Gravitasi

Gravitasi atau gaya berat^[1] adalah fenomena alam di mana semua hal yang memiliki massa atau tenaga di alam semesta—termasuk planet, bintang, galaksi, dan bahkan cahaya^[2]—saling tarik-menarik satu sama lain. Di bumi, gravitasi menyebabkan benda fisik memiliki berat, gravitasi Bulan menyebabkan air laut pasang laut, dan gravitasi matahari mengakibatkan planet dan beragam objek lainnya berada pada orbitnya masing-masing tata surya. Gaya gravitasi dari materi di ruang angkasa yang ada di alam semesta menyebabkan materi tersebut mulai berkumpul, membentuk bintang dan menyebabkan bintang-bintang tersebut berkumpul membentuk galaksi sehingga dapat dikatakan struktur berskala besar dalam alam semesta diciptakan oleh gravitasi. Gravitasi memiliki bentang nilai tak terbatas. Walaupun demikian, efeknya akan semakin melemah seiring suatu objek berjarak semakin jauh.

Fisika modern paling akurat mendeskripsikan gravitasi menggunakan teori relativitas umum yang diajukan oleh Albert Einstein pada 1915, yang menjabarkan gravitasi bukan sebagai sebuah gaya, namun sebagai konsekuensi dari massa yang bergerak "lurus" dalam sebuah kelengkungan ruang-waktu yang disebabkan oleh distribusi massa yang tidak merata. Contoh paling ekstrem dari kelengkungan ruang-waktu tersebut adalah lubang hitam, di mana tiada suatu benda apapun, bahkan cahaya, dapat lolos begitu ia melewati horizon peristiwa lubang hitam.^[3] Namun, untuk kebanyakan kasus, gravitasi dapat dijelaskan oleh hukum gravitasi universal Newton yang lebih sederhana. Newton menjabarkan gravitasi sebagai sebuah gaya yang menyebabkan dua benda fisik untuk saling tarik-menarik satu sama lainnya, dengan daya yang sebanding dengan massa yang dihasilkan dan berbanding terbalik dengan jarak di antara kedua benda dikuadratkan. Beberapa teori yang belum dapat dibuktikan menyebutkan bahwa gaya gravitasi timbul karena adanya partikel graviton dalam setiap atom.

Hukum gravitasi universal Newton dirumuskan sebagai berikut:

Setiap massa menarik massa titik lainnya dengan gaya segaris dengan garis yang menghubungkan kedua titik. Besar gaya tersebut berbanding lurus dengan perkalian kedua massa tersebut dan berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara kedua massa titik tersebut.

${\displaystyle F=G{\frac {m_{1}m_{2}}{r^{2}}}=m_{1}g}$

F adalah besar dari gaya gravitasi antara kedua massa titik tersebut

G adalah konstanta gravitasi

m₁ adalah besar massa titik pertama

m₂ adalah besar massa titik kedua

r adalah jarak antara kedua massa titik, dan

g adalah percepatan gravitasi = ${\displaystyle G{\frac {m_{2}}{r^{2}}}}$

Dalam Sistem Internasional, F diukur dalam newton (N), m₁ dan m₂ dalam kilogram (kg), r dalam meter (m), dan konstanta G kira-kira sama dengan 6,67 × 10⁻¹¹ N m² kg⁻².

Dari persamaan ini dapat diturunkan persamaan untuk menghitung berat. Berat suatu benda adalah hasil kali massa benda tersebut dengan percepatan gravitasi bumi. Persamaan tersebut dapat dituliskan sebagai berikut: ${\displaystyle W=mg}$. W adalah gaya berat benda tersebut, m adalah massa dan g adalah percepatan gravitasi. Percepatan gravitasi ini berbeda-beda dari satu tempat.

Penelitian modern dalam teori gravitasi dimulai dengan kerja Galileo Galilei di akhir abad ke-16 dan awal abad ke-17. Dengan hasil percobaannya menjatuhkan bola dari Menara Pisa, dan nantinya juga pengukuran bola yang meluncur melalui kemiringan, Galileo menunjukkan bahwa besarnya percepatan gravitasi adalah sama untuk semua objek. Hal ini menjadi kemajuan besar dari kepercayaan Aristoteles sebelumnya yang menyatakan bahwa objek yang lebih berat memiliki percepatan gravitasi yang lebih besar.^[4] Galileo membuat postulat hambatan udara sebagai alasan objek dengan massa kecil memungkinkan untuk jatuh lebih pelan di atmosfer. Hasil kerja Galileo menjadi dasar bagi formulasi teori gravitasi Newton.^[5]

• (Indonesia) Simulasi gravitasi antar benda di dalam Tata Surya Diarsipkan 2012-12-19 di Wayback Machine.
• (Indonesia) Percepatan Gravitasi Newton untuk benda berbentuk bola homogen berdimensi N