Satu kepercayaan lazim ialah tiada graviti di angkasa. Sebenarnya, pada ketinggian Stesen Angkasa Antarabangsa, tarikan graviti Bumi masih kira-kira sembilan persepuluh nilainya di permukaan tanah. Graviti sememangnya ada.
Angkasawan terapung kerana mereka berada dalam jatuh bebas berterusan. Stesen bergerak ke sisi begitu laju sehingga apabila graviti menariknya ke bawah, permukaan Bumi yang melengkung jatuh menjauh di bawahnya pada kadar yang sama, jadi ia sentiasa terlepas daripada tanah dan mengorbit sebaliknya. Semua orang dan benda di dalamnya jatuh pada kadar yang sama, jadi angkasawan tidak menekan lantai dan lantai tidak menolak balik. Ketiadaan daya sokongan inilah yang kita rasa sebagai tanpa berat.
Anda merasainya sedikit dalam lif yang tiba-tiba turun: seketika anda berasa lebih ringan.
Dalam SPM, anda patut menerangkan ketiadaan berat ketara sebagai jatuh bebas dalam orbit, bukan ketiadaan graviti.
Salah faham biasa
- Tiada graviti di angkasa -> Graviti masih kuat pada ketinggian orbit; itulah yang mengekalkan stesen mengorbit.
- Angkasawan terapung kerana mereka jauh dari Bumi -> Mereka terapung kerana berada dalam jatuh bebas bersama kapal angkasa mereka.
- Tanpa berat bermakna objek kehilangan jisimnya -> Jisim tidak berubah; hanya rasa berat, daripada daya sokongan, yang tiada.
Fizik di sebaliknya
Tanpa berat bukanlah sama dengan tiada berat. Berat ialah daya graviti W = mg, dan pada ketinggian orbit Stesen Angkasa Antarabangsa, kira-kira 400 km ke atas, kekuatan medan g masih kira-kira 8.7 N kg⁻¹, hampir sembilan persepuluh nilainya di permukaan tanah.
Graviti sememangnya ada.
Apa yang dirasai angkasawan sebagai berat sebenarnya ialah daya sokongan, iaitu tindak balas normal daripada lantai atau tempat duduk yang menolak ke atas. Dalam orbit, stesen dan semua orang di dalamnya berada dalam jatuh bebas berterusan, semuanya memecut ke arah Bumi pada kadar g yang sama.
Menggunakan hukum Newton kedua pada angkasawan 70 kg: berat sebenar ialah W = mg = 70 kg × 8.7 m s⁻² = 609 N, tetapi kerana angkasawan memecut bersama stesen, daya sokongan yang diperlukan ialah R = W − ma = 609 N − (70 kg × 8.7 m s⁻²) = 0 N.
Tanpa daya sokongan yang menolak balik, angkasawan tidak merasai sebarang berat. Ketiadaan daya tindak balas inilah, bukan ketiadaan graviti, yang kita panggil tanpa berat.
Lihat dalam kehidupan harian
Anda boleh merasainya sedikit di Bumi. Masuk ke dalam lif dan, pada saat ia mula bergerak turun dengan laju, perut anda terasa tergoncang dan anda berasa lebih ringan.
Pada saat itu lantai sedang jatuh menjauh di bawah anda, jadi ia menolak anda dengan kurang dan berat ketara anda menurun.
Wahana jatuh di taman tema meneruskan idea ini: ketika kereta menjunam, penunggang dan barang lepas mereka jatuh bersama dan berasa tanpa berat seketika, sebab itu telefon yang ditinggalkan di tempat duduk kelihatan seperti terapung. Seorang peterjun mengalami sesuatu yang serupa dalam lengkok pendek sebelum mencecah air.
Dalam setiap kes, orang itu berada dalam jatuh bebas, memecut ke bawah menghampiri g, jadi daya sokongan daripada mana-mana permukaan menurun ke sifar.
Angkasawan dalam orbit hanya hidup dalam keadaan ini secara berterusan, kerana stesen sentiasa terlepas daripada Bumi ketika mengorbit. Tiada apa yang mematikan graviti; angkasawan dan kapal angkasa hanya jatuh mengelilingi planet bersebelahan, jadi tiada yang menekan satu sama lain.
Bagaimana ia muncul dalam SPM
Dalam Kertas 2 ini muncul menggunakan kata perintah seperti Terangkan dan Nyatakan, dalam kandungan graviti dan jatuh bebas. Soalan lazim menerangkan angkasawan terapung di dalam kapal angkasa yang mengorbit dan meminta anda menerangkan sebabnya, mengharapkan anda menyatakan bahawa graviti masih bertindak tetapi angkasawan dan kapal berada dalam jatuh bebas bersama, jadi tiada daya tindak balas dan lantaran itu tanpa berat ketara.
Anda mungkin diminta membandingkan jisim dan berat, dengan menyatakan bahawa jisim angkasawan tidak berubah manakala rasa berat tiada. Soalan boleh mengaitkan ini dengan kekuatan medan graviti g = GM/r², menunjukkan bahawa g berkurang dengan ketinggian tetapi tidak hilang, serta dengan gerakan satelit yang mana graviti membekalkan daya memusat.
Bersedialah untuk membezakan berat sebenar, W = mg, daripada berat ketara, iaitu daya sokongan, dan menulis kekuatan medan berserta unit N kg⁻¹. Topik ini terletak di sebelah hukum kegravitian sejagat Newton, satelit dan halaju lepas dalam bab graviti.
Sumber: DSKP KSSM Physics Form 4 and 5 (Versi English) (Bahagian Pembangunan Kurikulum (BPK), KPM)