Medan Gravitasi vs Gaya Gravitasi

Medan gravitasi adalah daerah atau ruang dimana benda dengan massa tertentu masih merasakan adanya gaya gravitasi. Selama kita tinggal di bumi, kita sudah terbiasa dengan adanya medan gravitasi akibat adanya gaya gravitasi bumi.

Gaya gravitasi antara benda bermassa dengan bumi disebut juga sebagai gaya berat atau berat, dalam bahasa Inggris yaitu Weight (W). Berat selalu mengarah ke pusat bumi.

Medan gravitasi arahnya menuju ke pusat bumi. Pada jarak yang semakin menjauh dari bumi, besarnya medan gravitasi semakin kecil. Hanya saja berkurangnya medan gravitasi itu relatif sangat kecil. Tidak terjadi perubahan yang cukup signifikan hingga jarak sekitar 20 km di atas permukaan bumi.

Misalnya suatu benda A bermassa 1 kg ketika di permukaan bumi memiliki berat sekitar 9,8 N. Apabila benda A dibawa ke atas hingga berjarak 6400 km dari permukaan bumi, beratnya sekarang hanya sekitar 2,5 N.

Di permukaan bumi, medan gravitasi bumi yang bekerja pada massa benda 1 kg adalah sekitar 9,8 N (seringkali dibulatkan menjadi 10 N untuk memudahkan perhitungan).

Seberapa gaya berat per 1 kg massa benda adalah merupakan seberapa kuat medan gravitasi bumi. Sehingga kuat medan gravitasi (dituliskan dengan notasi g) didefinisikan sebagai gaya berat per kilogram massa.

Gaya berat = masssa x kuat medan gravitasi.

Sehingga:

Kuat medan gravitasi = Gaya berat/massa

Karena satuan gaya berat adalah N dan satuan massa adalah kg, maka satuan kuat medan gravitasi adalah N/kg.

Kaitan dengan Hukum II Newton

Hukum II Newton menyatakan bahwa gaya resultan sama dengan massa dikali percepatan.

F = m. a

Atau percepatan (satuan m/s.s) merupakan hasil bagi berat (satuan N) dengan massa (satuan kg).

a = F/m --> a = W/m

Apabila sebuah benda jatuh bebas, maka gaya yang bekerja pada benda hanyalah gaya berat W. 

Dimana besarnya W = m.g --> g = W/m

Dari sini percepatan pada peristiwa jatuh bebas adalah ekivalen dengan kuat medan gravitasi.

a = 10 m/s.s

g = 10 N/kg

Semua benda bermassa akan jatuh dengan percepatan sekitar 10 m/s.s (dianggap tidak ada gaya hambat udara).

Massa sebuah benda adalah sama dimanapun berada, baik di bumi ataupun di bulan. Benda A massanya 5 kg ketika di bumi, maka ketika benda A di bawa ke bulan massanya tetap 5 kg. Benda B massanya 1 kg ketika di bumi, maka ketika di bulan massa benda B tetap 1 kg.

Sedangkan berat dari benda itu tidak sama dimanapun berada. Berat benda itu tidak akan sama ketika di bumi dan ketika di bulan. Berat benda ini tergantung pada kuat medan gravitasi yang bekerja. Berat benda A ketika di bulan 8 N sedangkan ketika di bawa ke bumi beratnya 50 N. Begitu juga berat benda B ketika di bulan 1,6 N tetapi menjadi 10 N ketika di bumi.

Ketika di bumi, benda A 5 kg dan benda B 1 kg yang dijatuhkan akan mengalami percepatan 10 m/s.s . Ketika di bulan, benda A 5 kg da benda B 1 kg yang dijatuhkan akan mengalami percepatan 1,6 m/s.s.

Percepatan gravitasi di bumi besarnya sekitar 10 N/kg sedangkan di bulan percepatan gravitasi adalah 1,6 N/kg.

Sumber: Tim Mills-Physics at a Glance-Manson (2008)