BUKTI EMPIRIS ROTASI BUMI

Pada pembahasan yang lalu sudah dijelaskan bahwa bumi berotasi dalam periode 1 hari sideraeal.  Bukti-bukti bahwa bumi berotasi bisa dilihat dari gejala yang terjadi di alam misalnya terjadinya siang dan malam.  Bukti lain yang lebih penting adalah pembuktian secara empiris, yaitu melalui percobaan ilmiah dan pengukuran terhadap perubahan nilai besaran yang terjadi akibat rotasi bumi.

Pada pembahasan kali ini saya jelaskan pembuktian rotasi bumi secara empiris.  Tentu saja bukti ini bukanlah sekedar teori karena sudah pernah dilakukan oleh orang dan bisa diulangi kembali oleh siapapun.  Satu-satunya jalan untuk membantah bukti ini adalah dengan cara melakukan percobaan atau pengukuran dengan metode lebih baik dan tentu hasilnya harus  dapat membuktikan yang sebaliknya.

Silakan simak pembuktian-pembuktian berikut ini.

Efek sentrifugal.

Efek sentrifugal terjadi akibat gaya sentrifugal yang bekerja pada benda yang berputar di sumbunya.  Ada perbedaan mendasar antara gaya sentripetal dan sentrifugal.  Perbedaan gaya sentripetal dan gaya sentrifugal terletak pada kerangka acuannya.  Gaya sentripetal dilihat dari kerangka acuan yang diam (inersia), misalnya ketika kita sedang melihat pembalap Rosi sedang memiringkan motornya di belokan.  Sementara gaya sentrifugal dilihat dari kerangka acuan yang berputar (non-inersia) misalnya benda di dalam bola yang sedang berputar.

Untuk lebih memahami saya ambil contoh pertunjukan “tong setan” di pasar malam. Di Taman Safari Indonesia Cisarua Bogor pertunjukan ini juga ada.  Ini adalah pertunjukan pengendara sepeda motor yang berputar pada suatu dinding tong melingkar namun tidak jatuh.  Bagi penonton yang duduk diam di dalam tong, sepeda motor ini mendapatkan gaya sentripetal akibat gerak melingkar.  Nah sekarang bayangkan jika dinding, dan penonton dengan tempat duduknya diputar bersama-sama pada sebuah sumbu. Maka bagi penonton yang berputar, sepeda motor yang menempel di dinding terjadi karena gaya sentrifugal.

Bola bumi yang berputar juga akan membuat efek sentrifugal pada pertikel penyusun bumi itu sendiri dan semua benda yang berada di permukaannya.  Bumi yang berputar dengan sumbu garis khayal dari kutub utara ke kutub selatan akan membuat gaya sentrifugal yang berbeda-beda di setiap posisi lintang.  Di katulistiwa gaya sentrifugal ini paling besar sementara semakin menjauhi katulistiwa gaya sentrifugal semakin mengecil.  

Arah gaya atau percepatan sentrifugal adalah tegak lurus dan menjauhi sumbu putar secara radial dengan rumus

a =  V² / R

a = percepatan sentrifugal

V = kecepatan linear  (keliling lingkaran / waktu tempuh)

R = jari-jari

Di katulistiwa besarnya percepatan sentrifugal bisa dihitung

a =  (2 π R / 24 jam)² / R

Dengan memasukan nilai jari-jari di katulistiwa sebesar R=6.378 km diperoleh percepatan sentrifugal sebesar a=0,034 m/dt².   Terlihat hasilnya sangat kecil dan ini tidak akan terasa bagi kita yang sudah mendapat percepatan gravitasi sebesar 9,8 m/dt² ke arah pusat massa bumi.   Jika ada sahabat yang masih berpikiran benda atau manusia atau apapun di permukaan bumi akan terlempar akibat rotasi bumi, maka disarankan sebaiknya belajar lagi. Sejak kita dilahirkan bumi sudah berotasi.  Kecuali jika dari keadaan diam lalu tiba-tiba berputar nah itu baru akan terjadi tragedi tersebut. Bukan terlempar ke depan tapi terpelanting ke belakang berlawanan arah dengan arah gerak.  Sesuai dengan hukum Newton pertama.

Percepatan gravitasi di permukaan bumi sebenarnya adalah perpaduan antara percepatan gravitasi dengan percepatan sentrifugal.  Nilainya tentu saja berbeda-beda sedikit di setiap tempat di permukaan bumi. Perubahan nilai gravitasi bisa dibuktikan dengan pengukuran menggunakan alat gravimeter.  Banyak orang yang sudah membuktikan bahwa percepatan gravitasi berbeda-beda sedikit  di permukaan bumi.  Bukan hanya karena jari-jari yang sedikit berbeda di setiap tempat tapi juga karena efek sentrifugal akibat rotasi.  Dan tentunya hasil ini  membuktikan bahwa bumi berotasi.

Gaya sentrifugal juga akan membuat efek pada bentuk bumi.  Di katulistiwa gaya sentrifugal paling besar sehingga membuat bumi menggembung di katulistiwa dan pepat di kutub.  Dengan pengukuran diperoleh jari-jari bumi di katulistiwa sebesar 6.378 km dan di kutub sebesar 6.358 km.

Efek Eotvos

Tema ini masih berhubungan dengan gaya sentrifugal akibat rotasi bumi.  Ada sebuah fenomena, gaya sentrifugal pada kapal yang bergerak ke arah timur akan bertambah,  sementara kapal yang bergerak ke arah barat akan berkurang.  Ini terjadi karena saat kapal bergerak ke timur kecepatan relatifnya bertambah akibat rotasi bumi.  Misalnya jika kecepatan kapal 60 km/jam maka kecepatan relatifnya menjadi kecepatan rotasi bumi + 60 km/jam.  Sementara jika bergerak ke barat kecepatan relatifnya adalah kecepatan rotasi – 60 km/jam.

            Efek ini pertama kali ditemukan oleh Eotvos, sehingga terkenal dengan nama Efek Eotvos. Pada awal tahun 1900-an, tim Jerman dari Institute of Geodesi di Potsdam melakukan pengukuran gravitasi pada kapal yang berlayar di lautan Atlantik, Hindia dan Pasifik.  Di kapal ikut serta seorang fisikawan Baron Roland von Eotvos (1848-1919). Dia melihat bahwa pembacaan gravitasi pada gravimeter menunjukkan nilai yang  lebih rendah ketika kapal berlayar ke arah timur, dan sebaliknya lebih tinggi ketika kapal berlayar ke arah barat. Dia mengidentifikasi peristiwa ini akibat dari rotasi bumi. 

 Pada tahun 1908 pengukuran dalam rangka eksperimen yang  sesungguhnya dilakukan Eotvos di Laut Hitam.  Dua kapal diberangkatkan, satu bergerak ke arah timur dan satu ke barat.  Hasil eksperimen Eotvos ini secara matematis membuktikan bahwa bumi berotasi dengan periode 1 hari sidereal. Sejak saat itu pengukuran gravitasi dalam rangka kegiatan geodesi harus memperhitungkan efek Eotvos ini.  Ini menjadi fakta ilmiah bahwa bumi berotasi.

Mari kita mencoba menghitung secara matematis kapal yang berlayar di katulistiwa.  Misalkan benda yang memiliki massa 10 kg berada di dalam kapal yang sedang berlayar ke timur dan ke barat dengan kelajuan 36 km/jam atau 10 m/dt, berapakah berat benda tersebut? Anggap  percepatan gravitasi di katulistiwa adalah 9,8 m/dt².

Di katulistiwa dengan jari-jari 6.378 km, kecepatan gerak rotasi adalah 465 m/dt.   Percepatan sentrifugal akibat gerak rotasi ini adalah 0,034 m/dt².  Kapal yang bergerak ke timur kecepatan relatifnya bertambah menjadi 475 m/dt dan percepatan sentrifugal menjadi 0,0354 m/dt².  Sedangkan kapal yang bergerak ke barat kecepatan realtifnya berkurang menjadi 455 m/dt dan percepatan sentrifugalnya 0,0325 m/dt².

Saat kapal sedang diam,

Percepatan total a= 9,8 – 0,034 = 9,766 m/dt² .

Berat benda = m. a = 10 x 9,766 = 97,66 Newton

Saat kapal berlayar ke timur

Percepatan total a= 9,8 – 0,0354 = 9,7646 m/dt² .

Berat benda = m. a = 10 x 9,7646 = 97,646 Newton

Saat kapal berlayar ke barat

Percepatan total a= 9,8 – 0,0325 = 9,7675 m/dt² .

Berat benda = m. a = 10 x 9,7675 = 97,675 Newton

Perhatikan perbedaan berat dan massa. Berat benda adalah gaya tarik menarik antara bumi dengan benda atau gaya gravitasi yang dialami benda.  Sedangkan massa berhubungan dengan partikel atau zat penyusun benda.

Efek Coriolis.

Efek Coriolis di temukan oleh ilmuwan Francis, Gaspard Gustave Coriolis tahun 1792.  Coriolis menerangkan bahwa,

Benda yang bergerak lurus dalam kerangka acuan yang berputar akan terlihat berbelok bagi pengamat yang sedang diam di dalam kerangka acuan tersebut.   

Mari kita pelajari bagaimana efek tersebut bisa terjadi.

Perhatikan gambar di atas.  Ada dua buah objek A dan B berada di atas sebuah piringan (disk) dalam kondisi diam.  Kedua objek tersebut awalnya dalam posisi berhimpit di A.  Sesaat kemudian objek B bergerak lurus.  Hasilnya bagi kerangka acuan A, lintasan yang dibentuk oleh B adalah lurus, karena tidak ada gerak lain selain gerak lurus B.

Sekarang mari kita putar disk tersebut berlawanan arah jarum jam dengan kecepatan sudut dan kecepatan linear tetap. Objek A dan objek B (yang awalnya berhimpit di A), ikut berputar  bersama-sama dengan kecepatan sudut maupun kecepatan linear sama. Apa yang akan terjadi ketika objek B bergerak lurus menjauhi sumbu putaran?

Perhatikan gambar di atas.  Jika dilihat dari kerangka acuan A, lintasan objek B akan terdefleksi (berbelok) ke arah kanan atau berlawanan arah dengan arah putaran.

Mohon diperhatikan lintasan yang berbelok ini jika dilihat dari kerangka acuan A atau disk.  Jika dilihat dari kerangka acuan lain misalnya dari luar sistem maka lintasan objek B adalah perpaduan gerak melingkar dengan gerak lurus, sementara lintasan objek A adalah lingkaran.

Sebaliknya jika benda bergerak menuju ke sumbu putaran maka benda akan berbelok searah  dengan arah putaran. Seperti ini ilustrasinya.

Perhatikan gambar di atas.  Disk berputar searah jarum jam.  Objek B bergerak mendekati sumbu putaran, maka objek B akan terdefleksi searah dengan arah putaran.

Inilah yang dimaksud dengan efek Coriolis.  Gaya semu yang membuat arah objek B berbelok ini disebut dengan gaya Coriolis.

Percepatan Coriolis dirumuskan dengan

Sedangkan gaya  Coriolis

Keterangan

a_c = Percepatan Coriolis

F_c = Gaya Coriolis

v = Kecepatan benda bergerak

Ω = Kecepatan sudut putar

m = massa benda

Perhatikan tanda kali (x) adalah cross bukan perkalian biasa tapi perkalian vektor.

Kaidah untuk menentukan arah gaya dan percepatan Coriolis pada sebuah benda yang bergerak lurus dalam kerangka acuan berputar adalah sebagai berikut,

• Jika arah gerak benda sejajar sumbu putar, percepatan Coriolis adalah nol.
• Jika arah gerak benda menuju sumbu putar, percepatan Coriolis akan searah dengan arah putaran.
• Jika arah gerak benda menjauhi sumbu putar, percepatan Coriolis akan berlawanan arah dengan arah putaran.
• Jika arah gerak benda searah dengan putaran, percepatan Coriolis akan menjauhi sumbu putar.
• Jika arah gerak benda berlawan arah putaran, percepatan Coriolis akan menuju ke sumbu putar.

Bagaimana jika benda melakukan gerak bolak-balik atau berosilasi dalam jangka waktu yang lama?

Perhatikan gambar di atas.  Jika osilasi objek B ini berlangsung terus–menerus dalam waktu yang lama maka arah osilasi objek B bagi kerangka acuan A akan berubah atau berputar dan akan kembali pada arah semula dalam periode waktu tertentu.  

Bumi kita yang berotasi tentu juga memiliki efek Coriolis.  Semua benda di permukaan bumi sampai atmosfirnya akan mewarisi kecepatan rotasi bumi dan dalam kerangka acuan bumi.  Jadi ketika ada benda yang bergerak lurus naik atau turun atau gerak yang menyebabkan perubahan kedudukan terhadap sumbu rotasi bumi tentu akan terjadi efek Coriolis.

Penggambaran yang sudah dijelaskan di atas adalah dalam dua dimensi.  Sementara bumi berputar pada suatu sumbu yang memiliki jari-jari putar yang berbeda-beda di setiap posisi lintang.  Jari-jari terbesar adalah di katulistiwa sementara jari-jari akan mengecil ketika menjauhi katulistiwa.  Dengan demikian efek Coriolis akan berbeda-beda di setiap tempat di bumi ini berdasarkan posisi lintang.  Efek Coriolis akan semakin besar ketika menjauh dari katulistiwa.

Efek Coriolis di bumi hanya akan terasa untuk benda-benda bergerak lurus dalam waktu yang cukup lama. Efek Coriolis akan mengakibatkan angin siklon yang berada di belahan bumi utara berputar searah jarum jam sementara yang berada di belahan bumi selatan berputar berlawan arah jarum jam.  Angin siklon jarang terjadi di wilayah yang dekat dengan katulistiwa, karena di katulistiwa efek Coriolis lebih kecil.

Efek Coriolis pada benda yang mengalami jatuh bebas seperti buah durian jatuh dari pohonnya, sangat kecil.  Buah durian yang jatuh akan berbelok arah ke timur atau jatuhnya lebih di sebelah timur terhadap saat belum jatuh.  Ini sesuai dengan kaidah kedua bahwa gerak yang mendekati sumbu putar akan menghasilkan  percepatan Coriolis yang searah dengan arah putaran.  Karena arah rotasi bumi dari barat ke timur maka benda jatuh akan berbelok (terdefleksi) ke arah timur. 

 Jangan berpikir benda jatuh bebas beloknya ke barat ya seperti pikiran orang yang menganggap helikopter yang mengambang akan bergeser jauh ke barat.  Ini adalah  pikiran orang yang amat sangat belum faham.  Sayangnya banyak orang yang sebenarnya sudah belajar fisika bab kelembaman di sekolah masih tetap berpikiran seperti itu.    Padahal ketika kita menjatuhkan benda di dalam pesawat yang melaju dengan kecepatan 1000 km/jam jatuhnya tetap sama posisinya seperti saat belum dijatuhkan.  Mengapa contoh sederhana ini masih sulit difahami ya? Dan yang lebih repot alih-alih bertanya agar mendapat pemahaman, ketidakfahaman ini malah dijadikan argumen untuk membantah rotasi bumi.  Tragis !!!

Pembuktian adanya defleksi ke arah timur akibat rotasi bumi ini pernah dilakukan oleh Johann Friedrich Benzenberg di Hamburg tahun 1802.  Dia menjatuhkan bola dari ketinggian 158,5 m dan bola jatuh bergeser ke timur sejauh 27,4 mm. Menurut perhitungan matematika bola harusnya bergeser ke timur sejauh 28,1 mm. Perbedaan kecil ini masih wajar karena ada faktor lingkungan misalnya gangguan angin. Percobaan sejenis pun pernah dilakukan oleh Ferdinand Reich di Freiberg tahun 1831.  Hasilnya juga membuktikan adanya defleksi ke arah timur.

Adanya efek Coriolis akibat rotasi bumi ini juga dibuktikan secara ilmiah dengan hitungan matematis yang tepat oleh pendulum Foucault.  Ini adalah bukti yang sangat akurat yang menunjukkan bahwa bumi memang benar-benar berotasi dan tentu bentuknya juga harus bulat.

Pendulum Foucault

Pendulum Foucault diperkenalkan pertama kali oleh Leon Foucault.  Pada bulan Februari 1851 Foucault mempublikasikan pendulumnya untuk membuktikan rotasi bumi.  Foucault membuat bandul logam dengan massa 28 kg dan menggantungkannya dengan kawat halus sepanjang 67 meter di puncak dome Panteon Paris.  Pada lantai yang dilalui oleh lintasan pendulum dibuat latar arah mata angin.

Ini penampakan pendulum Foucault di Panteon Paris

Pendulum Foucault dipertunjukkan di kalangan umum di kota paris yang memiliki posisi lintang 48^o 52’ LU.  Pendulum berosilasi dengan arah  yang berubah 11 ^o  setiap 1 jam.  Untuk kembali lagi ke arah semula dibutuhkan waktu 32 jam 42 menit.  

Seperti sudah dijelaskan sebelumnya bahwa arah pendulum berubah akibat adanya gaya Coriolis.  Arah dan waktu yang dibutuhkan pendulum untuk kembali ke arah semula bergantung pada posisi lintang di mana pendulum itu berada.  Di belahan bumi utara pendulum akan berputar searah jarum jam dan di belahan bumi selatan berlawanan arah jarum jam. Tepat di katulistiwa pendulum tidak akan mengalami perubahan arah. 

 Semakin menjauh dari katulistiwa perubahan arah pendulum membutuhkan waktu yang lebih cepat daripada di dekat katulistiwa.  Di kutub utara dan selatan waktu yang dibutuhkan pendulum untuk satu kali putaran adalah sama dengan waktu rotasi bumi yaitu 1 hari sidereal.  Sedangkan di katulistiwa membutuhkan waktu yang tak berhingga alias pendulum tidak berputar.  Seperti ini grafiknya.

Rumus perubahan arah pendulum adalah

ω = 360 sin φ / hari

ω = perubahan sudut dalam satu hari

φ = Lintang

Misalkan jika pendulum itu dioperasikan di Jakarta dengan lintang 6,2^o maka bisa kita hitung berapa perubahan sudut dalam satu hari.

ω = 360 sin 6,2 = 38,9 derajat

Berarti pendulum di Jakarta akan berputar 38,9 derajat dalam sehari atau sekitar 1,6 derajat setiap satu jam.  

Selain di Paris pendulum Foucault juga sudah dibuat di berbagai intitusi misalnya di Ranchi Science Center seperti ini penampakannya.

Di California Academy of Science, seperti ini fotonya.

Dan di Chicago Museum of Science and Industry.  Ini screenshot videonya.  Silakan bisa dilihat di youtube.  Ini pertunjukan yang sangat menarik.  Sebuah bandul berosilasi yang semakin lama berbelok arah. Bandul diarahkan agar mengenai dan merobohkan target.  Pada detik 27 target masih agak jauh.  Dan 6 menit kemudian bandul hampir menyentuh target dan akhirnya berhasil merobohkannya.

Seperti ini screenshotnya,

Pada detik ke-27 jarak bandul dan target masih jauh

6 menit kemudian jarak bandul hampir menyentuh target dan akhirnya merobohkannya. Silakan lihat videonya di sini.

Satelit GeoStationary

Satelit GeoStationary adalah satelit yang berada di ketinggian sekitar 36.000 km dari permukaan bumi dengan posisi di atas katulistiwa.  Posisi satelit ini terkunci atau tidak pernah bergeser kedudukannya terhadap lokasi di bumi.  Silakan lihat artikel sebelumnya “satelit membuktikan bumi berotasi”.  Dengan perhitungan secara matematis, orbit satelit GeoStationary berhasil membuktikan bahwa bumi berotasi dengan periode 1 hari sidereal.

Badan atau perusahaan yang memiliki satelit GeoStationary di Indonesia antara lain PT Telkom memiliki satelit TELKOM 2, PT Indosat punya PALAPA D dan BRI memiliki BRISat.  Sedangkan satelit GeoStationary yang bukan milik perusahaan di Indonesia antara lain Himawari-8, Meteosat VISSR, Meteosat SEVIRI, GOES East dan GOES west.  5 satelit tersebut adalah satelit pemantau cuaca global dan menghasilkan foto bumi bulat penuh.  Silakan lihat foto bumi dari satelit di sebuah web yang ditulis oleh Prof. T. Djamaludin dari LAPAN yang berjudul “FLATEARTH : Dongeng Tanpa Landasan Ilmiah”.

Penutup

Bukti-bukti empiris yang sudah dijelaskan di atas tidak hanya membuktikan bumi berotasi dengan periode 1 hari sidereal tapi sekaligus juga membuktikan bahwa bentuk bumi adalah bulat.  Secara fisis dan perhitungan matematis sudah sangat jelas bahwa fakta ilmiah ini adalah bukti bahwa Tuhan menciptakan bumi dalam bentuk yang bulat dengan jari-jari sekitar 6400-an km dan berotasi dengan periode 1 hari sidereal.

Sains adalah anugerah dari Tuhan agar manusia dapat memikirkan ciptaanNya dan menemukan rahasia di balik ciptaanNya tersebut.  Sains tidak mungkin bertentangan dengan kitab Tuhan, karena keduanya berasal dari Tuhan. Orang yang suka mengejek ilmuwan serta orang yang mempelajari sains dengan olok-olok “Menuhankan sains” adalah orang yang tidak bersyukur atas karunia  Tuhan.  Bahkan ada di antara mereka yang berusaha membangun opini pertarungan antara sains dan agama.  Apakah orang-orang seperti ini bisa disebut beragama secara kaffah?  Mereka tidak sadar bahwa teknologi apapun yang mereka gunakan setiap hari bahkan sarana untuk menjalankan ibadah, dilahirkan dari sains.

Buat saudaraku sesama Muslim belajarlah dari ilmuwan-ilmuwan Muslim jaman keemasan Islam.  Di tangan merekalah Islam mencapai puncak peradabannya.  Mereka secara bulat menyatakan bahwa bentuk bumi adalah bulat.  Bahkan tidak sedikit di antara  mereka yang berpandangan bumi berotasi sehingga terjadi siang dan malam misalnya Al-biruni.  Dan tidak sedikit juga yang mulai condong ke heliosentris daripada geosentris misalnya Nashiruddin Al Tusi (lahir 1201 M) dan Ali Qushji ( lahir 1403 M) dan beberapa ilmuwan muslim lainnya.  Silakan baca artikel sebelumnya. 

Ilmuwan-ilmuwan  muslim kebanyakan juga seorang ulama yang kualitas penguasaan Alqur’an dan tafsirnya tidak diragukan.  Pelajarilah mengapa mereka tidak mempertentangkan Alqur’an dengan pengetahuan seputar bentuk bumi dan alam semesta pada khususnya dan sains pada umumnya.  

Jika sahabat muslim masih ragu benarkah peradaban Islam sudah menyatakan bumi berbentuk bulat, silakan cari informasi dari berbagai sumber.  Atau bacalah biografi dan karya ilmuwan-ilmuwan muslim tersebut.  Semoga sahabat mendapatkan pemahaman yang lebih baik dan tidak keliru memahami peradaban Islam jaman keemasan.  Sehingga dijauhkan dari anggapan bahwa bumi bulat adalah produk Galileo apalagi elit Global.   Om Jauh Om !!!

Semoga bermanfaat.

Referensi

https://en.wikipedia.org/wiki/Coriolis_force

https://en.wikipedia.org/wiki/Earth's_rotation
https://en.wikipedia.org/wiki/E%C3%B6tv%C3%B6s_effect https://en.wikipedia.org/wiki/E%C3%B6tv%C3%B6s_experiment
https://en.wikipedia.org/wiki/Foucault_pendulum https://en.wikipedia.org/wiki/Gravimeter
https://tdjamaluddin.wordpress.com/2016/12/21/flat-earth-dongeng-tanpa-landasan-ilmiah/ https://www.youtube.com/watch?v=iqpV1236_Q0

 Sumber Blog FISIKA DI SEKITAR KITA