INFORMASI TENTANG BUMI Ukuran bentuk dan gerak Bumi

INFORMASI TENTANG BUMI • Ukuran, bentuk, dan gerak Bumi Kompetensi Dasar: Memahami bentuk, ukuran, dan gerak Bumi Judhistira Aria Utama, M. Si. Lab. Bumi & Antariksa Jur. Pendidikan Fisika FPMIPA UPI

Ukuran & Bentuk Bumi Observasi menyarankan permukaan Bumi: bentuk lengkung § Sinar Matahari terus berlanjut menerangi angkasa dan puncak-puncak gunung meskipun piringan Matahari sudah terbenam § Kapal laut yang berlayar menjauhi pantai terlihat perlahan-lahan tenggelam di cakrawala Bukti yang lebih kokoh: § Bayang-bayang Bumi yang jatuh di permukaan §Bulan Era penjelajahan samudera saat § Era antariksa terjadi gerhana Bulan berbentuk lengkungan Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 2

Perkembangan Pemikiran Perjalanan panjang pengetahuan sebelum ini: § Anaximander (611– 547 SM) “Langit berupa bola raksasa yang melingkupi Bumi yang datar yang berada di pusat bola” § Pythagoras (582– 507 SM) “Berspekulasi bahwa Bumi berbentuk bola” Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 3

§ Philolaus (pengikut Pythagoras, abad ke-6 SM) “Bumi tidak berada di pusat alam semesta dan bahwa Bumi bergerak” § Aristarchus (310– 250 SM) “Bumi bergerak mengitari Matahari dan berputar pada porosnya” Seperti halnya Anaxagoras, Aristarchus memiliki gagasan tentang ukuran relatif Matahari, Bumi, dan Memang jauh dari Bulan. Garis tengah Matahari sekitar 7 x garis tengah Bumi. tepat, tapi gagasannya benar bahwa Bumi lebih kecil daripada Matahari. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 4

§ Eratosthenes (276– 195 SM) “Keliling Bumi sekitar 250. 000 stadia” (5000 stadia = 10 hari perjalanan dengan unta) Bagaimana Eratosthenes Mengukur Keliling Bumi? Eratosthenes mengguna-kan metode pengamatan Matahari, pengetahuan geometri, dan geografi untuk menghitung keli -ling Bumi. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 5

Hasil perhitungan Eratosthenes sebesar 46. 250 km untuk keliling Bumi lebih besar 15% dibandingkan hasil pengukuran modern 40. 030 km. Perbedaan hasil yang ada karena Eratosthenes meyakini kedua kota, yaitu Syene dan Alexandria, berada di bujur geografis yang sama. Pada kenyataannya kedua kota ini terletak di bujur yang berbeda; 320 56’ BT untuk Syene dan 290 55’ BT untuk Alexandria. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 6

Alih-alih berbentuk bola, menurut Newton bentuk Bumi yang berotasi adalah oblate ellipsoid, yaitu me-ngalami pendataran di kutubnya dan menggelembung di daerah khatu-listiwa. Anggap Bumi tidak berotasi dan kita dapat membuat lubang menuju ke pusat Bumi di sepanjang radiusnya dari arah sumbu rotasi dan khatulistiwa. Bila lubang ini diisi dengan air tekanan hidrostatik di pusat Bumi akan mempertahankan kolom air yang sama di kedua arah radius. Bagaimanapun, karena Bumi nyatanya berotasi, rotasi ini menghasilkan gaya sentrifugal di khatulistiwa. Gaya ke arah luar ini melawan gaya gravitasi dan menarik kolom air ke atas. Sebagai akibatnya tekanan hidrostatik kolom air di pusat Bumi menjadi berkurang. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 7

Berkurangnya tekanan hidrostatik di pusat Bumi membuat kolom air sepanjang sumbu rotasi menjadi surut. Bila Bumi adalah sebuah bola hidrostatik, bentuk Bumi yang berotasi akan berupa oblate ellipsoid. Dengan menggap kerapatan Bumi konstan, pendataran di kutub saya taksir sekitar 0, 5%. Taksiran Newton lebih besar dari nilai aktual, yaitu 0, 3%. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 8

Dengan bentuk oblate ellipsoid-nya, diameter kutub Bumi (12. 714 km) lebih pendek daripada diameter khatulistiwa (12. 756 km). Radius rata-rata Bumi didefinisikan sebagai “radius sebuah bola yang volumenya sama dengan volume Bumi sebenarnya”. Andai a menyatakan radius khatulistiwa dan b adalah radius kutub, maka radius rata-rata adalah: Latihan: Metode apa sajakah yang dapat digunakan untuk mengetahui massa Bumi? Jelaskan! Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 9

Gerak Bumi melakukan dua gerakan sekaligus; rotasi dan revolusi. § Periode rotasi Bumi (dengan acuan bintang jauh): 23 jam 56 menit 4 detik * Arah rotasi Bumi: dari barat ke timur (arah negatif) § Periode revolusi Bumi (dengan acuan bintang jauh): 365, 256 hari * Arah revolusi Bumi: dari barat ke timur (arah negatif) Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 10

Percobaan yang Membuktikan Bumi Berotasi Percobaan Benzenberg (1802): Menjatuhkan benda dari puncak sebuah menara tinggi. Percobaan Reich (1831): Menjatuhkan benda kediperoleh: dasar sebuah sumur pertambangan. Hasil yang “Jika suatu benda dijatuhkan dari tempat yang tinggi, ketika benda tiba di Bumi letak jatuhnya bergeser ke arah timur relatif ter Percobaan Leon Foucault (1851): hadap posisi proyeksi yang seharusnya” Menggantung-kan bandul dengan benang baja sepanjang sekitar 60 m Garis jejak yang dibentuk bandul mengikuti arah yang berbeda-beda Rotasi! Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 11

Akibat-akibat Rotasi Bumi Gerak semu harian benda langit (terbit di timur, terbenam di barat) Pergantian siang dan malam Bentuk Bumi yang oblate ellipsoid (bulat pepat) perbedaan percepatan gravitasi Perbedaan waktu (terkait arah rotasi dan perbedaan bujur geografis) Terjadinya pembelokan arah angin Sesuai Hukum Buys Ballot: * Udara bergerak dari tempat bertekanan tinggi rendah * Di belahan Bumi utara angin membelok ke kanan dan sebaliknya Terjadinya pembelokan arus laut Arus laut membelok searah jarum jam di belahan Bumi utara dan sebaliknya Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 12

Hasil Pengamatan yang Membuktikan Bumi Berrevolusi Efek paralaks Perubahan kedudukan bintang dekat relatif terhadap bintang-bintang latar belakang yang lebih jauh letaknya. Aberasi cahaya bintang Perubahan posisi bintang dari posisi yang sebenarnya sebagai akibat kombinasi gerak Bumi dalam ruang dan keberhinggaan kelajuan cahaya yang berasal dari bintang yang diamati tersebut. * Analog dengan tetes hujan Efek Doppler Pergeseran garis-garis spektrum bintang (ke arah merah atau biru) karena perubahan posisi pengamat akibat rotasi. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 13

Membeloknya jejak cahaya dari sumbu optik teleskop karena aberasi cahaya bintang menimbulkan cacat yang disebut “koma” (coma – comet-like image). Gerak semu tahunan Matahari Perubahan panjang siang dan malam Hanya saat Matahari berada di khatulistiwa langit, siang dan malam sama panjang (12 jam). Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 14

Pergantian musim * Ketika Matahari berada di belahan utara Bumi Benua Asia mengalami musim panas di Indonesia musim kemarau * Ketika Matahari berada di belahan selatan Bumi Benua Asia mengalami musim basah di Indonesia musim hujan Latihan: Kemunculan rasi bintang yang berbeda di Berapakah kelajuan Bumi mengitari Matahari bila orbit Bumi dianggap langit malam setiap bulannya 11 m? Keperluan lingkaran dengan radius orbit sebesar 1, 496 x 10 praktis masyarakat agraris. Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012 15