Relativitas Khusus: Pengertian dan Contoh Soal | Fisika Kelas XII

Halo sahabat Latis, tahukah kamu tentang teori dari Albert Einstein yang menyatakan bahwa waktu, massa, dan panjang adalah relatif, tergantung dari kecepatan pengamat terhadap suatu kerangka acuan. Nah, teori inilah yang mendasari tentang pemanfaatan energi nuklir.

Yuk, hari ini kita pelajari materi fisika tentang relativitas khusus!

Relativitas Newton

Teori Relativitas Newton menjelaskan gerak-gerak benda jauh di bawah kecepatan cahaya. Teori relativitas mempelajari bagaimana pengukuran besaran fisika yang bergantung pada pengamat seperti halnya dengan peristiwa yang diamati. Relativitas merupakan salah satu dari beberapa teori mengenai gerak, yang dirancang untuk menjelaskan penyimpangan dari mekanika Newton yang timbul akibat gerak relatif yang sangat cepat. Teori ini telah mengubah pandangan kita mengenai ruang, waktu, massa, energi, gerak, dan gravitasi. Teori relativitas Newton terdiri atas teori khusus dan teori umum, yang keduanya bertumpu pada dasar matematika yang kuat dan keduanya telah diuji dengan percobaan-percobaan dan pengamatan. 

Newton mengatakan bahwa semua gerak itu relatif. Benda akan dikatakan bergerak apabila kedudukan benda tersebut berubah terhadap kerangka acuannya. Kerangka acuan dimana Hukum Newton berlaku disebut kerangka acuan inersia. Jika kita memiliki dua kerangka acuan inersia yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif terhadap yang lainnya, maka tidak dapat ditentukan bagian mana yang diam dan bagian mana yang bergerak atau keduanya bergerak. Galileo dan Newton mengemukakan tentang apa yang sekaran kita sebut sebagai prinsip relativitas Newton, yaitu hukum – hukum mekanika berlaku sama pada semua kerangka acuan inersial. 

Postulat Relativitas Khusus

Teori ini menyatakan bahwa:

1. Hukum-hukum fisika memiliki bentuk yang sama pada semua kerangka acuan inersial. 

Teori ini didasarkan pada tidak adanya kerangka acuan umum yang diam mutlak, sehingga tidak dapat ditentukan mana yang dalam keadaan diam dan mana yang dalam keadaan bergerak. Misalnya, seseorang berinisial A berada di dalam pesawat dan seseorang berinisial B berada di permukaan bumi. Dari sudut pandang A, pesawat diam pada suatu tempat dan permukaan bumi-lah yang bergerak. Sedangkan dari sudut pandang B, permukaan bumi tempat dia berpijak yang tetap diam dan pesawat dengan berisi si A didalamnya yang bergerak.

2. Cahaya yang merambat di ruang hampa dengan kecepatan c = 3 x 108 m/s adalah sama untuk semua pengamat dan tidak bergantung pada gerak sumber cahaya maupun kecepatan pengamat. 

Teori ini menyatakan bahwa kecepatan cahaya c konstan, tidak bergantung pengamat yang mengukur dari kerangka acuan inersia. Segala pengukuran harus dibandingkan dengan kecepatan cahaya dan tidak ada kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya.

Transformasi Lorentz

Persamaan-persamaan di atas merupakan penjumlahan kecepatan transformasi Lorentz yang kemudian dikenal dengan penjumlahan kecepatan menurut teori relativitas Einstein. Persamaan tersebut di atas merupakan rumus kecepatan benda yang diamati oleh pengamat yang diam yang disebut rumus penambahan kecepatan relativistik yang sesuai dengan teori relativitas Einstein

Dilatasi Waktu

Menurut Einstein bahwa waktu adalah sesuatu yang relatif. Di dalam suatu kerangka acuan yang bergerak terhadap seorang pengamat yang diam terdapat lonceng yang menunjukkan selang waktu ∆to. Selang waktu yang diamati oleh pengamat tersebut adalah ∆t lebih lambat dari pada ∆to. Beda waktu yang merupakan perpanjangan waktu pengamatan bagi pengamat diam disebut dilatasi waktu. Menurut Einstein hubungan antara kedua selang waktu itu dirumuskan dengan:

Dalam teori relativitas Einstein, dilatasi waktu dalam dua keadaan ini dapat diringkas yaitu: Dalam relativitas khusus (atau, hipotesis jauh dari semua massa gravitasi), jam yang bergerak terhadap sistem inersia pengamatan diukur akan berjalan lebih lambat. Efek ini dijelaskan dengan tepat oleh transformasi Lorentz. Dalam relativitas umum, jam pada posisi dengan potensial gravitasi yang lebih rendah seperti dalam jarak dekat ke planet yang ditemukan akan berjalan lebih lambat.

Aplikasi Relativitas Khusus

Kontraksi Panjang

Kontraksi Panjang adalah fenomena memendeknya sebuah objek yang diukur oleh pengamat yang sedang bergerak pada kecepatan bukan nol relatif terhadap objek tersebut. Kontraksi ini biasanya hanya dapat dilihat ketika mendekati kecepatan cahaya. 

Massa Relativistic

Sebuah benda yang memiliki massa diam m0 maka benda tersebut jika bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya akan mengalami perubahan massa yang disebut dengan massa relativistic sebesar:

Momentum Relativistic

Benda yang bergerak dengan kecepatan relativistik maka momentumnya adalah momentum relativistik. Persamaan momentum relativistiknya adalah:

Energi Kinetik

Benda yang bergerak dengan kelajuan mendekati kecepatan cahaya, akan memiliki energi kinetik. Ini karena adanya kesetaraan antara massa dengan energi. Persamaannya: 

Ek = mc2- m0c2

Energi Relativistik

Jika sebuah benda dalam keadaan diam (massa diam mo membelah secara spontan menjadi dua bagian massa diam masing–masing mo1 dan mo2) yang bergerak masing-masing dengan kelajuan v1 dan v2, maka berlaku hukum kekekalan energi relativistik, yaitu energi relativistik awal sama dengan energi relativistik akhir.

mc2 = m0c2

Contoh soal:

1. Sebuah partikel yang bergerak dengan kelajuan 0,3c terhadap kerangka acuan laboratorium memancarkan sebuah elektron searah dengan kecepatan 0,3c relatif terhadap partikel. Tentukan laju elektron tadi menurut kerangka acuan laboratorium 

Jawab:

1. Sumber cahaya A berada di bumi dan mengirimkan isyarat-isyarat setiap 12 menit. Pengamat B berada dalam pesawat antariksa yang meninggalkan bumi dengan kecepatan 0,6c terhadap bumi. Berapa selang waktu Pengamat B akan menerima isyarat-isyarat cahaya dari A?

Jawab:

Baca juga: Blog Supercamp Alumni UI

Gimana sobat, udah mulai paham kan dengan materi ini? Supaya kamu makin paham dengan materi lainnya, bisa jawab PR dan tugas di sekolah dengan mudah dan prestasimu meningkat tajam, kamu bisa coba ikutan les privat Latiseducation lho.. gurunya bagus-bagus dan biayanya hemat. Bisa online dan tatap muka juga

Nah, itulah pembahasan materi kali ini. Apabila ada pertanyaan atau pendapat yang ingin disampaikan, Anda bisa langsung serukan di kolom komentar di bawah yaaaah… 

Anda juga dapat menghubungi kami di 085810779967 atau Head Office kami 021-77844897 di setiap hari Senin s.d Jumat pada pukul 09.00-17.00. 

Anda bisa menemui kami langsung di kantor Ocean Terrace Residence Blok E1 No.1 Jalan Tole Iskandar, Tirtajaya, Kec. Sukmajaya, Kota Depok, Jawa Barat. Latis Education melayani les privat untuk semua wilayah di Indonesia.

Sumber: Repositori Kemdikbud