Medan gravitasi adalah daerah yang masih dipengaruhi oleh gaya gravitasi. Artinya, jika sebuah benda diletakkan di daerah medan gravitasi, maka benda tersebut akan mengalami gaya gravitasi. Dengan kata lain, jika dua buah massa terpisah pada jarak tertentu yang masih berada di daerah medan gravitasi, maka kedua massa akan saling tarik menarik. Kuat medan gravitasi sering juga disebut sebagai percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi erat kaitannya dengan gaya berat. Karena gaya berat adalah nama lain dari gaya gravitasi, itu artinya gaya gravitasi dan kuat medan gravitasi memiliki hubungan. Pada kesempatan ini, Bahan belajar sekolah akan membahas hubungan antara kuat medan gravitasi dan gaya gravitasi.
Secara sederhana, kuat medan gravitasi dapat diartikan sebagai besarnya gaya gravitasi yang bekerja tiap satuan massa. Sebuah planet bermassa M dan berjari-jari R akan memiliki kuat medan gravitasi di permukaannya sebesar:
Keterangan :
g = kuat medan gravitasi (N/kg atau m/s2)
G = tetapan umum gravitasi = 6,672 x 10-11 N m2/kg2
M = massa planet (kg)
R = jari-jari planet (m).
Dari rumus di atas dapat kita lihat bahwa kuat medan gravitasi di permukaan palnet berbanding lurus dengan massa planet dan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari planet tersebut. Artinya, dengan jari-jari yang sama, semakin besar massa planet maka akan semakin besar kuat medan gravitasinya.
Kuat medan gravitasi yang dialami oleh setiap benda yang berada di permukaan suatu planet adalah sama besar. Artinya, sebuah planet akan memberikan kuat medan gravitasi yang sama besar kepada setiap benda. Jika kuat medan gravitasinya sebesar g, maka semua benda mengalami kuat medan gravitasi sebesar g.
Karena mengalami percepatan gravitasi yang sama, ketika dua benda dijatuhkan dari ketinggian yang sama, maka kedua benda tersebut akan tiba di tanah secara bersamaan. Pada beberapa kasus, dua benda mungkin tidak tiba secara bersamaan karena ada pengaruh gesekan udara.
Kuat medan gravitasi yang dialami oleh sebuah benda yang berada pada ketinggian tertentu di atas permukaan planet berbeda dengan kuat medan gravitasi di permukaan. Semakin tinggi posisi benda di atas permukaan maka akan semakin kecil percepatan gravitasi yang dialaminya.
Contoh Soal :
Hitunglah percepatan gravitasi di permukaan bumi jika massa bumi adalah 5,98 x 1024 kg dan jari-jari bumi adalah 6,38 x 106 m.
Pembahasan :
Dik : M = 5,98 x 1024 kg, R = 6,38 x 106 m, G = 6,672 x 10-11 N m2/kg2
Percepatan gravitasi di permukaan bumi:
⇒ g = G M/R2
⇒ g = 6,672 x 10-11 (5,98 x 1024)/(6,38 x 106)2
⇒ g = 39,9 x 1013 / 40,7 x 1012
⇒ g = 9,8 m/s2
Jadi, kuat medan gravitasi atau percepatan gravitasi di permukaan bumi adalah 9,8 m/s2 atau biasanya dalam soal sering dibulatkan 10 m/s2.
Jika dua bua benda bermassa M dan m terpisah pada jarak R, maka gaya gravitasi antara kedua benda tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut:
Keterangan :
F = gaya gravitasi atau gaya berat (N)
G = tetapan umum gravitasi (N m2/kg2)
M = massa benda pertama, massa yang lebih besar (kg)
m = massa benda kedua, yang lebih kecil (kg)
R = jarak antara kedua massa dihitung dari pusat massa (m).
Gaya gravitasi yang dialami benda bermassa m akibat benda bermassa M:
⇒ F = m . g
Keterangan :
F = gaya gravitasi yang dialami oleh benda bermassa m (N)
m = massa benda m (kg)
g = kuat medan gravitasi di permukaan benda bermassa M (N/kg).
Dari rumus di atas jelas terlihat hubungan antara kuat medan gravitasi dan gaya gravitasi. Gaya gravitasi yang dialami oleh sebuah benda akan sama dengan hasil kali massa dengan kuat medan gravitasi di tempat benda berada.
Itu artinya, kuat medan gravitasi berbanding lurus dengan gaya gravitasi. Semakin besar kuat medan gravitasi di tempat benda berada, maka akan semakin besar gaya gravitasi yang dialami oleh benda tersebut. Sebaliknya, semakin kecil kuat medan gravitasinya maka semakin kecil pula gaya gravitasinya.
Hubungan ini mungkin akan lebih mudah dipahami jika kita menjadikan gaya gravitasi sebagai gaya berat atau berat benda sedangkan kuat medan gravitasi sebagai percepatan gravitasi. Hubungan antara berat benda dan percepatan gravitasi adalah:
⇒ W = m . g
Keterangan :
W = berat benda (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Dengan melihat gaya gravitasi sebagai gaya berat atau berat benda, maka pembahasan tentang gaya gravitasi dan kuat medan gravitasi akan lebih mudah dipahami sebab hubungannya akan terlihat lebih jelas.
Kuat Medan Gravitasi
Kuat medan gravitasi adalah nilai yang menyatakan kuatnya daya tarik yang dihasilkan oleh sebuah massa atau planet terhadap benda lain di sekitarnya. Kuat medan gravitasi menyebabkan benda yang berada di sekitarnya mengalami gaya gravitasi. Di bumi, gravitasi inilah yang menyebabkan buah jatuh dari pohonnya atau kembalinya benda ke tanah setelah dilempar ke atas.Secara sederhana, kuat medan gravitasi dapat diartikan sebagai besarnya gaya gravitasi yang bekerja tiap satuan massa. Sebuah planet bermassa M dan berjari-jari R akan memiliki kuat medan gravitasi di permukaannya sebesar:
|
Keterangan :
g = kuat medan gravitasi (N/kg atau m/s2)
G = tetapan umum gravitasi = 6,672 x 10-11 N m2/kg2
M = massa planet (kg)
R = jari-jari planet (m).
Dari rumus di atas dapat kita lihat bahwa kuat medan gravitasi di permukaan palnet berbanding lurus dengan massa planet dan berbanding terbalik dengan kuadrat jari-jari planet tersebut. Artinya, dengan jari-jari yang sama, semakin besar massa planet maka akan semakin besar kuat medan gravitasinya.
Kuat medan gravitasi yang dialami oleh setiap benda yang berada di permukaan suatu planet adalah sama besar. Artinya, sebuah planet akan memberikan kuat medan gravitasi yang sama besar kepada setiap benda. Jika kuat medan gravitasinya sebesar g, maka semua benda mengalami kuat medan gravitasi sebesar g.
Karena mengalami percepatan gravitasi yang sama, ketika dua benda dijatuhkan dari ketinggian yang sama, maka kedua benda tersebut akan tiba di tanah secara bersamaan. Pada beberapa kasus, dua benda mungkin tidak tiba secara bersamaan karena ada pengaruh gesekan udara.
Kuat medan gravitasi yang dialami oleh sebuah benda yang berada pada ketinggian tertentu di atas permukaan planet berbeda dengan kuat medan gravitasi di permukaan. Semakin tinggi posisi benda di atas permukaan maka akan semakin kecil percepatan gravitasi yang dialaminya.
Contoh Soal :
Hitunglah percepatan gravitasi di permukaan bumi jika massa bumi adalah 5,98 x 1024 kg dan jari-jari bumi adalah 6,38 x 106 m.
Pembahasan :
Dik : M = 5,98 x 1024 kg, R = 6,38 x 106 m, G = 6,672 x 10-11 N m2/kg2
Percepatan gravitasi di permukaan bumi:
⇒ g = G M/R2
⇒ g = 6,672 x 10-11 (5,98 x 1024)/(6,38 x 106)2
⇒ g = 39,9 x 1013 / 40,7 x 1012
⇒ g = 9,8 m/s2
Jadi, kuat medan gravitasi atau percepatan gravitasi di permukaan bumi adalah 9,8 m/s2 atau biasanya dalam soal sering dibulatkan 10 m/s2.
Rumus Gaya Gravitasi
Untuk melihat hubungan antara kuat medan gravitasi dengan gaya gravitasi, ada baiknya kita melihat rumus gaya gravitasi. Gaya gravitasi adalah gaya tarik menarik antara dua massa yang terpisah pada jarak tertentu. Besar gaya gravitasi yang dialami oleh dua benda berbanding lurus dengan hasil kali massa dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak.Jika dua bua benda bermassa M dan m terpisah pada jarak R, maka gaya gravitasi antara kedua benda tersebut dapat dihitung dengan rumus berikut:
|
Keterangan :
F = gaya gravitasi atau gaya berat (N)
G = tetapan umum gravitasi (N m2/kg2)
M = massa benda pertama, massa yang lebih besar (kg)
m = massa benda kedua, yang lebih kecil (kg)
R = jarak antara kedua massa dihitung dari pusat massa (m).
Hubungan Kuat Medan Gravitasi dan Gaya Gravitasi
Dari kedua rumus yang telah kita bahas di atas, dapat kita lihat hubungan antara kuat medan gravitasi dengan gaya gravitasi. Gaya gravitasi yang dialami oleh benda bermassa m akibat benda bermassa M akan sama dengan kuat medan gravitasi benda M dikali dengan massa benda m.Gaya gravitasi yang dialami benda bermassa m akibat benda bermassa M:
| ⇒ F = G | M . m |
| R2 |
| ⇒ F = m. G | M |
| R2 |
Keterangan :
F = gaya gravitasi yang dialami oleh benda bermassa m (N)
m = massa benda m (kg)
g = kuat medan gravitasi di permukaan benda bermassa M (N/kg).
Dari rumus di atas jelas terlihat hubungan antara kuat medan gravitasi dan gaya gravitasi. Gaya gravitasi yang dialami oleh sebuah benda akan sama dengan hasil kali massa dengan kuat medan gravitasi di tempat benda berada.
Itu artinya, kuat medan gravitasi berbanding lurus dengan gaya gravitasi. Semakin besar kuat medan gravitasi di tempat benda berada, maka akan semakin besar gaya gravitasi yang dialami oleh benda tersebut. Sebaliknya, semakin kecil kuat medan gravitasinya maka semakin kecil pula gaya gravitasinya.
Hubungan ini mungkin akan lebih mudah dipahami jika kita menjadikan gaya gravitasi sebagai gaya berat atau berat benda sedangkan kuat medan gravitasi sebagai percepatan gravitasi. Hubungan antara berat benda dan percepatan gravitasi adalah:
⇒ W = m . g
Keterangan :
W = berat benda (N)
m = massa benda (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s2).
Dengan melihat gaya gravitasi sebagai gaya berat atau berat benda, maka pembahasan tentang gaya gravitasi dan kuat medan gravitasi akan lebih mudah dipahami sebab hubungannya akan terlihat lebih jelas.
Edutafsi.com adalah blog tentang bahan belajar. Gunakan menu atau penelusuran untuk menemukan bahan belajar yang ingin dipelajari.