Gaya gravitasi adalah salah satu dari empat gaya fundamental di alam yang mengatur interaksi antara semua benda dengan massa atau energi. Itu adalah gaya yang menjaga planet tetap mengorbit mengelilingi matahari, bulan mengelilingi bumi, dan bintang-bintang di galaksi. Tetapi bagaimana gaya ini bergantung pada jarak antara dua benda? Pada artikel ini, kita akan mengeksplorasi jawaban atas pertanyaan ini menggunakan hukum gravitasi Newton.
Hukum Gravitasi Newton
Hukum gravitasi Newton menyatakan bahwa setiap benda di alam semesta saling menarik satu sama lain. benda dengan gaya yang berbanding lurus dengan perkalian massanya dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara keduanya. Ekspresi matematis untuk hukum ini adalah:
$$F_g=\frac{Gm_1m_2}{r^2}$$
di mana $F_g$ adalah gaya gravitasi, $m_1$ dan $m_2$ adalah massa kedua benda, $r$ adalah jarak antara pusatnya, dan $G$ adalah konstanta gravitasi universal, yang memiliki nilai sekitar $6,67 \times 10^{-11} Nm^2/kg^2$.
Rumus ini dapat digunakan untuk menghitung gaya gravitasi antara dua benda, seperti bumi dan matahari, atau apel dan bumi. Misalnya, jika kita ingin mencari gaya gravitasi antara sebuah apel bermassa 0,1 kg dan bumi bermassa $5,97 \times 10^{24} kg$, dan kita asumsikan jarak antara pusat-pusatnya sama dengan jari-jari bumi, yaitu sekitar $6,37 \times 10^6 m$, kita dapat memasukkan nilai-nilai ini ke dalam rumus dan mendapatkan:
$$F_g=\frac{(6,67 \times 10^{-11}) (0,1)(5,97 \times 10^{24})}{(6,37 \times 10^6)^2}$$
$$F_g=0,98 N$$
Artinya bumi menarik apel dengan gaya 0,98 newton, yang sama dengan beratnya.
Hukum Invers-Square
Salah satu ciri penting hukum gravitasi Newton adalah bahwa itu mengikuti hukum kuadrat terbalik, yang berarti bahwa gaya gravitasi berkurang dengan bertambahnya kuadrat jarak. Artinya, jika kita menggandakan jarak antara dua benda, gaya gravitasi menjadi empat kali lebih lemah; jika kita melipatgandakan jarak, itu menjadi sembilan kali lebih lemah; dan seterusnya.
Untuk mengetahui mengapa hal ini masuk akal, bayangkan sebuah titik sumber cahaya yang memancarkan sinar cahaya ke segala arah. Sinar cahaya membentuk permukaan bola di sekitar sumber, dan saat mereka menjauh darinya, mereka menyebar ke area yang lebih luas. Intensitas cahaya pada setiap titik di permukaan ini sebanding dengan berapa banyak cahaya yang melewati satu satuan luas yang tegak lurus terhadap sinar. Karena luas bola sebanding dengan kuadrat jari-jarinya, kita dapat melihat bahwa dengan bertambahnya jari-jari, intensitas berkurang sebagai kuadrat terbaliknya.
Demikian pula, kita dapat menganggap gravitasi sebagai bidang yang memancar dari titik massa di semua arah. Kekuatan medan gravitasi di setiap titik di ruang sebanding dengan berapa banyak gaya gravitasi yang bekerja pada satuan massa yang ditempatkan di titik itu. Karena garis-garis medan gravitasi membentuk permukaan bola di sekitar massa, dan ketika mereka menjauh darinya, garis-garis itu menyebar ke area yang lebih luas, kita dapat melihat bahwa ketika jarak bertambah, kekuatan medan berkurang sebagai kuadrat terbaliknya.
hukum kuadrat terbalik menyiratkan bahwa gravitasi menjadi lebih lemah saat kita menjauh dari massa, tetapi tidak pernah menjadi nol. Ini berarti bahwa objek yang sangat jauh pun masih dapat memberikan pengaruh gravitasi satu sama lain, meskipun mungkin dapat diabaikan dibandingkan dengan gaya lain.
Kesimpulan
Dalam artikel ini, kita telah mempelajari caranya menggunakan hukum gravitasi Newton untuk menghitung gaya gravitasi antara dua benda, dan bagaimana gaya ini bergantung pada massa dan jaraknya. Kita juga telah melihat bahwa gravitasi mengikuti hukum kuadrat terbalik, yang berarti gravitasi berkurang dengan cepat saat kita meningkatkan jarak antara dua benda.
