Buat lo pecinta sci-fi mungkin sempet kepikiran bahwa suatu hari nanti umat manusia bakal mulai melakukan eksplorasi ke luar angkasa. Masalahnya di luar angkasa itu, kita akan sangat sulit menemukan satu tempat yang punya gaya gravitasi yang persis kayak di bumi. Kan nyebelin juga kalo kita harus terus adaptasi dengan gravitasi luar angkasa dan hidup dengan cara melayang-layang di pesawat ruang angkasa, atau harus membiasakan diri dengan kondisi gravitasi yang telalu besar atau terlalu kecil.

Nah, untuk menghadapi tantangan yang satu itu, sebetulnya kita gak perlu nunggu kelamaan buat mikirin gimana caranya kita bisa memanipulasi gravitasi. Karena sebetulnya, kita udah bisa kok mensiasatinya dengan menerapkan hukum fisika yang udah kita ketahui sekarang ini. Nah konsep yang akan gua bahas di sini, proyeksinya bisa kalian tonton di film interstellar yang baru-baru ini lagi hot Bioskop.

By the way, postingan ini sebetulnya gua gak akan ngebahas inti ceritanya tapi lebih ngebahas tentang penjelasan ilmiah dibalik film Interstellar . Tapi berhubung setiap orang punya toleransi yang berbeda dengan spoiler, gua akan tetap kasih tanda spoiler warning yah. Sebetunya emang akan lebih bagus kalo lo nonton dulu film-nya baru baca artikel ini, tapi kalau lo penasaran sama konsep gravitasi buatan di luar angkasa dan nyaman aja dengan sedikit spoiler seputar penjelasan ilmiah, go ahead baca aja sampe bawah.



Okay, kita inget-inget lagi filmnya. Pada saat Cooper sampai ke ruang angkasa pake roket dari bumi, awalnya mereka melayang-layang kan? Itu karena mereka nggak ngerasain gravitasi bumi lagi. Nah, terus setelah Cooper, dkk meninggalkan atmosfer bumi, roketnya itu "parkir" ke pesawat ruang angkasa yang namanya Endurance (itu lho pesawat yang bentuknya kayak roda raksasa), terus pesawat itu berputar-putar.

Awalnya mereka ngerasain putaran itu bahkan sampe ada yang mabok, terus setelah beberapa lama mereka mulai terbiasa dan ngerasa baik-baik aja, padahal pesawatnya tetap berputar. Gak lama kemudian para astronot itu udah nggak berada dalam kondisi yang melayang-layang melayang-layang lagi dan bisa jalan dan duduk seperti biasa aja.
gravitasi dalam endurance Di dalem pesawat endurance awalnya melayang-layang, gak lama kemudian udah bisa berdiri menapak seperti gravitasi normal



Loh, kok bisa? Ini karena emang film fiksi atau emang beneran ada penjelasan ilmiahnya? Yak, ini ada penjelasan ilmiahnya. Berbeda dengan artikel sebelumnya yang pakai konsep fisika modern, fenomena yang satu ini cukup cuma pakai Fisika klasik kok, yang udah ditemuin sama Newton di sekitar tahun 1686.


Sebenernya kalau kita ngomongin variabel gravitasi di Fisika Klasik, itu bisa mengacu ke dua hal: (1) Bisa Gaya Gravitasi, (2) bisa Percepatan Gravitasi. Kalau gue tanya berapa percepatan gravitasi di permukaan bumi, gue yakin lo bisa jawab. Itu sering banget dipakai di soal. Berapa coba? Yup, g = 9.8 m/s^2, biasanya kita pakai pendekatan g = 10 m/s^2. Nah, itu adalah percepatan gravitasi ya. Perhatiin kalau satuannya pun sama dengan satuan percepatan.

Sebenernya dengan mengetahui bahwa besar percepatan gravitasi di permukaan bumi itu 10 m/s^2 aja, udah banyak loh yang bisa lo simpulin. Misalnya, kalau gue tanya gini:



Itu dari segi percepatan gravitasi. Sekarang kalau gue tanya gini:

Nah, gaya gravitasinya bisa dihitung begini:


Yup. Jadi berat itu adalah gaya gravitasi. Masing-masing benda mengalami gaya gravitasi sebesar 20 N dan 50 N yang arahnya ke bawah (ke bumi). Jangan lupa kalau gaya itu vektor, jadi lo harus sebutin arahnya.


Gravitasi itu sendiri muncul karena ada massa, dan itu bisa ditunjukkan dalam persamaan ini:


F itu gaya, m_1 dan m_2 itu massa benda satu dan dua, r itu adalah jarak antara kedua benda, dan G itu tetapan yang besarnya konstan. Jadi benda apapun yang bermassa, dia bisa menarik benda lain. Misalnya antara handphone dan buku, karena keduanya memiliki massa, maka keduanya tarik-menarik. Tapi berhubung massanya nggak besar, jadi gayanya pun nggak besar, jadi nggak berasa. Sekarang bandingin kalau antara Bumi dan elu. Gaya tarik-menariknya besar dan signifikan.

Nah, di persamaan itu juga kelihatan kan kalau Gaya Gravitasi itu berbanding terbalik dengan jarak antara kedua benda. Sekarang kalau kita menjauh dari Bumi, maka lama-lama gaya gravitasi yang dirasain akan makin kecil. Biar lebih greget, pakai contoh soal ya



Lo bisa lihat video pembahasannya di sini, soal nomor 06 ya

Jelas lah ya bahwa makin jauh dia dari bumi, makin kecil gaya gravitasi yang bekerja sama dia. Kalau dari rumusnya, sebenernya gaya gravitasinya itu nggak akan mencapai nol. Tapi ya bisa cukup kecil lah asal dia bisa jauh dari bumi. Itulah sebabnya para astronot ini melayang-layang ketika mencapai ruang angkasa, karena gravitasi bumi yang mereka rasain ini keciiil sekali.


Nah, sekarang gimana caranya membuat gravitasi buatan di ruang angkasa? Apakah kita perlu pakai benda yang massanya sama besar dengan massa bumi? Ya enggak lah ya. Triknya sebenernya sederhana aja, asalkan lo inget satu hal: gravitasi itu percepatan. So... kalau kita bisa bikin pesawat luar angkasa itu mengalami percepatan konstan sebesar g=10m/s^2, maka kita bisa mengalami gravitasi.

Ilustrasinya mirip dengan mobil dan pengemudi di bawah ini:


Ketika mobil dipercepat ke depan, kita merasakan percepatan ke belakang. So, kalau pesawat luar angkasa dipercepat ke depan, awak pesawat merasakan percepatan ke arah sebaliknya. Pertanyaannya, gimana cara bikin percepatan pada pesawat, tapi nggak berpengaruh pada arah gerak pesawat? Solusinya: Gerak Melingkar!




Jadi intinya, pesawat itu dibuat bergerak melingkar beraturan dengan kelajuan konstan sehingga muncul gaya sentripetal. Nah, ada gaya sentripetal, berarti ada percepatan sentripetal. Sama kayak mobil dan pengemudi tadi, karena pesawat endurance tersebut dipercepat ke arah pusat gerak melingkar, maka awak pesawatnya (Cooper, dkk) merasakan percepatan yang arahnya sebaliknya. Percepatan ini namanya percepatan sentrifugal. Tinggal diatur sedemikian rupa supaya dia merasakan percepatan sentrifugal yang besarnya a_s = 10 m/s^2. Cara mengaturnya adalah dengan membuat dia berputar konstan dengan kecepatan sudut tertentu, karena hubungan antara percepatan sentripetal/sentrifugal, kecepatan sudut, dan jari-jari itu rumusnya . Dengan begitu, dia nggak melayang lagi di pesawatnya, tapi bisa menapak dan jalan-jalan di pesawat seperti dia jalan-jalan di bumi. Itulah alesannya kenapa pesawat endurance itu bentuknya mirip seperti rangka roda raksasa yang bergerak muter-muter terus.


Selama mereka nggak melihat ke luar, nggak akan pusing karena mereka sama sekali nggak merasakan kalau pesawatnya lagi muter-muter. Mereka cuma merasa kayak lagi di bumi aja, bisa menapak, seakan-akan ada gravitasinya. Sama aja kayak lo sekarang ini. Sadar nggak sih bahwa lo sekarang ini sedang bergerak dengan kecepatan sekitar 463,5 m/s? Yup, kira-kira segitulah kecepatan rotasi bumi di sekitar khatulistiwa. 463m/s itu cepet buanget lho = 1.668km/jam! tapi lo nggak berasa kan? Nah, begitu juga dengan awak di pesawat itu. Mereka nggak akan ngerasain perputarannya selama geraknya itu gerak melingkar beraturan dengan kelajuan konstan. Kalau dia mengalami percepatan (berarti mengalami perubahan laju), baru berasa.
Konsep ini dipakai juga di amusement parks (taman hiburan)

Mungkin lo pernah juga main-main ke beberapa amusement parks. Gue pernah lihat yang semacam ini kok di Batu Night Spectacular, Malang. Namanya Gravitron.

Gravitron itu akan berputar, awalnya dipercepat, terus lama-lama laju putarannya konstan. Nah, pas udah konstan, lo akan merasakan seolah-olah ketarik gravitasi ke dinding. Jadi lo bisa nempel di dinding. Ada contohnya yang mirip ini di Youtube, lihat aja:


Lo bisa lihat kan gimana mereka seakan-akan ketarik ke dindingnya? Penjelasannya seperti yang gue sebutin di atas. Putaran itu membuat orang-orang yang ada di dalam Graviton/Rotor mengalami gaya sentrifugal. Gaya sentrifugal ini yang mereka rasakan sebagai gaya gravitasi.



Okay deh, kira-kira begitulah sedikit penjelasan gue tentang konsep gravitasi buatan dalam film Interstellar. Moga-moga bisa bermanfaat dan nambah pengetahuan dan wawasan lo semua, dan pastinya bikin lo terus tambah penasaran sama betapa kerennya Fisika dan science itu sendiri.