Bumi bulat dan berotasi adalah fakta sains yang tidak terbantahkan. Namun, ada saja orang-orang jahil yang ingin mengaburkan fakta ini dengan pertanyaan-pertanyaan yang sebenarnya mudah saja menjawabnya jika kita paham fisika dasar dengan benar. Salah satu di antara pertanyaan yang kerap muncul itu terkait dengan kecepatan rotasi bumi yang kira-kira sebesar 1600 km/jam. Kecepatan ini sangat besar, dua kali lipat kecepatan pesawat terbang, puluhan kali lipat kecepatan rata-rata mobil di jalanan. Jika bumi berotasi sedemikian “cepat”, lantas mengapa kita tidak merasakannya? Mari kita kupas sampai tuntas!
Perihal kecepatan, ada yang namanya kecepatan sudut dan ada yang namanya kecepatan linear (kecepatan tangensial) pada benda yang bergerak berotasi. Kalau dikatakan bumi itu bergerak cepat sekali, nanti dulu. Kecepatan mana yang dipakai? Kalau yang dipakai kecepatan sudut, sebetulnya angkanya kecil sekali. Kecepatan sudut adalah 360 derajat (atau 2π radian) dibagi waktu tempuh satu kali rotasi.
Bumi berotasi pada sumbunya, dengan waktu tempuh sekali putaran sekitar 24 jam (tepatnya 23 jam 56 menit 4 detik, tapi kita bulatkan saja 24 jam). Maka, kecepatan sudutnya adalah 0,0042 derajat per detik atau 0,000073 radian per detik. Kecil sekali! Teman-teman pernah lihat atau menaiki komidi putar? Misalkan sekali putaran membutuhkan waktu 10 detik, kecepatan sudut komidi putar akan bernilai 36 derajat per detik atau 8600 kali lebih cepat daripada kecepatan sudut rotasi bumi.
Jadi, kecepatan sudut dalam kasus rotasi bumi kira-kira hanya satu per 8600 kali kecepatan sudut komidi putar. Sangat lambat, bukan? Nah, untuk membayangkan kecepatan sudut bumi, anggap saja kita naik komidi putar dan sekali putaran butuh waktu 24 jam. Tentu komidi putarnya berputar sangat pelan sekali, bukan? Mungkin kita tidak akan betah.
Lalu bagaimana dengan kecepatan linear? Bukankah sangat cepat? Oke, mari kita pelajari dulu mengapa bisa muncul angka kecepatan sekitar 1600 km/jam seperti yang disebutkan di awal tulisan. Ingat lagi pelajaran di sekolah, rumus kecepatan linear (v) adalah kecepatan sudut (ω) dikalikan jari-jari (r). Jari-jari yang dipakai di sini bukan jari-jari bumi, melainkan jari-jari bumi dikalikan dengan cosinus lintang lokasi (Ө). Dengan kata lain, r adalah jarak antara titik di permukaan bumi dengan garis lurus diameter bumi yang menghubungkan kutub utara dan kutub selatan. Jari-jari bumi rata-rata adalah 6371 km. Kita bisa tuliskan:
v = ω Rbumi cos Ө
Dari rumus ini, untuk orang yang tinggal di khatulistiwa (Ө = 0), kecepatan linearnya adalah:
v = 0,000073 radian/detik × 6371000 meter × cos(0)
= 465 meter per detik = 1670 km/jam.
Nah, kita sudah dapatkan angka yang tadi dibilang sangat cepat. Namun, perlu diketahui bahwa kecepatan sebesar 1670 km/jam itu adalah kecepatan tangensial titik di garis khatulistiwa mengitari garis diameter bumi penghubung kutub utara dan kutub selatan. Jika titik di permukaan bumi itu semakin mendekati kutub (utara atau selatan), kecepatan tangensialnya akan semakin kecil seiring nilai cos Ө. Jadi, kalau dikatakan kecepatan bumi berotasi selalu mencapai 1600 atau 1670 km/jam, itu tidaklah benar karena angka itu hanya berlaku di khatulistiwa. Coba teman-teman hitung sendiri, di lintang 60 derajat, kecepatan linearnya turun menjadi 835 km/jam. Bahkan tepat di titik kutub utara (lintang 90 derajat), kecepatan linearnya sama dengan nol karena cos(90o) = 0.
Muncul lagi pertanyaan, kalau kecepatan linearnya berbeda-beda dan bergantung dari lintang, semestinya orang-orang di khatulistiwa paling merasakan rotasi bumi dibandingkan di tempat lainnya karena kecepatannya paling besar, tapi kenapa di semua tempat sama semua seperti tidak merasakan? Kita bisa menjawab pertanyaan ini dengan analogi naik kendaraan. Kita tentu pernah naik mobil dengan kecepatan kira-kira 80 km/jam. Mungkin sebagian kita juga pernah naik pesawat dengan kecepatan kira-kira 800 km/jam. Kenapa di dalam mobil atau pesawat yang kita tumpangi, kita merasa nyaman? Itu karena kita ikut bergerak bersama mobil atau pesawat!
Ketika sudah mengudara, kecepatan pesawat kira-kira 800 km/jam. Terhadap apa? Itu kecepatan pesawat terhadap tanah atau permukaan bumi. Karena kita diam di pesawat, kecepatan kita relatif terhadap pesawat sama dengan nol, padahal sebetulnya kecepatan kita terhadap bumi adalah 800 km/jam. Kenapa kok kecepatan kita terhadap pesawat di dalam pesawat sama dengan nol? Jelas karena kita disuruh tenang diam di dalam pesawat, jangan malah berlari-lari di dalam pesawat.
Bagaimana membuktikan kecepatan kita terhadap bumi kalau naik mobil atau pesawat itu cukup besar? Kita bisa ambil contoh untuk mobil supaya mudah. Secara visual tentunya kita tahu ketika naik mobil kecepatan kita terhadap tanah itu cukup besar ketika kita melihat rumah, pohon dan sebagainya yang diam di tanah. Rumah, pohon dan sebagainya akan tampak menjauhi kita. Mobil bergerak menjauhi rumah (menurut pengamat di rumah) itu setara dengan rumah bergerak menjauhi mobil (menurut pengamat di mobil).
Lalu, bagaimana cara badan kita merasakan kecepatan kita yang cukup besar itu di dalam mobil? Nah, ini sebetulnya pertanyaan yang konsekuensinya sangat berbahaya bagi badan kita. Agar badan kita merasakan badan kita bergerak sesaat dengan kecepatan 80 km/jam, mobil itu harus direm mendadak atau mengalami tabrakan. Sesaat setelah mobil berhenti mendadak, badan kita akan terlempar ke depan dengan kecepatan 80 km/jam. Itulah pentingnya menggunakan sabuk pengaman.
Ingat konsekuensi hukum Newton pertama tentang prinsip inersia. Sebuah benda akan cenderung untuk mempertahankan keadaan sebelumnya. Kita sebelumnya di dalam mobil sudah bergerak maju terhadap tanah. Jika mobil dipaksa berhenti, menurut prinsip inersia, kita akan cenderung untuk tetap bergerak maju sehingga badan kita terlempar ke depan. Jadi, baik itu kecepatan mobil 80 km/jam atau kecepatan pesawat 800 km/jam terhadap tanah, kita sama-sama merasa nyaman di dalam mobil atau pesawat karena kita berada di dalamnya.
Sama halnya dengan yang berada di permukaan bumi. Baik yang di khatulistiwa berkecepatan tangensial 1670 km/jam, yang di lintang 60 derajat berkecepatan 835 km/jam, bahkan yang di kutub berkecepatan nol, sama-sama nyaman dan “tidak merasakan” rotasi karena sama-sama ikut bergerak bersama rotasi bumi. Semua yang ada di permukaan bumi ikut berotasi bersama bumi, bahkan termasuk juga udara dan atmosfer. Bayangkan seandainya udara sehari-hari tidak ikut berotasi dengan bumi, tentunya penduduk khatulistiwa akan merasakan kecepatan udara tersebut 1670 km/jam terhadap kita. Luar biasa kacau!
Lalu, bagaimana cara badan kita yang di khatulistiwa merasakan kecepatan tangensial 1670 km/jam. Dengan analogi seperti pada tabrakan mobil di atas, itu hanya akan terjadi jika atas izin Allah, bumi kita tiba-tiba berhenti berotasi. Akibatnya, semua yang berada di permukaan bumi akan merasakan inersia sehingga sesaat kemudian semuanya segera bergerak sesuai dengan kecepatan rotasi masing-masing. Penduduk khatulistiwa akan tiba-tiba bergerak terlempar dengan kecepatan 1670 km/jam. Penduduk lintang 60 derajat akan bergerak dengan kecepatan 835 km/jam. Tentunya peristiwa semacam ini tidak kita inginkan terjadi sekarang.
Mengapa kita bisa ikut berotasi bersama-sama dengan rotasi bumi? Ini karena keberadaan gravitasi, sesuatu yang ditolak oleh beberapa orang jahil (semisal penggiat dongeng bumi datar / flat earth) yang kurang paham fisika. Percepatan gravitasi yang bernilai sekitar 9,8 m/s2 dengan arah menuju pusat bumi membuat kita “terikat” di permukaan bumi dan ikut berotasi bersama rotasi bumi. Selain itu, sebetulnya akibat rotasi bumi ada dua jenis percepatan tambahan yang disebut sebagai percepatan sentrifugal dan percepatan Coriolis. Namun, besar kedua percepatan ini jauh lebih kecil daripada percepatan gravitasi sehingga dapat diabaikan. Kita baru bisa merasakan efek kedua percepatan itu secara signifikan jika kecepatan sudut rotasi bumi bertambah secara signifikan.
Beberapa kesimpulan yang dapat diambil sampai sini:
- Kecepatan sudut rotasi bumi sangat kecil, ribuan kali lebih kecil daripada kecepatan sudut rotasi komidi putar.
- Kecepatan linear (tangensial) di permukaan bumi memang besar (dan nilainya berbeda-beda bergantung lintang geografisnya), tetapi karena kita ikut berotasi dengan bumi kita tidak merasakan kecepatan linear yang besar tersebut.
- Alasan kenapa kita di permukaan bumi ikut berotasi bersama bumi adalah percepatan gravitasi bumi sekitar 9,8 m/s2 yang menuju ke pusat bumi yang bulat.
- Jika bumi tiba-tiba berhenti berotasi, sesaat kemudian barulah manusia dan semua yang ada di permukaan bumi akan merasakan kecepatan linear yang besar tersebut karena prinsip inersia.
Selain poin-poin kesimpulan ini, kita dapat pula merenungkan konsekuensi jika bumi tiba-tiba berhenti berotasi atau malah berubah arah rotasinya. Barangkali, itulah salah satu kemungkinan terjadinya kiamat besar di bumi karena semua sistem alam semesta yang ada saat ini turut menjadi kacau. Bersyukurlah kita masih diberikan kehidupan di atas permukaan bumi yang berotasi dan memiliki gravitasi.
Bahan bacaan:
- https://en.wikipedia.org/wiki/Earth’s_rotation
- https://en.wikipedia.org/wiki/Newton’s_laws_of_motion
- Buku fisika apa saja yang membahas hukum Newton dan gravitasi.
Penulis:
Rinto Anugraha, dosen fisika di Universitas Gadjah Mada, Yogyakarta. Kontak: rinto(at)ugm.ac.id.
Catatan:
Artikel ini adalah versi penyuntingan tim redaksi Majalah 1000guru terhadap tulisan Dr. Rinto Anugraha di laman Facebook-nya (https://fb.com/rinto.anugraha/posts/10213392091530887). Artikel diterbitkan ulang dengan penyesuaian di Majalah 1000guru atas seizin penulis.
