Hukum Gravitasi Newton: Pengertian, Sejarah, Prinsip, dan Penerapannya

Ilustrasi Newton saat menemukan Hukum Gravitasi Newton.

Hukum Gravitasi Newton adalah salah satu konsep paling fundamental dalam fisika, yang memberikan pemahaman mendalam tentang interaksi alam semesta. Ditemukan oleh ilmuwan brilian Sir Isaac Newton, hukum ini menjelaskan mengapa benda-benda saling tarik-menarik dan bagaimana benda-benda langit bergerak di orbitnya. Kontribusinya sangat besar dalam perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan hingga saat ini.

Sejarah Penemuan Hukum Gravitasi

Sir Isaac Newton, seorang tokoh fisika klasik yang lahir di Woolsthorpe, Inggris pada 25 Desember 1642, mulai menempuh pendidikan di Universitas Cambridge pada usia 18 tahun. Di sana, ia dengan cepat menyerap ilmu pengetahuan dan matematika, serta memulai penyelidikannya sendiri.

Kisah penemuan hukum gravitasi Newton yang paling terkenal berawal dari pengamatannya terhadap sebuah apel yang jatuh dari pohon. Peristiwa sederhana ini memicu pemikirannya. Newton berhipotesis bahwa jika gravitasi bekerja di puncak pohon dan bahkan di puncak gunung, maka mungkin gravitasi juga bekerja hingga ke bulan. Dari sini, ia menyimpulkan bahwa Bumi mengerahkan gaya pada apel yang jatuh dan juga pada bulan, meskipun tidak ada sentuhan fisik dan kedua benda tersebut terpisah oleh jarak yang sangat jauh.

Kesimpulan ini kemudian dirumuskan dan diterbitkan oleh Newton dalam bukunya Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Prinsip Matematika dalam Filsafat Alam) pada tahun 1687.

Hukum Gravitasi Universal Newton

Hukum Gravitasi Newton, atau juga dikenal sebagai Hukum Gravitasi Umum Newton, menyatakan bahwa setiap objek dengan massa menarik objek lain dengan gaya gravitasi yang sebanding dengan massa kedua objek dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak di antara mereka. Ini adalah gaya tarik-menarik alami antara dua benda.

Secara matematis, Hukum Gravitasi Universal dirumuskan dengan persamaan:

Di mana:

• F adalah gaya gravitasi antara dua benda (dalam Newton).
• G adalah konstanta gravitasi universal (sebesar 6,673 × 10⁻¹¹ Nm²/kg²).
• m1 dan m2 adalah massa kedua benda yang saling menarik (dalam kilogram).
• r adalah jarak antara pusat kedua benda (dalam meter).

Beberapa hal penting yang perlu diperhatikan saat menggunakan rumus ini adalah bahwa benda-benda harus dianggap sebagai partikel atau berbentuk bola, dan gaya gravitasi bekerja di sepanjang garis yang menghubungkan pusat kedua benda. Gaya gravitasi yang dikerjakan benda pertama pada benda kedua memiliki besar yang sama tetapi berlawanan arah dengan gaya gravitasi yang dikerjakan benda kedua pada benda pertama.

Hukum-Hukum Gerak Newton yang Terkait

Selain Hukum Gravitasi Universal, Sir Isaac Newton juga merumuskan tiga hukum gerak yang secara tidak langsung terkait dengan gravitasi dalam konteks pergerakan benda:

1. Hukum Pertama Newton tentang Inersia: Menyatakan bahwa suatu objek akan tetap dalam keadaan diam atau bergerak lurus dengan kecepatan konstan, kecuali jika dikenai gaya eksternal. Contohnya, penumpang terdorong ke depan saat mobil berhenti mendadak karena kecenderungan mereka untuk tetap bergerak lurus ke depan.
2. Hukum Kedua Newton tentang Gerak: Menyatakan bahwa percepatan sebuah benda adalah sebanding dengan gaya yang diberikan padanya dan berbanding terbalik dengan massa benda. Rumus matematisnya adalah F = m * a, di mana F adalah gaya, m adalah massa, dan a adalah percepatan. Contohnya, mendorong keranjang belanja yang lebih berat membutuhkan gaya yang lebih besar untuk menghasilkan percepatan yang sama.
3. Hukum Ketiga Newton tentang Aksi dan Reaksi: Menyatakan bahwa setiap tindakan (aksi) memiliki reaksi yang sama besar namun berlawanan arah. Dalam konteks gravitasi, ini berarti ketika sebuah benda menarik benda lain dengan gaya gravitasi, benda kedua juga menarik benda pertama dengan gaya yang sama besar tetapi berlawanan arah. Rumus matematisnya adalah F aksi = F reaksi. Contohnya, saat berenang, kita mendorong air ke belakang, dan air mendorong kita maju sebagai reaksi.

Medan Gravitasi

Hukum Gravitasi Newton juga memperkenalkan konsep medan gravitasi. Medan gravitasi adalah daerah di sekitar benda bermassa di mana benda bermassa lain dalam ruang itu akan mengalami gaya gravitasi. Dengan kata lain, ia adalah ruang yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi.

Kuat medan gravitasi (g) didefinisikan sebagai gaya gravitasi (F) per satuan massa uji (M) pada titik mana pun di suatu ruang. Ini juga sering disebut sebagai percepatan gravitasi. Kuat medan gravitasi merupakan besaran vektor. Jika suatu benda dipengaruhi oleh gaya gravitasi dari beberapa benda lain, kuat medan gravitasi yang dialami benda tersebut adalah resultan vektor kuat medan gravitasi yang bekerja padanya. Semakin jauh jarak benda dari permukaan bumi, semakin kecil kuat medan gravitasi yang dialami benda tersebut, sehingga berat benda akan mengecil pula.

Fungsi dan Contoh Penerapan Gravitasi

Keberadaan gravitasi sangat penting untuk kelangsungan hidup makhluk di Bumi dan stabilitas tata surya. Ada tiga jenis gaya gravitasi utama yang umum diketahui:

• Gravitasi Matahari: Dengan gaya yang sangat besar, gravitasi Matahari membuat planet-planet di sekitarnya, termasuk Bumi, tetap berada dalam orbitnya masing-masing. Planet-planet ini berputar mengelilingi Matahari (revolusi), yang mengakibatkan perubahan musim.
• Gravitasi Bulan: Meskipun tidak sebesar Matahari, gravitasi Bulan memiliki fungsi penting. Gravitasi Bulan menyebabkan fenomena pasang surut pada air laut. Saat posisi bulan sangat dekat dengan Bumi, air laut akan tertarik oleh gaya gravitasi Bulan sehingga mengalami pasang.
• Gravitasi Bumi: Gravitasi Bumi tidak selalu sama di tiap bagian karena bentuk Bumi yang tidak bulat sempurna. Gravitasi ini berfungsi untuk menarik atmosfer dan menahannya, memungkinkan makhluk hidup bernapas. Dengan adanya gravitasi, Bumi dapat berputar pada porosnya (rotasi) yang menyebabkan perubahan siang dan malam, serta menarik Bulan agar tetap berada pada orbitnya. Satelit buatan yang diluncurkan manusia juga dapat mengorbit dengan bantuan gravitasi Bumi.

Contoh Gaya Gravitasi dalam Kehidupan Sehari-hari:

• Benda Jatuh ke Bawah: Semua benda yang dilempar ke atas, seperti pensil atau kelereng, akan selalu jatuh kembali ke tanah karena ditarik ke arah pusat Bumi. Kecepatan jatuhnya bisa berbeda tergantung ukuran, bentuk, dan berat benda, karena adanya hambatan udara.
• Penerjun Bebas: Penerjun bebas mengalami percepatan gravitasi penuh setelah melompat dari pesawat. Gaya tahanan udara bertambah seiring kecepatan, hingga sebanding dan berlawanan dengan gaya tarik ke bawah, menyebabkan penerjun mencapai kecepatan konstan.
• Planet Melintasi Orbit: Gaya gravitasi Matahari menahan planet-planet agar tetap berada di lintasan orbitnya, mencegahnya terlempar dan bertabrakan.

Hubungan dengan Hukum Kepler

Setelah penemuan Newton, seorang ahli astronomi dan matematika dari Jerman, Johannes Kepler, berhasil menemukan tiga hukum mengenai pergerakan planet dalam sistem tata surya. Hukum-hukum Kepler ini ternyata sesuai dengan hukum gravitasi Newton:

1. Hukum I Kepler: Semua planet bergerak di lintasan elips yang mengitari Matahari, dengan Matahari terletak pada salah satu titik fokusnya.
2. Hukum II Kepler: Luas daerah yang disapu oleh garis antara planet dan Matahari adalah sama untuk setiap periode waktu yang sama. Ini menjelaskan bahwa kecepatan orbit planet melambat di titik terjauh dari Matahari (aphelion) dan lebih cepat di titik terdekat (perihelion).

Kesimpulan

Hukum Gravitasi Newton adalah pilar fundamental yang memungkinkan kita memahami tidak hanya mengapa apel jatuh, tetapi juga bagaimana planet-planet mengelilingi bintang, dan bagaimana alam semesta kita berinteraksi. Penemuan Sir Isaac Newton ini tidak hanya mengubah pemahaman fisika tetapi juga meletakkan dasar bagi banyak kemajuan ilmiah dan teknologi yang kita nikmati saat ini.