Prinsip Ekivalensi Newtonian

Sir Isaac Newton, bagi dunia Fisika, adalah orang besar. Dengan perumusan yang diberikan Newton tentang gerak, banyak hal bisa dijawab. Dan ketika sebuah apel terjatuh, saat itulah dunia dibuat berubah oleh Newton.

Newton memaparkan sebuah konsep tentang tentang sebuah gaya antara dua benda. Intinya adalah, benda yang memiliki massa akan saling tarik-menarik dengan benda bermassa lainnya. Jika massa salah satu benda lebih kecil, gaya tarik yang dihasilkannya lebih kecil dan akibatnya kalah dengan gaya tarik benda bermassa lebih besar. Massa ini disebut massa gravitasi (gravitational mass).

Gaya tersebut diberi nama gravitasi. Dirumuskan dengan

F = \frac{G M_g m_g}{r^2}

Dari perumusan diatas juga terlihat bahwa gravitasi berbanding terbalik dengan kuadrat jarak. Jadi jarak juga berpengaruh—semakin dekat jarak kedua benda, gaya gravitasi yang dialami masing-masing benda akan semakin besar.

Newton juga mendefinisikan inertial mass, dalam Bahasa Indonesia barangkali akan diterjemahkan sebagai massa diam, tapi inertial lebih tepat diartikan sebagai “kondisi tetap”. Massa ini yang digunakan dalam hukum Newton yang terkenal: “sebuah benda akan tetap berada dalam posisinya kecuali ada gaya luar yang diaplikasikan terhadapnya”. Katakanlah massa inersial itu sebagai mi, sehingga Hukum I Newton:

F = m_i a

Muncul pertanyaan, apakah berbeda antara massa inersial dengan massa gravitasional? Berbagai percobaan yang dilakukan akhirnya memberikan jawaban, bahwa antara massa gravitasional dan massa inersial itu sama saja. Konsep percobaannya sebagai berikut ini:

Gaya gravitasi memberikan percepatan sebesar g, dengan nilai 9,8 ms-2 untuk di bumi. Percepatan ini yang membuat sebuah benda jatuh bebas bermassa m jadi bergerak semakin cepat begitu mendekati permukaan bumi. Jika benda yang sama didorong sedemikian rupa sehingga bergerak dengan percepatan 9,8 ms-2, akan didapati bahwa gaya dorong yang dialami benda sama besarnya dengan gaya gravitasi. Kesimpulannya,

F = m_i a = m_g a

Prinsip bahwa massa gravitasional ini sama dengan massa inersial disebut Prinsip Ekivalensi (Equivalence Principle).

Gambaran prinsip ekivalensi, perbandingan percepatan akibat gerak ruang dan akibat gravitasi.

Gambaran prinsip ekivalensi, perbandingan percepatan akibat gerak ruang dan akibat gravitasi.

Barbara Ryden, dalam bukunya Introduction to Cosmology, memberikan sebuah contoh yang cukup unik, berikut saya terjemahkan.

Misalkan Anda bangun di suatu pagi dan mendapati bahwa Anda dan seisi kamar berada dalam sebuah kotak kedap suara dan tidak tembus pandang. “Oh tidak,” Anda berteriak, “Ini yang kutakutkan, aku disandera oleh alien dan dibawa ke planet asal mereka.”

Begitu kalutnya Anda sehingga boneka beruang di tempat tidur Anda sampai terjatuh. Namun anda mengamati bahwa boneka beruang itu jatuh ke lantai dengan percepatan a = 9,8 ms-2. “Whew,” kata Anda sedikit merasa tenang, “Setidaknya aku masih di bumi, alien ini belum memberangkatkan pesawatnya.”

Namun saat itu juga sebuah jendela di sisi kotak yang mengurung Anda terbuka, dan Anda akhirnya menyadari bahwa justru pesawat alien itu yang sedang bergerak ke ruang angkasa dengan percepatan a = 9,8 ms-2

Jadi seperti itu, prinsip ekivalensi memungkinkan kita untuk membuat 2 interpretasi (lihat gambar):

  1. Kita diam dan boneka beruang bergerak karena gravitasi,
  2. Ruangan tempat kita berada bergerak, sedangkan boneka beruang berada dalam kondisi statis.


Dan hmm, Fisika jadi terasa lebih menarik … Berikutnya akan saya sampaikan bagaimana Albert Einstein menjelaskan teori Relativitas Umum dengan menggunakan prinsip ekivalensi ini. (bersambung)

2 thoughts on “Prinsip Ekivalensi Newtonian

  1. nice writing…
    thanks alot k edi
    cukup menjawab kebingungan is slama ini.
    kapan-kapan cerita tentang fisika n mekanika quantum yach..
    he..he

    Like

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s