Kenapa Satelit Mengalami Percepatan?
Spidometer vs Kompas
Pernahkah kamu membayangkan menyetir mobil mengelilingi bundaran raksasa dengan angka spidometer yang mantap di 60 km/jam? Jarumnya sama sekali tidak goyang. Di kehidupan sehari-hari, kita sering menyebut ini "kecepatannya konstan". Tapi secara fisika, itu keliru.
Kelajuan (yang ditunjukkan jarum spidometer) hanyalah sekadar angka. Sedangkan kecepatan adalah perpaduan antara kelajuan (spidometer) dan arah (kompas). Kelajuan adalah besaran skalar, sementara kecepatan adalah besaran vektor.
Saat kamu berputar di bundaran dari arah Utara perlahan menuju Timur, mobilmu selalu menghadap ke arah yang baru di setiap detiknya. Karena arahnya berubah, maka kecepatannya otomatis berubah, meskipun angka di spidometer tetap diam.
Sebuah mobil melaju di tikungan tajam dengan angka spidometer diam di 40 km/jam. Apakah mobil ini sedang mengalami percepatan?
- A. Tidak, karena angka spidometernya tidak berubah.
- B. Ya, karena meskipun kelajuannya tetap, arah kecepatannya terus berubah.
- C. Tidak, karena mobil tidak mengerem atau menggas secara mendadak.
- D. Ya, karena kelajuan mobil lebih dari 0 km/jam.
Jawaban: B. Ya, karena meskipun kelajuannya tetap, arah kecepatannya terus berubah.
Percepatan adalah bentuk perubahan kecepatan. Karena kecepatan memiliki arah, maka sekadar berbelok (berubah arah) sudah dipastikan menghasilkan percepatan walau angka kelajuan tetap mantap.
Berbelok berarti mengubah arah kecepatan, sehingga benda tersebut secara definisi mengalami percepatan.
Belok Membutuhkan Paksaan
Sekarang bayangkan kamu meluncurkan bola es di atas lantai beku yang sangat licin. Menurut Hukum I Newton (Inersia), bola itu aslinya "malas" berubah — ia ingin bergerak lurus terus selamanya.
Benda tidak akan pernah mau berbelok dengan sendirinya. Kalau kamu melihat sebuah benda berbelok (yang berarti arah kecepatannya berubah dan ia mengalami percepatan), pasti ada gaya luar yang memaksanya dari samping. Ini adalah inti dari Hukum II Newton ($\Sigma F = ma$).
Tanpa gaya sama sekali, resultan gayanya nol, dan benda akan bablas meluncur lurus (percepatan nol). Tapi saat mobil berbelok di bundaran, ada gaya gesek dari aspal yang terus mendorong ban mobil ke arah dalam bundaran. Paksaan inilah yang membuat arah mobil terus bergeser sedikit demi sedikit.
Ingat: Belok = Ada Percepatan = Pasti Ada Resultan Gaya.
Berdasarkan prinsip Hukum Newton, tentukan apakah pernyataan berikut Benar atau Salah!
- Benda bisa berbelok dengan sendirinya asalkan kelajuannya cukup tinggi. — Salah
- Jika sebuah benda mengalami perubahan arah gerak, dapat dipastikan ada resultan gaya yang sedang bekerja padanya. — Benar
Benda aslinya cenderung bergerak lurus (Inersia). Perubahan arah (belok) adalah wujud percepatan, dan menurut Hukum $F = ma$, percepatan hanya bisa muncul jika ada resultan gaya luar ($F$).
Setiap perubahan arah gerak (percepatan) selalu membutuhkan resultan gaya luar yang tidak nol (Hukum II Newton).
Satelit: Jatuh yang Tak Kunjung Sampai
Mari kita bawa konsep tadi sejauh ratusan kilometer ke ruang angkasa. Satelit yang memutari Bumi pada dasarnya sedang mengalami gerak melingkar beraturan. Persis seperti mobil di bundaran, kecepatan satelit terus berubah arah.
Satelit sebenarnya memiliki inersia untuk terbang bablas lurus ke ruang angkasa. Tapi, ada "tali tak kasat mata" yang terus menariknya dari samping. Tali itu adalah Gaya Gravitasi Bumi.
Gaya gravitasi ini menarik satelit tepat menuju pusat massa Bumi. Tarikan yang terus-menerus ini memaksa arah kecepatan satelit agar tidak lurus, melainkan berbelok membentuk lintasan lingkaran. Karena arah gaya tarikan ini selalu menuju pusat Bumi, maka percepatan satelit (mengingat $F=ma$, arah percepatan sama dengan arah gaya) juga selalu berarah menuju pusat Bumi. Percepatan yang membelokkan arah benda ini kita sebut sebagai percepatan sentripetal.
Ke mana arah percepatan sebuah satelit yang sedang mengorbit Bumi dalam lintasan melingkar beraturan?
- A. Searah dengan lintasan gerak maju satelit (ke depan).
- B. Berlawanan arah dengan gerak maju lintasan satelit.
- C. Menjauhi pusat Bumi mengarah ke ruang angkasa (luar lintasan).
- D. Selalu menuju ke arah pusat Bumi (pusat lintasan).
Jawaban: D. Selalu menuju ke arah pusat Bumi (pusat lintasan).
Arah percepatan pada dasarnya selalu sama dengan arah resultan gaya benda tersebut. Karena gaya yang bekerja adalah gravitasi Bumi yang menarik tepat ke pusat Bumi, maka percepatannya pun (percepatan sentripetal) pasti berarah menuju ke pusat Bumi.
Arah percepatan sentripetal (dan gaya penyebabnya) selalu menunjuk tepat ke pusat lintasan melingkar (pusat Bumi).