pusat bumi dan terhadap pusat benda itu sendiri.  Gaya ini pada gilirannya akan tergantung dari kerapatan benda yang bersangkutan.” [1][2]

Bila kita kaji definisi berat menurut Al-Khazini ternyata hampir sama dengan hukum gravitasi Newton.  Perhatikan bahwa gaya ini bergantung pada kerapatan benda, ini bersesuaian dengan massa benda.  Bergerak sendiri dalam suatu garis lurus terhadap pusat bumi maksudnya adalah percepatan gravitasi yang arahnya menuju ke pusat massa bumi.  Definsi berat menurut Al-Khazini ini jelas mengacu pada bentuk bumi yang bulat.  Silakan lihat artikel sebelumnya “gravitasi membuktikan bumi bulat”.

 

Hanya ada satu faktor yang tidak disebutkan yaitu pengaruh jarak benda tersebut dengan pusat bumi.  Hal ini sangatlah wajar karena gaya gravitasi yang dialami benda di permukaan bumi tidak memiliki perbedaan yang besar dengan berubahnya ketinggian benda yang bisa diamati pada jaman tersebut.

Sedangkan gaya gravitasi menurut  Sir Isaac Newton (1643-1727M)  bisa ditemukan di dalam bukunya "Principa and Optika".  Newton mengemukakan :

"Setiap objek di alam semesta menarik setiap benda lainnya dengan sebuah gaya melalui garis lurus yang berasal dari masing-masing pusat massa benda yang sebanding dengan massa keduanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak kedua pusat massa benda".

Sederhananya dua benda akan saling tarik menarik akibat massa yang dimiliki oleh keduanya.  Itulah pemahaman sederhana dari gravitasi.  Sedangkan besarnya gaya tarik-menarik atau gaya gravitasi yang terjadi pada kedua benda tersebut dijelaskan dalam rumus hukum gravitasi Newton.

Tarik menarik benda bermassa ini telah dibuktikan dengan percobaan di laboratorium. Percobaan yang paling terkenal adalah percobaan yang dilakukan oleh Henry Cavendish tahun 1798 M.  Cavendish berhasil mendapatkan nilai konstanta gravitasi dengan tingkat kesalahan 1%.  Cavendish melakukan percobaannya dengan sebuah neraca yang saat ini terkenal dengan nama neraca Cavendish

Neraca Cavendish tersusun dari sebuah batang ringan dengan panjang L=1,8 meter yang ujung-ujungnya diberi bola timbal kecil bermassa masing-masing sebesar m=0,73 kg dengan diameter kira-kira 2 inci. Tepat di tengah batang diikat dengan seutas serat kuarsa (kawat halus) dan batang digantung. Dua bola timbal besar identik bermassa M=158 kg dengan diameter kira-kira 12 inci, diletakkan di dekat masing-masing kedua bola kecil dengan jarak yang sama sebesar R=9 inci diukur dari pusat bola.  [3]

Perhatikan dua gambar ilutrasi berikut,

Berdasarkan hukum gravitasi Newton akan timbul gaya gravitasi (tarik-menarik) antara bola besar M dan bola kecil m. Akibatnya batang akan berputar dan serat kuarsa akan terpuntir. Besarnya sudut puntiran diukur dari pergeseran berkas cahaya yang dipantulkan cermin yang digantungkan di serat kuarsa tersebut.  

Dengan mengetahui panjang lengan L, massa m, jarak R, massa M  bisa kita turunkan rumus untuk mendapatkan konstanta gravitasi G. 

Persamaan hukum gravitasi umum Newton adalah,

F = GMm/R²

Ket.

F = gaya tarik-menarik antara bola (N) 

G = Konstanta gravitasi (Nm²/kg² atau m³/kgdtk²)

M = Massa bola besar (kg)

m = massa bola kecil (kg)

R = Jarak antara pusat massa bola besar dan bola kecil (m)

Gaya F yang bekerja pada suatu lengan disebut torsi (τ). Besarnya torsi adalah gaya dikali panjang lengan.  Jadi persamaan untuk torsi pada masing-masing massa di setengah lengan  adalah,

 

τ = ½ F.L

Untuk dua massa dengan lengan yang seimbang dengan arah gaya sama menjadi,

 

τ = F.L

F = τ / L

Ket.

F = gaya  (kg.m/dt² atau N)

L = Panjang lengan  (m)
τ  = Torsi (N.m)

Seutas kawat yang mengalami puntiran akibat torsi dirumuskan dengan persamaan,

τ = κθ

ket.

θ = sudut puntiran dalam radian
κ = koefisien torsi  (Nm/radian)

Dengan mensubtitusi τ pada  F = τ / L didapatkan,

F = κθ / L

 

Saat sistem mulai dilepas (dibiarkan bebas),  bola kecil bergerak mendekati bola besar dan berosilasi.  Osilasi terjadi karena gerak bola kecil mendekati bola besar melampaui sudut kesetimbangan puntiran serat kuarsa. Dengan kata lain terjadi adu kuat antara gaya gravitasi (tarik menarik bola kecil dengan bola besar) dengan gaya yang dihasilkan dari kawat yang terpuntir.  Osilasi pada akhirnya akan menuju ke titik kesetimbangan.  Titik kesetimbangan adalah titik di mana besarnya gaya gravitasi antara dua massa bola sama dengan gaya yang dihasilkan oleh kawat yang terpuntir.

Periode osilasi resonansi alami yang terjadi dirumuskan dengan,

T = 2π √ (I / κ)

Ket.
T = Periode osilasi (detik)
π = 3,14
I = Momen inersia bola kecil (kg.m²)

Momen inersia dari bola kecil adalah:

I = m.L² / 2

 

Sehingga didapat periode osilasi adalah

T = 2π √ (mL²/2κ)

T² = 4π²(mL²/2κ)

2κT² = 4π²mL²

κ = 2π²mL²/T²

Dengan memasukan κ ke dalam persamaan F = κθ / L diperoleh,

F = 2π²mL²θ/LT²

Dari persamaan hukum gravitasi G = FR²/Mm didapatkan,

G = 2π²mL²θR²/LT²Mm

Disederhanakan dan inilah rumus terakhir untuk mendapatkan konstanta Gravitasi G,

G = 2π²LθR²/T²M

Nilai konstanta gravitasi yang diperoleh Cavendish dalam percobaannya adalah  

G = 6,7(±0.,48) x 10^-11 Nm²/kg²

Beberapa metode dan alat ukur telah dikembangkan oleh para ilmuwan untuk mendapatkan nilai konstanta gravitasi yang lebih akurat.  Nilai konstanta gravitasi yang didapat oleh para ilmuwan modern saat ini adalah

G =  6,673 x 10^-11 Nm²/kg². 

 

Dengan demikian nilai yang didapatkan Cavendish berbeda sekitar 1% dengan nilai konstanta gravitasi yang diterima saat ini. 

Sebenarnya konstanta gravitasi  adalah konstanta dalam Fisika yang pertama kali bisa diukur.  Namun konstanta gravitasi merupakan konstanta yang paling rendah tingkat ketelitiannya. Hal ini disebabkan karena tarikan gravitasi yang terjadi pada dua benda sangat lemah sehingga dibutuhkan alat ukur yang sangat peka agar dapat mengukur nilai konstanta dengan lebih teliti.

Percobaan Cavendish dan diteruskan oleh sangat banyak orang sesudahnya hingga saat ini, membuktikan secara empiris bahwa gravitasi atau tarik-menarik dua benda karena massanya adalah fakta ilmiah.  Secara fisis bisa dilihat pergerakannya dan secara matematis bisa dihitung nilai besarannya dan sesuai dengan hukum gravitasi Newton.

Jadi tidak ada alasan untuk meragukannya apalagi sampai mengatakan gravitasi hanyalah “mitos”.  Jika tetap keukeuh silakan saja lakukan percobaan dengan metode yang lebih baik dan tentunya harus bisa membuktikan bahwa tidak ada gaya tarik-menarik dua massa benda.

Beruntung setelah saya berselanjar mencari referensi saya menemukan skripsi yang berisi percobaan untuk menentukan konstanta gravitasi.  Silakan cari di google dengan kata kunci “013214003_Full”. File ini berbentuk pdf dan silakan diunduh.  Ini sangat membantu sahabat yang mungkin masih meragukan gravitasi.  Bahwa percobaan untuk menentukan konstanta gravitasi sekaligus membuktikan gaya tarik menarik dua massa benda itu bukanlah suatu konspirasi.  

Teori bumi datar yang selalu mengaitkan bentuk bumi dan sains dengan elit global adalah karena ketidakmampuan teori tersebut dibuktikan secara ilmiah.  Teori bumi datar hanyalah dongeng yang berlindung di balik teori konspirasi.  Bisa jadi seorang yang kecerdasannya sudah tersandera oleh teori konspirasi walaupun jebolan pasca sarjana masih tetap bisa menerima;

• Malam bisa terjadi walaupun matahari selalu di atas bumi.
• Cahaya matahari seperti lampu senter meskipun dilihat dari sudut manapun berbentuk lingkaran.
• Matahari yang selalu di atas bumi bisa terbenam atau terbit di laut
• Bulan memiliki cahaya sendiri dan cahayanya lebih dingin dari pada tidak ada cahaya.
• Suhu sinar bulan bisa diukur.
• Bulan berbentuk cakram pipih walaupun saat purnama dilihat sepanjang malam tetap berbentuk lingkaran.
• Gerhana terjadi karena ada siluman yang menutupi bulan.
• Jarak matahari hanya 5000 km
• Dan lainnya.

Bangun, bangun sahabatku…   Syukuri nikmat Allah SWT berupa kecerdasan, gunakanlah sebaik-baiknya.  Hargai Guru dan Dosen yang telah bersusah payah menyampaikan ilmunya kepada kita.

Di dalam laboratorium modern yang biasanya ada di Universitas atau lembaga lainnya, alat untuk melakukan percobaan gravitasi dibuat dengan lebih modern, seperti ini penampakkannya.

Saya mempunyai artikel yang menjelaskan cara dan perhitungan untuk menentukan konstanta gravitasi di laboratorium modern.  Silakan dicari di google dengan kata kunci “Pasco Cavendish Experiment”.  Artikel ini dalam bentuk pdf berbahasa inggris, silakan diunduh.  Artikel ini menjadi salah satu referensi saya.

Sangat disayangkan jaman saya kuliah dulu tidak ada percobaan ini di laboratorium Fisika Dasar UI. Walaupun ada 4 kelompok praktikum fisika dasar yaitu Mekanika (M), Kalor (K), Listrik (L) dan Optik (O). Padahal saat kuliah dulu saya dan sahabat-sahabat Fisika ’93 berjibaku hampir 5 jam dalam setiap sesi praktikum fisika dasar.   Sehingga saat pulang ke kost sudah loyo dengan membawa beban data praktikum yang harus diolah untuk dibuat laporan pada pertemuan sesi berikutnya.

Saya tidak tahu apakah di kampus lain ada sesi praktikum gravitasi seperti itu.  Saya berharap praktikum gravitasi bisa diadakan di Universitas yang ada di Indonesia.  Saya mengetuk beberapa sahabat yang saat ini menjadi dosen di Fisika UI, mohon diusulkan agar praktikum gravitasi diadakan dan dimasukkan ke sesi praktikum kelompok Mekanika (M).

Harapan saya tumbuh karena sebuah keprihatinan. Yaitu mudahnya orang-orang yang bergelar sarjana bahkan pasca sarjana yang notebene masuk kelompok IPA (bukan IPS) terpengaruh oleh video bumi datar sehingga tidak mempercayai gravitasi.  Hanya dengan ditunjukkan gabus terapung dan balon helium terbang langsung percaya bahwa  gravitasi hanyalah mitos.  Semoga dengan adanya praktikum gravitasi di kampus-kampus di Indonesia membuat  pemahaman yang lebih baik dan tidak ragu bahwa gaya tarik-menarik dua benda karena massanya adalah fakta.

Pada tulisan sebelumnya saya pernah membahas “meluruskan kekeliruan pemahaman gravitasi”.  Kali ini saya kembali akan meluruskan pemahaman gravitasi yang disalahfahami oleh penulis web di komunitas bumi datar.  Menurut saya salah faham ini sangat-sangat parah.  Intinya penulis web menyatakan harusnya gaya  gravitasi yang dialami benda di permukaan bumi termasuk manusia lebih besar dari pada gaya gravitasi yang dialami bulan. 

Saya mengutip web tersebut pada bagian yang penting saja. Mohon maaf kepada penulis web, ini hanya sebagai pembelajaran semata.

====Awal Kutipan====

Sekarang kita coba liat berapa massa bulan. Massa Bulan = 7.34767309 x 10^22 kilogram. Wow!!! Besar sekali!! Pasti membutuhkan gaya yang sangat besar sekali untuk menarik benda seberat itu. Dan gaya ini adalah gaya yang sama dengan gaya yang kita terima. Gaya ini yang menyebabkan apel jatuh dari pohon, orang jatuh dari tangga, serta membuat kita tetap berpijak di tanah dan tidak melayang-layang di angkasa.

Bahkan menurut sains modern juga bahwa gaya gravitasi bumi semakin mendekat ke inti bumi adalah semakin besar, itu artinya seharusnya benda-benda dan makhluk yang ada di bumi menerima gaya tarik yang lebih besar dari gaya yang di terima Bulan. Coba deh pikir apa mungkin kita bisa bertahan dari tekanan gaya yang ukurannya lebih besar dari gaya yang menarik massa sebesar 7.34767309 x 10^22 kilogram?? Kalo benar gravitasi itu ada, harusnya badan kita sudah terbenam ke tanah dan tidak bisa gerak bebas sama sekali.

Dan yang lebih mengejutkan lagi adalah ada makhluk yang bisa melawan gaya tarik sebesar itu untuk terbang melayang di angkasa. Bagaimana bisa burung-burung terbang di angkasa sementara mereka ditarik oleh kekuatan yang setara massa bulan? Kalo kita analogikan gerakan piston di mesin motor yang menghasilkan gaya untuk mendorong motor, apakah mungkin gerakan kepakan sayap burung akan menghasilkan gaya yang mampu mendorong massa sebesar 7.34767309 x 10^22 kilogram??

 Dengan begitu, CASE CLOSED!! GRAVITY DOES NOT EXIST!! DAN ADA YANG SALAH DENGAN TEORI-TEORI TENTANG BUMI, BULAN, MATAHARI, DAN GALAXYALAM SEMESTA.

====Akhir kutipan====

Sahabat, lihatlah betapa parahnya kekeliruan pemahaman gravitasi tersebut.  Guru fisika mana yang mengajarkan seperti itu, saya yakin bukan guru fisika yang mengajarinya.  Konsep gravitasi yang benar bukan seperti yang difahami oleh penulis web.  Itu mungkin akibat tidak mau belajar dengan pemahaman yang benar atau tidak mau bertanya pada orang yang lebih mengerti. Mungkin karena merasa sudah mengerti.

Kekeliruan penulis web karena menggunakan analoginya sendiri (ditulis panjang lebar sebelumnya, tidak saya kutip di sini).  Padahal dengan menggunakan rumus hukum gravitasi Newton akan didapatkan gaya gravitasi yang berbeda-beda pada setiap massa benda.  Gaya gravitasi karena bumi yang dialami bulan harus dihitung menggunakan massa bumi-bulan, demikian juga gaya gravitasi yang dialami manusia, burung dan benda-benda di bumi tentu juga harus dihitung dengan massa masing-masing.  Misal gaya gravitasi yang dialami burung dengan massa 500gr adalah 5 Newton, sedangkan gaya gravitasi yang dialami bulan mencapai 10 pangkat 20 Newton.  Jadi jelas bukan? 

Ini berarti penulis web sedang membantai “manusia jerami” yang difahami sendiri di dalam pikirannya. Dan manusia jerami itu bukanlah gravitasi yang difahami secara umum tapi gravitasi yang lahir dari pikiran penulis web sendiri yang saya anggap karena kekurangfahaman semata bukan karena kesengajaan.  Tidak ada buku ajar fisika, dosen dan guru fisika yang memahami gravitasi seperti itu.

Monggo sahabat penulis web silakan belajar lagi. Sudah banyak penggemar bumi datar yang menjadi korban, keliru memahami gravitasi akibat membaca web yang ditulis sahabat. Sahabat penulis web, gunakan ilmumu untuk kebaikan, jangan menyesatkan orang lain.  Banyak buku ajar fisika, banyak guru, dosen dan orang cerdas yang bisa sahabat mintai tolong menjelaskan gravitasi.  Gravitasi bukan seperti yang sahabat penulis web fahami. Gravitasi yang seperti itu memang salah, jadi kalau sahabat tidak percaya gravitasi yang seperti itu, justru malah sangat bagus. Karena gravitasi yang benar dirumuskan dalam hukum gravitasi Newton. 

Gaya gravitasi adalah gaya tarik menarik dua benda yang besarnya sebanding dengan perkalian dua massa benda dan berbanding terbalik dengan kuadrat jaraknya.  Perhatikan kata-kata “perkalian dua massa benda”.  Jadi besarnya gaya gravitasi itu berasal dari kedua pihak.  Sahabat penulis web semoga faham dan tidak lagi menggunakan ketidakfahamannya untuk membantah. Mending belajar Om daripada berteori dengan minim ilmu yang akhirnya malah menyesatkan orang lain.

Ada juga seorang sahabat yang memberikan komentar di blog saya dengan mengatakan gaya gravitasi dan gaya gravitasi bumi adalah dua hal yang berbeda dengan alasan biodata keduanya berbeda.  Ini membuat saya sedikit tersenyum.  Seumur-umur baru dengar pernyataan seperti itu.  Guru Fisika atau Dosen mana yang mengajarkan seperti itu.   Saya menduga maksudnya adalah tarik-menarik dua massa benda berbeda dengan bumi menarik semua benda di permukaannya. Bisa jadi ini akibat ajaran pembuat video datar yang mengatakan benda jatuh karena perbedaan massa jenis.

Mengapa sahabat tidak menggunakan sedikit saja kecerdasan yang dianugerahkan Tuhan.  Sederhana sekali koq memahaminya, kalau dua benda bisa saling tarik-menarik karena massa yang dimilikinya kenapa tidak dengan bumi?   Bumi memiliki massa, benda-benda memiliki massa lalu apa yang membuat sahabat tidak berfikir jika bumi dan benda tersebut bisa saling tarik?  Bumi dan benda sabenarnya saling tarik menarik, hanya saja percepatan yang dialami bumi amat sangat kecil sementara percepatan yang dialami benda sama dengan 9,8 m/s².  Jadi bendalah yang lebih dominan bergerak mendekat sementara pergerakan bumi amat sangat kecil.  Jadi silakan sahabat belajar lagi.

Semoga bermanfaat dan menambah wawasan.

Referensi

1. http://www.republika.co.id/berita/ensiklopedia-islam/khazanah/09/04/01/41295-al-khazini-saintis-muslim-perintis-ilmu-gravitasi
2. http://www.zulfanafdhilla.com/2014/06/Al-Khazini.html
3.  https://en.wikipedia.org/wiki/Cavendish_experiment
4.  http://www.phys.utk.edu/labs/modphys/Pasco%20Cavendish%20Experiment.pdf