Hal kedua yang membuat flat earther ragu dengan bumi bulat adalah gravitasi. Katanya gravitasi itu bohong, gravitasi itu tidak ada.

Mari kita belajar lagi.

Tidak seperti konsep air datar di bab 1 yang (saya akui) memang cukup mengecoh pemahaman kita, sangkalan gravitasi oleh flat earther ini tidak begitu mengecoh…

…terutama jika kamu punya sedikit saja pemahaman benar tentang gravitasi.

Walaupun seperti kita lihat nanti, flat earth juga ada benarnya, dan non-flat earther justru salah.

Gaya

Sebelum masuk ke pembahasan ini, saya mau memberi sedikit gambaran soal gaya. Ini penting agar makin mudah memahami gravitasi ini.

Kondisi gerak sebuah benda akan berubah jika ia terkena gaya.

Notasi matematika (klik di sini)
Kalau ditunjukkan secara matematis, ini diungkapkan dalam hubungan gaya dan percepatan,

\(F=ma\)

dengan \(F=\) gaya, \(m=\) massa, \(a=\) percepatan.

Perhatikan balok yang diam di atas lantai. Ia dikenai gaya 10 N ke kanan, sehingga mengalami percepatan dan bergerak ke kanan.

Lalu ia dapat tambahan gaya 20 N ke kiri, sehingga total gaya yang dia rasakan sekarang adalah 10 N ke kiri, dan pada akhirnya ia akan bergerak ke kiri,

Cukup pahami itu dulu saja soal gaya…

…kita lanjut ke gravitasi.

Apa sebenarnya gravitasi itu?

Gravitasi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara benda yang mempunyai massa di alam semesta.

Jadi, aslinya semua benda di alam semesta ini saling tarik menarik. Tapi, gaya tarik menarik antara meja dan kamu tidak begitu besar, sehingga kamu tidak merasakannya.

Besar gaya gravitasi ini sebanding dengan massa tiap benda yang terlibat. Makin besar massa bendanya, makin besar gaya gravitasinya. Dan gaya ini makin kecil jika jarak kedua benda makin jauh.

Secara matematis, ini dinyatakan dalam Hukum Gravitasi Universal Newton:

\(F=G\frac{M_1 M_2}{R^2}\)

dengan \(F=\) gaya gravitasi, \(G=\) konstanta gravitasi universal, \(M=\) massa benda, \(R=\) jarak kedua benda.

Nilai konstanta gravitasi universal \(G=6,67\times 10^{-11}\) adalah nilai yang sangat kecil… maka dari itu, gaya gravitasi hanya akan relatif berdampak jika massa benda (minimal salah satunya) besar.

Persamaan ini diturunkan oleh Newton secara empiris, melalui pengamatan dan penelitian selama lebih dari 20 tahun…

…bukan sekedar kejatuhan apel dan tiba-tiba ide gravitasi muncul di kepalanya.

Gravitasi inilah yang membuat kita bisa berpijak di tanah, membuat planet-planet berputar, membuat bola yang ditendang turun lagi ke tanah, dan sebagainya.

Dalam pemabahasan ini nanti kita tunjukkan bagaimana para ilmuwan percaya gravitasi itu ada. Juga akan ada tambahan di akhir bagaimana mekanisme kerja gravitasi, dan kenapa para ilmuwan tidak percaya.

Gravitasi itu tidak ada, yang ada berat jenis

Mengapa sebuah apel bisa jatuh ke bawah? Jawaban sederhananya, karena ada gaya gaya gravitasi bumi.

Tapi flat earther menolak gravitasi, lalu mereka mencontohkan fenomena tenggelamnya besi dan terapungnya gabus pada air…

“Kalau memang benar ada gravitasi, harusnya gabus juga tenggelam ke bawah. Yang membuat besi tersebut tenggelam bukan gravitasi, tapi berat jenis!”

Padahal, baik gravitasi dan berat jenis sama-sama berkontribusi dalam fenomena ini.

Menolak ide gravitasi dan menerima ide berat jenis juga merupakan sebuah paradox tersendiri, karena berat jenis juga memiliki komponen gaya gravitasi (gaya berat).

Berat jenis, \(S=\frac{w}{V}\), dengan \(w\) adalah gaya gravitasi. Loh!

Apa yang terjadi di sini adalah Hukum Archimedes atau buoyancy, yaitu gaya angkat yang dirasakan sebuah benda ketika ia berada dalam sebuah fluida. Penyebab munculnya gaya ini sendiri yaitu adanya perbedaan tekanan hidrostatis fluida (sudah dijelaskan di bab 1) pada bagian bawah dan atas benda tersebut.

Besar gaya angkat, \(F=\rho V g\)

Dengan \(\rho=\) massa jenis fluida, \(V=\) volume yang tercelup, \(g=\) percepatan gravitasi.

Ketika dimasukkan ke dalam air, baik besi dan gabus sama-sama mengalami gaya angkat ini.

Agar mudah, kita anggap volume besi dan gabus yang tercelup dalam air sama besar, sehingga gaya angkat \(F\) yang mereka rasakan sama.

Hal yang terjadi adalah…

  • Gaya berat besi lebih besar daripada gaya angkat, \(w_{besi}>F\)
  • Gaya berat gabus lebih kecil (karena dia memang lebih ringan) daripada gaya angkat, \(w_{gabus}<F\)

Tengok lagi konsep gaya yang saya sampaikan di awal.

Dari sini, pasti kamu paham, kenapa besi akan terus bergerak ke bawah dan tenggelam, sementara gabus akan terangkat naik.

Jadi jelas, baik gravitasi dan berat jenis sama-sama bekerja di sini.

Formulasi sederhana untuk mengetahui sebuah benda akan tenggelam atau terapung dalam suatu fluida, kamu hanya perlu melihat massa jenis benda dan membandingkannya terhadap massa jenis fluida.

  • Tenggelam, \(\rho>\rho_f\)
  • Melayang, \(\rho=\rho_f\)
  • Terapung, \(\rho<\rho_f\)

*mau massa jenis atau berat jenis, formulasinya serupa.

Mana gravitasi? Saya menyelam bisa naik turun lho..

Kembali lagi, perhatikan soal konsep gaya di awal tadi.

Kamu akan bergerak naik ketika gaya angkatmu lebih besar daripada gaya gravitasi, dan kamu akan bergerak ke bawah ketika gaya angkatmu lebih kecil daripada gaya gravitasi.

Perhatikan kembali persamaan gaya angkat/buoyancy

Besar gaya angkat, \(F=\rho V g\)

Agar gaya angkatmu membesar, volume tubuh kamu harus membesar. Ini dilakukan dengan menghirup udara dan menahannya dalam tubuh kamu. Sementara agar gaya angkatmu mengecil, volume tubuh kamu harus mengecil. Ini dilakukan dengan membuang/mengurangi udara dalam tubuh kamu.

Para penyelam atau penyuka renang pasti paham.

Bagaimana dengan balon udara?
Gravitasi dapat menarik bulan, tapi tidak bisa menarik balon udara? 

Kembali lagi, ini masih berkaitan dengan buoyancy. Udara yang kita hirup ini pun pada dasarnya adalah fluida, dan semua benda yang berada di udara juga mengalami gaya angkat.

Hanya saja, karena massa jenis udara kecil, gaya angkat ini tidak begitu terasa.

Pada balon udara, udara yang ada di dalam balon biasanya berupa gas helium atau udara biasa yang dipanaskan, yang memiliki massa jenis lebih kecil daripada udara.

Maka dari itu, balon udara bisa naik.

Tapi, balon udara ini tidak naik terus sampai lewat atmosfer kok.

Semakin tinggi suatu tempat, massa jenis udaranya makin kecil. Nah, balon udara ini akan berhenti terbang (dan hanya melayang-layang di ketinggian tetap) ketika massa jenis udara samadengan massa jenis gas di dalamnya.

Apa yang menyebabkan planet berputar mengelilingi matahari? Gravitasi?
Tesla berkata elektromagnet!

Gravitasi.

Kenapa kita perlu percaya bahwa gravitasi yang menyebabkan planet berputar mengelilingi matahari?

Bukan hanya karena ini seakan masuk akal, tapi karena kesesuaian hitungan Newton berdasarkan teori gravitasi dengan hasil pengamatan pada fenomena yang ada.

Salah satunya yaitu kesesuaian perhitungan gravitasi Newton untuk revolusi bulan terhadap bumi.

Pembuktian (klik di sini)

math

Bukti terhadap pergerakan bulan.

Pada jaman hidup Newton, para astronom sudah banyak mendapatkan data benda-benda langit, salah satunya yaitu jari-jari lintasan bulan terhadap bumi. Lintasannya mirip lingkaran dengan jari jari \(3,8\times 10^8 \) m.

Waktu yang dibutuhkan oleh Bulan untuk mengenlilingi bumi adalah 27.3 hari (\(\approx 2,36 \times 10^6  \) s).

Berdasarkan fisika gerak melingkar, benda bergerak melingkar karena dipercepat oleh gaya sentripetal yang arahnya ke pusat lingkaran.

Besar percepatan sentripetal gerakan bulan adalah

\(\begin{align*}
a&=\frac{v^2}{r}=\omega^2 r=\left(\frac{2\pi}{T}\right)^2r\\
&=\frac{4\pi^2 r}{T^2}\\
&=\frac{4\pi^2 (3,8\times 10^8)}{(2,36 \times 10^6)^2}\\
&=0,0027 \ m/s^2
\end{align*}\)

Sekarang, mari kita hitung besarnya percepatan dengan rumus gravitasi Newton:

\(\begin{align*}
F&=G\frac{m_{bumi}m_{bulan}}{r^2}\\
m_{bulan}a&=G\frac{m_{bumi}m_{bulan}}{r^2}\\
a&=G\frac{m_{bumi}}{r^2}\\
&=(6,67\times 10^{-11})\frac{(5,97\times 10^{24}}{(3,8\times 10^8)^2}\\
&=0,0027 \ m/s^2
\end{align*}\)

Terlihat bahwa hasil hitungan dengan rumus Newton sesuai dengan hasil pengamatan yang ada. Hasil benar ini juga kita dapatkan kalau kita menghitung pada kasus gerak lainnya.

Inilah bukti yang membuat para ilmuwan menerima gravitasi Newton.

(Referensi: Yohanes Surya. 2009. Mekanika dan Fuida I. Tangerang: Kandel)

math

Begitu…

Lalu mengenai klaim pernyataan Tesla kalau planet berputar karena elektromagnet, sebenarnya ini belum jelas.

Singkatnya, elektromagnet adalah gaya yang disebabkan oleh listrik atau magnet. (kadang juga dipakai untuk istilah magnet yang dihasilkan oleh arus listrik)

Dan kalaupun memang Tesla mengatakan ini, (mohon maaf) dalam hal ini berarti Tesla keliru. Mengingat expertise Tesla sendiri merupakan electrical engineer, dan tidak ada catatan yang menunjukkan kalau beliau pernah melakukan kajian dan penelitian mengenai gravitasi atau gerak planet.

Kenapa keliru?

Karena bumi bukan muatan listrik (sebenarnya iya, tapi sangat sangat sangat kecil dalam skala matahari-bumi)

Karenanya, tak memungkinkan untuk gaya tarik listrik antara bumi dan matahari membuat mereka berputar.

Kemudian gaya magnet…

Bumi memang memiliki medan magnet, begitupun dengan matahari. Tapi medan magnet antara keduanya tidak berinteraksi secara langsung. Lagi-lagi, terlalu lemah.

Kalaupun misal interaksi keduanya cukup kuat, ada satu syarat yang harus dipenuhi. Kutub magnet yang berhadapan harus selalu berlawanan… dan semua planet di tata surya kita akan bergerak secara berjajar.

Begini:

Nyatanya kan berdasarkan hasil pengamatannya tidak begitu.

Bentuk yang berjajar karena medan magnet ini pun tidak bisa terjadi, karena nanti jadinya gini:

Karena palet-planet tersebut bergerak sejajar dengan posisi kutubnya saling berlawanan, jadinya kemungkinan planet-planetnya akan saling menempel. (Bisa saja tidak kalau  kecepatan geraknya memenuhi, tapi berhubung gaya magnet di sini kuat, kemungkinan besar akan saling menempel~perlu analisis lebih jauh)

Tapi balik lagi, klaim soal quote Tesla itu pun belum jelas kebenarannya (dan kayaknya kok engga). Tidak ada literatur kuat yang mengatakan seperti itu.

Elektron berputar mengelilingi inti atom, apa penyebabnya? Gravitasi? Niels Bohr menjawab elektromagnetik!

Untuk kasus perputaran electron mengelilingi inti atom, yang berperan adalah elektromagnetik, gaya tarik listrik antara proton (muatan positif) dengan electron (muatan negatif).

Gravitasi sebenarnya juga bekerja, tapi karena massa proton dan electron sangat kecil, gaya gravitasi ini juga sangat kecil dibandingkan dengan gaya tarik listrik proton-elektron.

Hitungannya (klik di sini)

Gaya gravitasi antara proton dan elektron,

\(\begin{align*}
F_{gravitasi}&=G\frac{m_{p}m{e}}{r^2}\\
&=(6,67\times 10^{-11})\frac{(1,6\times 10^{-27})(9,1\times 10^{-31})}{(5,3\times 10^{-11})^2}\\
&=3,5\times 10^{-47}\ N
\end{align*}\)

Gaya listrik antara proton dan elektron,

\(\begin{align*}
F_{listrik}&=k\frac{q^2}{r^2}\\
&=(9\times 10^9)\frac{(1,6\times 10^{-19})^2}{(5,3\times 10^{-11})^2}\\
&=8,2\times 10^{-8}\ N
\end{align*}\)

\(F_{listrik}\approx 10^{39} F_{gravitasi}\)

Hasil ini juga mengisyaraktan bahwa gravitasi sebenarnya adalah gaya yang sangat lemah… efeknya hanya akan terasa jika benda yang terlibat (minimal salah satunya) bermassa besar.

math

Kalau begitu Newton salah?

Tidak juga.

Bukannya mendukung Newton tak pernah salah, tapi tak ada satu keterangan valid pun yang menunjukkan bahwa Newton berkata kalau yang membuat elektron mengelilingi inti atom adalah gravitasi.

Karena di jaman Newton belum ada pengetahuan mengenai atom dan elektron.

Ilmu tentang atom saja baru berkembang 171 tahun kemudian.

Tapi Flat Earth benar untuk hal ini…

Walaupun banyak pandangan flat earth yang keliru, nyatanya flat earth juga ada benarnya…

…dan non flat earth salah di sini.

Kita tau kalau gravitasi itu ada, dibuktikan dengan kejadian dan analisis fenomena fisis yang ada. Kita pun tau mekanisme gravitasi, ia menarik massa lainnya.

Seakan akan kita sudah paham betul apa itu gravitasi.

Tapi… seperti kata flat earth,

Kita tidak benar-benar tau bagaimana sebenarnya ia bekerja.

Bagaimana bisa gravitasi muncul dan menarik massa lainnya?

Bagaimana?

Ini adalah salah satu pertanyaan yang sangat rumit di fisika…

….

Sampai akhirnya seorang Albert Einstein maju dengan General Theory of Relativity, melengkapi gravitasi Newton.

General Theory of Relativity (teori relativitas umum) adalah teori yang lebih lengkap daripada gravitasi Newton, dan memberi penjelasan yang lebih jelas bagaimana gravitasi ini dapat bekerja.

Sebuah massa yang terletak di ruang-waktu akan mengakibatkan terjadinya kelengkungan ruang-waktu. Dan kelengkungan ini yang menimbulkan efek yang kita sebut dengan gravitasi.

Catatan: gambar di atas itu hanya gambaran soal kelengkungan ruang waktu dalam bidang 2D. Aslinya lebih kompleks daripada itu.

Jadi, inilah yang kadang dikatakan kalau gravitasi itu tidak ada.

Ini informasi yang benar… hanya saja perlu diluruskan.

Maksud dari tidak adanya gravitasi adalah bahwa gravitasi secara prinsipil tidak benar-benar ada berupa gaya, yang ada adalah geometri kelengkungan ruang-waktu oleh benda bermassa. Efek dari kelengkungan inilah yang kita rasakan sebagai gravitasi.

Beberapa orang menyepelekan teori Einstein ini sebagai ‘mimpi di siang bolong’, karena ia membuat teorinya hanya berdasarkan khayalan yang ia bayangkan, tak ada bukti eksperimen…

Memang benar begitu, tapi ya tidak seperti itu juga. Jangan salah tangkap.

Sebuah teori memang akan lebih kuat jika memiliki bukti eksperimen…

Tapi menyepelekan teori Einstein dengan menganggapnya tak berdasar dan hanya sekedar khayalan adalah hal keliru.

Walaupun pada saat merumuskannya Einstein tidak memiliki bukti eksperimen, tapi ia mengerjakan teori relativitas ini bukan dengan asal melamun. Ada banyak sekali analisis matematika lanjutan yang ia lakukan (dan ini tidak bisa dianggap mudah), sampai akhirnya Einstein sampai pada kesimpulan akhirnya.

Ini foto dari buku Electromagnetic Fields (Roald K Wangsness) yang menunjukkan sebagian (masih ada berpuluh-puluh halaman lagi) analisis teori relativitas khusus Einstein:

Saya saja masih belum paham itu maksud persamaannya apa wkwk.

Belum lagi untuk teori relativitas umum, saya belum belajar banyak dan belum begitu paham. Kalau mau lihat-lihat bisa di sini.

Teori relativitas Einstein pertama kali dikonfirmasi secara eksperimen oleh Arthur Edddington, dkk, dengan mengamati kejadian gerhana matahari total di Afrika Selatan untuk melihat kejadian pembengkokan cahaya akibat gravitasi.

Setelah itu, eksperimen-eksperimen lain juga mengkonfirmasi kebenarannya. Keberadaan GPS, reaktor nuklir, dan positron pun juga mengkonfirmasi kebenaran teori relativitas ini.

Yang paling baru, yang sudah kita dengar pastinya, mengenai gelombang gravitasi… ini juga merupakan prediksi dari teori relativitas umum Einstein yang akhirnya dapat terbukti.

Demikian…

Kalau ada sanggahan, pertanyaan, koreksi, atau apapun silahkan sampaikan di kolom komentar ya.

 

KEMBALI KE DAFTAR ISI