081. Keadaan Tanpa Bobot Dalam Pesawat Ulang Alik yang Sedang Mengorbit Bumi, Penjelasan Secara Ilmiyah Populer

Kalau dalam seri yang lalu dijelaskan bahwa berlandaskan iman, gravitasi dalam pesawat ulang-alik itu tetap ada dan tetap bekerja, maka dalam seri ini akan dijelaskan pula berdasarkan ilmu mekanika bahwa dalam kapal itu tetap ada dan tetap bekerja gravitasi itu. Penjelasan ini akan disajikan dengan gaya ilmiyah populer, seperti yang telah saya janjikan pada hari Ahad yang lalu.

Bayangkanlah sebuah menara yang puncaknya tinggi sekali. Naiklah ke puncaknya dan jatuhkanlah batu. Maka batu itu dengan bebas jatuh lurus ke bawah dan tiba di tanah dekat kaki menara. Ini sudah diamati oleh nenek moyang kita, bukan hanya Galileo Galilei saja. Buktinya? Ada pepatah: Buah itu jatuhnya tidak jauh dari pokok pohon. Akan berbeda jika dari ketinggian itu batu itu dilempar mendatar sejajar dengan muka bumi. Batu itu akan menempuh lintasan yang dikenal dalam ilmu mekanika sebagai lintasan peluru. Makin besar kecepatan permulaan waktu melempar itu makin jauh pula letak jatuhnya batu itu dari kaki menara. Kalau kecepatan permulaan itu ditambah terus akan tiba saatnya batu itu akan jatuh meliwati lengkungan permukaan bumi. Dan dalam keadaan yang demikian itu batu itu akan jatuh bebas terus-menerus tidak ada henti-hentinya. Inilah yang disebut mengedari atau mengorbit bumi. Karena proses jatuh bebas itu disebabkan oleh gravitasi, maka jatuh bebas terus menerus atau mengorbit itu juga karena gravitasi. Jadi kapal ulang-alik dan seluruh isinya itu mengorbit bumi itu karena pekerjaan gravitasi. Artinya terhadap benda-benda termasuk manusia yang mengorbit bersama-sama dengan kapalnya itu, gravitasi itu bekerja. Ini kalau ditinjau dengan berpatokan kita ada di bumi yang melihat pesawat ulang-alik itu seluruhnya jatuh bebas terus-menerus oleh gravitasi. Mengambil bumi sebagai patokan terhadap gerakan disebut bahwa bumi itu menjadi pusat sistem koordinat.

Lalu bagaiman jika patokan itu bukan bumi melainkan ruang di dalam pesawat ulang-alik yang mengorbit bumi? Ini dinamakan dalam ilmu mekanika dengan transformasi sistem koordinat. Jadi para astronaut itu mempratekkan transformasi sistem koordinat. Mulanya mereka di bumi lalu masuk ke dalam pesawat ulang alik yang dilempar keluar untuk mengorbit bumi. Bagi mereka para astronaut di dalam kapal itu keadaan tanpa bobot atau kehilangan berat tidak identik pengertiannya dengan tidak ada gravitasi. Kalimat terakhir yang digaris bawahi ini perlu penjelasan.

Seluruh kemampuan gravitasi itu telah dipakai untuk menyebabkan kapal ulang-alik dengan segala isi yang di dalamnya jatuh bebas terus menerus atau mengorbit itu. Jadi hasil karya gravitasi tidak dapat lagi dirasakan oleh para astronaut itu sebagai suatu bobot oleh karena seluruh kemampuan gravitasi itu telah habis dipakai untuk mengorbit seperti dikatakan di atas. Lalu apa itu yang kita sebut dengan bobot atau berat. Kalau kita berdiri di atas permukaan bumi atau apa saja yang melekat di bumi, maka badan kita disanggah oleh tempat kita tegak itu. Gravitasi menarik kita ke bawah, badan kita disanggah maka kita akan merasakan tekanan. Inilah yang disebut bobot. Kalau kita jatuh bebas badan kita tidak disanggah oleh apapun juga, lalu kita tidak merasakan ada tekanan di telapak kaki, sehingga kita katakanlah dalam keadaan tanpa bobot. Demikianalah penjelasan tentang pemahaman keadaan tanpa bobot atau kehilangan berat tidak identik pengertiannya dengan tidak ada gravitasi.

Penjelasan tentang ilmu mekanika yang bergaya esei sudah dipaparkan dengan segenap kemampuan saya secara maximal. Selanjutnya akan diberikan penjelasan tambahan bagi mereka yang ada minatnya sedikit kepada rumus-rumus sederhana. Kita mulai dengan persamaan yang sangat mendasar:

F = ma, ini adalah pernyataan matematik untuk menggambarkan keadaan yang dinamik. Pernyataan tersebut dikenal dengan Hukum Newton yang Kedua. F adalah simbol untuk gaya, penyebab gerak suatu benda. Kemudian m adalah simbol dari massa yang lamban (innertial mass). Mengapa dikatakan lamban oleh karena benda itu tidak penurut untuk begitu saja mengikuti kemauan gaya itu. Lalu seterusnya a adalah percepatan, yaitu hasil karya gaya terhadap benda yang lamban itu. Untuk benda yang mengorbit yaitu bergerak melintasi lingkaran dengan kecepatan yang tetap, rumus F = ma berubah wujudnya menjadi:
F_cp = mω²R,
index cp kependekan dari centripetal artinya menuju ke dalam, ke titik pusat lingkaran, yang bagi kapal ulang-alik bermakna titik pusat bumi. Sedangkan ω (baca omega) adalah kecepatan sudut, dan selanjutnya R adalah jarak dari benda yang mengorbit ke titik pusat lingkaran, yang bagi kasus kapal ulang-alik yang mengorbit adalah tinggi di atas muka bumi, yang harus dikoreksi dengan jari-jari bumi.

d'Alembert mengubah wajah pernyataan dinamik itu menjadi pernyataan keseimbangan dinamik, mizan, dengan qaidah aljabar yang elementer menjadi:

F_cp - mω²R = 0. Adapun pernyataan mω²R disebut gaya centrifugal dinyatakan dalam simbol F_cf, yang berarti gaya mengarah keluar. Gaya centrifugal ini sesungguhnya adalah gaya semu disebut pula dengan gaya inersial.

Jadi persamaan dinamik [F_cp = mω²R] adalah untuk kita yang ada di bumi, sedangkan persamaan d'Alembert [F_cp - mω²R = 0] adalah sesudah mengadakan transformasi sistem koordinat ke dalam pesawat ulang alik. Persamaan d'Alembert, atau persamaan kesimbangan dinamik berlaku bagi para astronaut di dalam kapal ulang-alik. Keseimbangan antara gaya centripetal dengan gaya inersial yang centrifugal itulah yang disebut dengan keadaan tanpa bobot.

Jadi sekali lagi keadaan tanpa bobot tidak berarti tidak ada gravitasi. Keadaan tanpa bobot adalah gaya gravitasi yaitu gaya centripetal diimbangi oleh gaya inersial yang centrifugal. Maka demikianlah adanya.

Sedikit catatan tambahan supaya jangan salah faham. Hukum Newton bukanlah berarti hukum yang dibuat ataupun ditentukan oleh Newton. Hukum itu adalah Hukum Allah atau TaqdiruLlah. Hukum Newton dalam kontex ini berarti adalah Hukum Allah atau TaqdiruLlah yang diungkapkan oleh Newton. WaLlahu a'lamu bishshawab.

*** Makassar, 30 Mei 1993