MENGAPA ROTASI BUMI TIDAK KITA RASAKAN

Pada abad ke-10 Masehi, beberapa astronom Muslim berpandangan bahwa Bumi berputar atau berotasi pada sumbunya,  antara lain Al-Biruni dan Abu Sa'id al-Sijzi. Sumbu rotasi bumi yaitu garis  khayal yang menghubungkan kutub utara dan kutub selatan. 

Arah rotasi Bumi adalah dari barat ke timur.  Kecepatan angular rotasi bumi adalah satu putaran per 24 jam. Jika dibandingkan dengan benda yang berputar 1000rpm maka kecepatan angular rotasi bumi ini kalah jauh.  Benda yang berputar 1000rpm berarti dalam 24 jam melakukan putaran sebanyak 1.440.000 kali.  

Andai kita mencoba untuk menyaksikan gerak rotasi bumi dari bulan maka kita harus mengamatinya selama 24 jam untuk melihat bumi berputar 1 kali.  Jika kita melihatnya hanya beberapa menit maka tidak terlalu terasa pergerakannya.

Kecepatan linear rotasi bumi di katulistiwa adalah keliling bumi dibagi 24 jam, atau sekitar 1666 km/jam.  Bandingkan dengan kecepatan pesawat yang mencapai 1000km/jam, tidak terpaut jauh.

Rotasi bumi menyebabkan terjadinya siang dan malam di permukaan bumi.  Rotasi bumi juga menyebabkan gerakan semu harian matahari, bintang-bintang dan bulan.  Bukti empiris bahwa bumi berotasi dengan periode 24 jam sudah saya jelaskan pada seri ke-22 Bukti Empiris Rotasi Bumi, silakan dipelajari.

Pada kesempatan ini saya ingin menjelaskan mengapa kita yang tinggal di bumi tidak merasakan adanya pergerakan ini.  Silakan ikuti pembahasannya, semoga bermanfaat dan menambah pemahaman.

Apa yang membuat kita merasakan gerak?

Ada dua hal yang membuat kita merasakan gerak atau merasa sedang bergerak, yaitu;

Pertama, saat kita melihat adanya perubahan kedudukan terhadap objek yang ada di sekitar kita.  Dalam hal ini kita katakan gerak adalah relatif. Bisa karena kita yang berpindah atau objek di sekitar kita yang berpindah

Kedua, adanya perubahan gerak.  Sesuai dengan hukum kelembaman (hukum Newton I) semua benda akan cenderung mempertahankan keadaan geraknya.  Saat benda sedang diam, benda akan mempertahankan diamnya dan saat sedang bergerak lurus dengan kecepatan konstan benda akan mempertahankan kecepatannya. 

Pada dua kondisi tersebut benda dikatakan tidak mengalami perubahan gerak dan dalam kondisi ini benda tidak akan melakukan reaksi apapun.  Dua keadaan itu disebut keadaan inersia.  Dengan bahasa sederhana bisa kita katakan setiap benda akan mempertahankan keadaan inersianya.  Misalnya di dalam pesawat yang melaju dengan kecepatan tetap  1000km/jam, permukaan air di gelas cenderung akan tenang.

Benda akan melakukan reaksi manakala terjadi perubahan gerak atau dalam keadaan non inersia, misalnya saat diperlambat, dipercepat, terjadi guncangan dan getaran.  Perhatikan permukaan air di pesawat akan ikut berguncang manakala pesawat sedang berguncang.

Begitu juga dengan badan kita.  Kita akan merasakan gerak manakala tubuh kita bereaksi untuk mempertahankan keadaan akibat adanya perubahan gerak. Di dalam mobil, kita akan merasakan gerak saat mobil dipercepat, diperlambat (direm), ada guncangan, belokan dan juga getaran mesin.  

Jika perubahan gerak diminimalisir seperti di pesawat yang sedang terbang stabil maka semakin sedikit gerak yang kita rasakan walaupun kecepatan pesawat berkali lipat kecepatan mobil. Mungkin kita masih sedikit merasakan gerak akibat getaran mesin pesawat atau guncangan ringan akibat menabrak awan

Jika kita bergerak lurus dengan kecepatan konstan tanpa ada getaran atau guncangan atau gangguan angin, maka kita sama sekali tidak akan merasakan gerak bahkan andaikan saat itu kita membawa piring lebar berisi penuh air, permukaan air pun akan tenang tidak akan ada sedikitpun air yang tumpah.  Yang kita rasakan hanyalah gerak relatif objek yang ada di sekitar kita.

Begitu juga dengan rotasi bumi, semua benda di permukaan bumi termasuk udara  sampai atmosfirnya ikut berotasi bersama bumi dengan kecepatan yang stabil, tidak ada guncangan, getaran, diperlambat atau dipercepat linear sehingga kita tidak akan merasakan gerak rotasi bumi.  Yang kita rasakan hanyalah gerakan relatif benda-benda langit karena tidak ikut rotasi bumi seperti matahari, bintang-bintang dan bulan. Perhatikan juga tidak ada benda atau objek di bumi yang terpengaruh akibat rotasi, misalnya air laut, gunung dsb.

Sebenarnya gerak rotasi adalah gerak melingkar  partikel-partikel penyusun benda yang  terdiri dari dua komponen. Komponen pertama gerak dipercepat menuju ke pusat lingkaran (non inersia) dan kedua gerak lurus dengan kelajuan tetap (inersia) yang arahnya tegak lurus dengan gerak dipercepat.  Karena ada komponen non inersia pada gerak rotasi bumi maka sebenarnya akan terjadi efek yaitu percepatan sentrifugal.  Namun percepatan sentrifugal ini kalah jauh dari percepatan gravitasi sehingga efeknya hanya mengurangi sedikit percepatan gravitasi. Andai saja kecepatan rotasi bumi ini menghasilkan percepatan sentrifugal yang melebihi percepatan gravitasi maka semua benda di bumi akan terlempar keluar dari bumi seperti pompa sentrifugal yang melemparkan airnya ke luar baling-baling.

Rotasi bumi akan terus berlangsung sampai kiamat atau sampai ada yang mengganggunya, hal ini sesuai dengan hukum kekekalan momentum dan kekekalan energi.

Helikopter Mengambang

Bagaimana jika ada helikopter yang mengambang di atas bumi, apakah heli akan dapat melihat pergeseran rotasi bumi ? Apakah saat turun sudah jauh bergeser di barat?  

Tentu saja heli yang mengambang tidak akan bisa melihat pergeseran rotasi bumi karena heli ikut berotasi bersama bumi.  Dan saat turun kembali posisi heli akan sama di tempat semula saat naik.

Mari kita pelajari bagaimana helikopter yang mengambang ikut berotasi bersama bumi.  Untuk memudahkan pemahaman, kita keluar dulu dari kerangka acuan bumi.  Anggap kita berada di luar bumi dan sedang menyaksikan prilaku bumi dan si heli.

Ada 3 tinjauan

Pertama, hukum kelembaman

Saat heli berada di tanah, heli ikut terbawa rotasi bumi. Dan ketika lepas dari tanah heli akan tetap mempertahankan geraknya sesuai dengan hukum kelembaman.

Kedua, hukum kekekalan momentum angular.

Momentum adalah massa dikali kecepatan.  Suatu benda yang terbelah atau pecah menjadi beberapa bagian maka berlaku hukum kekekalan momentum (baik momentum angular maupun momentum linear).  Dalam hal ini jumlah momentum semua pecahan harus sama dengan momentum awal.

Untuk gerak lurus:

momentum linear P = massa x kecepatan linear   

Untuk gerak melingkar:

momentum angular L = momen Inersia x kecepatan angular

Kita anggap dulu bumi dan heli adalah satu kesatuan. Dengan momentum angular  awal sebesar  Lo.

Lo = (momen inersia gabungan bumi + heli) x kecepatan angular. 

Saat heli terpisah dari bumi maka jumlah momentum angular bumi dan momentum angular heli harus sama dengan momentum awal, 

Lo = Momentum angular bumi + Momentum angular heli

Lo = (Momen Inersia bumi x kec. angular  bumi) + (Momen Inersia heli x kec. angular heli).   

Karena kecepatan angular bumi tidak berubah maka kecepatan angular heli pun mendekati sama dengan kecepatan angular bumi (Berlaku jika perbandingan ketinggian heli jauh lebih kecil dari pada jari-jari bumi).

Jadi heli akan tetap berotasi mengikuti bumi.
 

Ketiga, hukum kekekalan energi

Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan.  Energi bisa berubah dari satu bentuk ke bentuk lain.  Saat heli ikut berotasi bersama bumi di tanah, heli memiliki energi kinetik.  Ketika lepas dari tanah maka energi kinetik heli harus tetap ada, kalaupun hilang maka harus berubah jadi energi lain.  Dalam hal ini tidak ada hal yang menyebabkan energi kinetik heli berubah menjadi energi lain. Jadi heli tetap ikut berotasi bersama bumi.

Justru akan aneh ketika kita melihat (dari luar bumi) heli lepas dari tanah dan diam saja mengambang sementara bumi tetap berotasi.  Ke mana hilangnya energi si heli? Mudah sekali memahaminya bukan, si heli akan tetap ikut berotasi bersama bumi.

Nah sahabat, jika kita mau mempelajarinya Insya Allah kita akan menjadi lebih faham dan tidak lagi bingung dengan rotasi bumi.

 

 Sumber Blog FISIKA DI SEKITAR KITA