PERCEPATAN GRAVITASI: APA ITU, BAGAIMANA MENGUKURNYA DAN LATIHAN - FISIK - 2025

The percepatan gravitasi atau percepatan gravitasi didefinisikan sebagai intensitas medan gravitasi bumi. Artinya, gaya yang diberikannya pada benda apa pun, per satuan massa.

Ini dilambangkan dengan huruf g yang sekarang dikenal dan nilai perkiraannya di sekitar permukaan bumi adalah 9,8 m / s ² . Nilai ini mungkin sedikit berbeda dengan garis lintang geografis dan juga dengan ketinggian sehubungan dengan permukaan laut.

Astronot sedang berjalan di luar angkasa di permukaan bumi. Sumber: Pixabay

Percepatan gravitasi, selain memiliki besaran yang disebutkan di atas, memiliki arah dan rasa. Akibatnya, itu diarahkan secara vertikal ke arah pusat bumi.

Medan gravitasi bumi. Sumber: Sumber: Sjlegg

Medan gravitasi bumi dapat direpresentasikan sebagai sekumpulan garis radial yang mengarah ke pusat, seperti yang ditunjukkan pada gambar sebelumnya.

Berapakah percepatan gravitasi?

Nilai percepatan gravitasi di Bumi atau di planet lain setara dengan intensitas medan gravitasi yang dihasilkannya, yang tidak bergantung pada benda di sekitarnya, tetapi hanya pada massa dan radiusnya sendiri.

Percepatan gravitasi sering diartikan sebagai percepatan yang dialami oleh benda apa pun yang jatuh bebas di sekitar permukaan bumi.

Dalam praktiknya, inilah yang hampir selalu terjadi, seperti yang akan kita lihat pada bagian berikut, di mana Hukum Gravitasi Universal Newton akan digunakan.

Newton dikatakan telah menemukan hukum terkenal ini saat bermeditasi tentang tubuh yang jatuh di bawah pohon. Ketika merasakan pukulan apel di kepalanya, ia langsung tahu bahwa gaya yang membuat apel jatuh sama dengan yang menyebabkan Bulan mengorbit Bumi.

Hukum Gravitasi Universal

Benar atau tidaknya legenda apel, Newton menyadari bahwa besarnya gaya gravitasi tarik antara dua benda, misalnya antara Bumi dan Bulan, atau Bumi dan apel, pasti bergantung pada massa mereka. :

Karakteristik gaya gravitasi

Gaya gravitasi selalu menarik; Artinya, dua tubuh yang dipengaruhi akan menarik satu sama lain. Hal sebaliknya tidak mungkin terjadi, karena orbit benda langit tertutup atau terbuka (komet, misalnya) dan gaya tolak tidak akan pernah menghasilkan orbit tertutup. Jadi massa selalu menarik satu sama lain, apapun yang terjadi.

Perkiraan yang cukup baik untuk bentuk sebenarnya dari Bumi (m ₁ ) dan Bulan atau apel (m ₂ ) adalah dengan mengasumsikan bahwa mereka berbentuk bola. Gambar berikut merupakan representasi dari fenomena tersebut.

Hukum Gravitasi Universal Newton. Sumber: I, Dennis Nilsson

Di sini gaya yang diberikan oleh m ₁ pada m ₂ dan gaya yang diberikan oleh m ₂ pada m _{1 diwakili} , keduanya memiliki besaran yang sama dan diarahkan sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat. Mereka tidak dibatalkan, karena diterapkan ke objek yang berbeda.

Dalam semua bagian berikut diasumsikan bahwa benda-benda itu homogen dan berbentuk bola, oleh karena itu pusat gravitasinya bertepatan dengan pusat geometrisnya. Seluruh massa terkonsentrasi di sana dapat diasumsikan.

Bagaimana gravitasi diukur di planet yang berbeda?

Gravitasi dapat diukur dengan gravimeter, alat yang digunakan untuk mengukur gravitasi yang digunakan dalam survei gravimetri geofisika. Mereka saat ini jauh lebih canggih daripada aslinya, tetapi pada awalnya mereka didasarkan pada pendulum.

Bandul terdiri dari tali tipis, ringan dan panjang L. Salah satu ujungnya dipasang pada penyangga dan sebuah massa m digantung dari ujung lainnya.

Ketika sistem berada dalam kesetimbangan, massa menggantung secara vertikal, tetapi ketika dipisahkan darinya, ia mulai berosilasi, melakukan gerakan maju mundur. Gravitasi bertanggung jawab untuk itu. Untuk semua yang mengikuti, adalah valid untuk mengasumsikan bahwa gravitasi adalah satu-satunya gaya yang bekerja pada pendulum.

Periode T osilasi bandul untuk osilasi kecil diberikan oleh persamaan berikut:

Lakukan percobaan untuk menentukan nilai

bahan

- 1 bola logam.

- Tali dengan beberapa panjang berbeda, minimal 5.

- Pita pengukur.

- Transporter.

- Stopwatch.

- Dukungan untuk memperbaiki pendulum.

- Kertas grafik atau program komputer dengan spreadsheet.

Proses

1. Pilih salah satu senar dan pasang pendulum. Ukur panjang tali + jari-jari bola. Ini akan menjadi panjang L.
2. Lepaskan bandul dari posisi kesetimbangan sekitar 5 derajat (ukur dengan busur derajat) dan biarkan berayun.
3. Mulai stopwatch secara bersamaan dan ukur waktu 10 osilasi. Tuliskan hasilnya.
4. Ulangi prosedur di atas untuk panjang lainnya.
5. Tentukan waktu yang dibutuhkan T untuk mengayunkan bandul (bagi masing-masing hasil di atas dengan 10).
6. Kuadratkan setiap nilai yang diperoleh, diperoleh T ²
7. Pada kertas grafik, plot setiap nilai T ² pada sumbu vertikal, terhadap nilai masing-masing L pada sumbu horizontal. Konsisten dengan satuannya dan jangan lupa untuk memperhitungkan kesalahan penilaian instrumen yang digunakan: pita pengukur dan stopwatch.
8. Gambarkan garis terbaik yang sesuai dengan titik yang diplot.
9. Tentukan kemiringan m dari garis ini menggunakan dua titik miliknya (tidak harus titik percobaan). Tambahkan kesalahan eksperimental.
10. Langkah-langkah di atas dapat dilakukan dengan spreadsheet dan opsi untuk membuat dan menyesuaikan garis lurus.
11. Dari nilai kemiringan sampai bersih nilai g dengan ketidakpastian eksperimentalnya masing-masing.

Nilai standar

Nilai standar gravitasi bumi adalah: 9,81 m / s ² , pada 45º lintang utara dan pada permukaan laut. Karena Bumi bukan bola yang sempurna, nilai g sedikit berbeda, menjadi lebih tinggi di kutub dan lebih rendah di ekuator.

Mereka yang ingin mengetahui nilai di wilayahnya dapat menemukannya diperbarui di situs web Institut Metrologi Jerman PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), di bagian Sistem Informasi Gravitasi (GIS).

Gravitasi di bulan

Medan gravitasi Bulan telah ditentukan dengan menganalisis sinyal radio dari pesawat ruang angkasa yang mengorbit satelit. Nilainya di permukaan bulan adalah 1,62 m / s ²

Gravitasi di mars

Nilai g _P suatu planet bergantung pada massa M dan jari-jarinya R sebagai berikut:

Jadi:

Untuk planet Mars, tersedia data berikut:

M = 6.4185 x 10 ²³ kg

R = 3390 km

G = 6,67 x 10 ^-11 Nm ² / kg ²

Dengan data tersebut, kita mengetahui bahwa gravitasi Mars adalah 3,71 m / s ² . Secara alami, persamaan yang sama dapat diterapkan dengan data Bulan atau planet lain dan dengan demikian memperkirakan nilai gravitasinya.

Latihan diselesaikan: apel yang jatuh

Misalkan Bumi dan apel berbentuk bola. Massa Bumi adalah M = 5,98 x 10 ²⁴ kg dan jari-jari adalah R = 6,37 x 10 ⁶ m. Massa apel adalah m = 0,10 kg. Misalkan tidak ada gaya lain kecuali gaya gravitasi. Dari Hukum Newton tentang Gravitasi Universal temukan:

a) Gaya gravitasi yang diberikan bumi pada apel.

b) Percepatan yang dialami apel saat dilepaskan dari ketinggian tertentu, menurut Hukum Kedua Newton.

Larutan

a) Apel (konon berbentuk bola, seperti Bumi) memiliki radius yang sangat kecil dibandingkan dengan jari-jari Bumi dan terbenam dalam medan gravitasinya. Gambar berikut jelas bukan untuk skala, tapi ada diagram medan gravitasi g, dan gaya F yang diberikan bumi pada apel:

Skema yang menunjukkan jatuhnya apel di sekitar bumi. Baik ukuran apel maupun tinggi jatuhnya dapat diabaikan. Sumber: buatan sendiri.

Dengan menerapkan Hukum Gravitasi Universal Newton, jarak antar pusat dapat dianggap kira-kira sama dengan nilai jari-jari bumi (ketinggian jatuhnya apel juga dapat diabaikan dibandingkan dengan jari-jari bumi). Jadi:

b) Menurut Hukum Kedua Newton, besar gaya yang bekerja pada apel adalah:

F = ma = mg

Yang nilainya 0,983 N, menurut perhitungan sebelumnya. Dengan menyamakan kedua nilai tersebut dan kemudian menyelesaikan besarnya percepatan, kita memperoleh:

mg = 0,983 N

g = 0,983 N / 0,10 kg = 9,83 m / s ²

Ini adalah pendekatan yang sangat bagus untuk nilai standar gravitasi.

Referensi

1. Giancoli, D. (2006). Fisika: Prinsip dengan aplikasi. Edisi Keenam. Prentice Hall. 118-122.
2. Hewitt, Paul. (2012). Ilmu Fisika Konseptual. Edisi Kelima. Pearson. 91-94.
3. Rex, A. (2011). Dasar-dasar Fisika. Pearson. 213-221.