Galileo, Peluru dan Konsep Gerak

Manakah yang lebih dulu sampai ke tanah, peluru yang dijatuhkan atau peluru yang ditembakkan secara mendatar dari ketinggian dan saat yang sama? (dengan mengabaikan gesekan udara dan faktor penghambat lainnya)

Gambar 1. Peluru dijatuhkan dari ketinggian yang sama dan pada saat yang bersamaan

Hampir setiap orang biasanya akan langsung menjawab bahwa yang sampai ke tanah lebih dulu adalah peluru yang dijatuhkan; perlu kamu ketahui bahwa jawaban tersebut salah, lalu apakah peluru yang ditembakkan mendatar itu yang sampai ke tanah lebih dulu? Tidak!

Jawabannya adalah kedua peluru tadi akan menyentuh tanah secara bersamaan. Bagi yang terbiasa dengan konsep mekanika, pasti kamu sudah mengetahui hal ini, dan hal ini bukanlah sesuatu yang luar biasa dalam fisika, namun sesuatu yang seharusnya terjadi dan yang paling wajar.

Kita cerita dulu tentang Galileo (fisikawan abad ke-16). Konsep gerak secara rinci pertama kali dipikirkan oleh Galileo. Galileo adalah orang pertama yang merumuskan konsep fisika (khususnya tentang gerak) dengan menggunakan bahasa matematika (baca: bahasa ilmu pengetahuan) –memang, tanpa matematika, fisika tidak akan berkembang sampai sejauh ini–.

Gambar 2. Galileo Galilei

Kamu mungkin tahu tentang eksperimen Galileo untuk membuktikan bahwa benda berat dan benda ringan akan sampai ke tanah secara bersamaan jika dijatuhkan dari ketinggian dan saat yang sama (jika di ruang hampa udara). Galileo –konon– melakukannya di atas menara miring Piza di Italia, di mana orang-orang pada saat itu masih percaya pendapat filsuf Yunani kuno yang bernama Aristoteles (abad ke-4 SM) yang menyatakan bahwa benda yang memiliki bobot yang lebih beratlah yang akan sampai ke tanah duluan. Namun eksperimen Galileo membuktikan sekaligus menegaskan bahwa benda yang berat dan benda yang ringan akan menyentuh tanah secara bersamaan jika ketinggian dan saat menjatuhkannya sama. (biasanya benda-benda yang tidak menyentuh tanah secara bersamaan dikarenakan oleh hambatan udara.)

Cobalah dengan dua helai kertas HVS 80 gram, satu diremas dan satu lagi tidak, jatuhkan dari ketinggian dan saat yang sama, pastilah kertas yang diremas akan sampai ke tanah duluan, padahal bobotnya sama 80 gram; jika Aristoteles benar, maka seharusnya kedua kertas tadi akan sampai ke tanah bersamaan karena bobotnya sama; Aristoteles salah, tentu saja karena Aristoteles tidak mempertimbangkan hambatan udara. Eksperimen sederhana ini menunjukkan bahwa bobot tidak mempengaruhi laju jatuh benda bukan? (sebenarnya Aristoteles dapat dibantah dengan eksperimen sederhana ini.)

Oke, kita telah banyak berbicara mengenai gerakan jatuh bebas satu dimensi. Pertanyaan pada posting ini sebenarnya adalah konsep gerak satu dimensi (peluru yang dijatuhkan) dengan gerak dua dimensi (untuk peluru yang ditembakkan).

Gambar 3. Gerak 1-D dengan gerak 2-D

                                                                       

Sekarang, kenapa keduanya menyentuh tanah bersamaan? Coba pikirkan apa yang menyebabkan benda tersebut jatuh, ya, gravitasi, arahnya? Ke pusat bumi / ke bawah. Satu-satunya yang menyebabkan keduanya bergerak ke bawah adalah gravitasi, jadi wajar keduanya sampai ke tanah bersamaan; lalu bagaimana dengan gerak ke samping peluru yang ditembakkan? Eksperimen Galileo juga menegaskan bahwa gerak pada arah tertentu tidak mempengaruhi gerak pada arah lainnya jika -komponen- gerak tadi saling tegak lurus. Berikut adalah foto eksperimen modern tentang gerak dua dimensi dengan gerak satu dimensi yang saling bebas, diambil dengan selang waktu yang sama di dalam ruang hampa udara.

Gambar 4. Ekspreimen gerak di dalam ruang hampa udara

Cobalah eksperimen ini jika kamu ragu.

Konsep Komponen Gerak (Lanjutan)

Gambar 5. Komponen gerak pada arah sumbu y pada gerak 2-D ini sama dengan gerak jatuh bebas

Gambar di atas sama seperti sebelumnya, kedua peluru akan menyentuh tanah secara bersamaan. Untuk memahami konsep mengenai komponen gerak,  –bayangkan– soroti bola yang dilempar mendatar dari depan dengan cahaya senter. Bayangan bola yang dilempar mendatar tadi akan berperilaku persis seperti bola yang dijatuhkan saja; nah bayangan inilah yang bisa disebut dengan proyeksi atau komponen gerak. Jadi, komponen gerak pada dimensi sumbu x tidak akan mempengaruhi komponen gerak pada sumbu y atau z maupun sebaliknya. Nah, jika peluru ditembakkan mendatar, gerakan ke bawahnya akan sama saja dengan gerak jatuh bebas, maka kedua peluru tadi (pada pertanyaan posting ini) akan sampai ke tanah secara bersamaan.

Konsep gerak yang dirumuskan oleh Galileo kemudian diperluas oleh Isaac Newton dalam karyanya yang terkenal,“Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica“ atau yang lebih dikenal/disingkat sebagai "Principia". Newton pernah berkata bahwa dia bisa membuat karya besar itu karena dia berada/berdiri di atas bahu sang raksasa (agar dapat melihat secara lebih luas dari ketinggian). Sang raksasa tersebut maksudnya adalah Galileo Galilei yang telah menginspirasinya. Kutipan Newton yang memuji Galileo ini dapat kamu lihat di Penelusuran Google Cendikia.