Memahami bentuk, ukuran, dan gerak Bumi Judhistira Aria

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 bentuk lengkung permukaan
Bumi:
 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
 Bayang-bayang Bumi yang jatuh di permukaan Bulan saat
terjadi gerhana Bulan berbentuk lengkungan

Bukti yang lebih kokoh:
 Era penjelajahan samudera
 Era antariksa
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 Bulan.
Garis tengah
Matahari sekitar 7x
garis tengah Bumi.
Memang jauh dari 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 menggunakan metode pengamatan
Matahari, pengetahuan
geometri, dan geografi
untuk menghitung keliling 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 mengalami pendataran di kutubnya dan
menggelembung di daerah khatulistiwa.
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 mengganggap
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:
 
R rata-rata  a b
2
1
3
Latihan:
Metode apa sajakah yang dapat digunakan untuk mengetahui massa Bumi?
Jelaskan!
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
9
Gerak Bumi

Bumi melakukan dua gerakan sekaligus; rotasi
dan revolusi.
 Periode rotasi Bumi (dengan acuan bintang-bintang jauh): 23jam 56menit 4detik
* Arah rotasi Bumi: dari barat ke timur (arah negatif)
 Periode revolusi Bumi (dengan acuan bintang-bintang
jauh): 365,256hari
* 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 ke
dasar sebuah sumur pertambangan.

Hasil yang diperoleh:
“Jika suatu benda dijatuhkan dari tempat yang tinggi, ketika benda tiba di Bumi letak jatuhnya bergeser ke arah timur relatif terhadap posisi proyeksi yang seharusnya”

Percobaan Leon Foucault (1851): Menggantungkan bandul dengan benang baja sepanjang sekitar
60m  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 – cometlike 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
 Kemunculan rasi bintang yang berbeda di
langit malam setiap bulannya  Keperluan
praktis masyarakat agraris.

Latihan:
Berapakah kelajuan Bumi mengitari Matahari bila orbit Bumi dianggap lingkaran
dengan radius orbit sebesar 1,496x1011 m?
Judhistira Aria Utama | TA 2011 - 2012
15