Materi Fisika - Teori Relativitas: Penjelasan, Rumus & Contoh Soal

Materi Fisika SMA kelas 12 - konsep diam dan bergerak selama berabad-abad bersifat mutlak, di mana diam artinya tetap di tempatnya sedangkan bergerak adalah keadaan berpindah tempat. Akan tetapi, di awal abad ke-20 seorang pemikir hebat di sepanjang sejarah, Einstein, mendobrak keyakinan tersebut. Lewat dua buah postulatnya, dia menyampaikan bahwa kondisi diam atau bergerak tidak bersifat mutlak, namun tergantung dari kerangka acuan mana suatu kejadian diperhatikan.

Sebagai contoh, ambil peristiwa yang terjadi pada dua anak, di mana anak yang pertama sedang berdiri di pinggir jalan dan anak kedua berada di dalam mobil yang sedang melaju. Saat kerangka acuannya adalah pohon dan anak di pinggir jalan, maka anak pertama dikatakan dalam kondisi diam sedangkan anak kedua bergerak. Jika kerangka acuannya adalah mobil yang sedang melaju maka anak kedua yang di dalam mobil dikatakan dalam keadaan diam sedangkan anak kedua yang sedang berdiri di pinggir jalan bergerak terhadap mobil.

Jadi, di antara kedua anak manakah sesungguhnya yang sedang diam dan manakah yang sedang bergerak?. Semua bersifat relatif tergantung dari kerangka acuan yang diambil.

Postulat Einstein

Secara garis besar dua buah postulat yang dicetuskan oleh einstein adalah sebagai berikut :

• Pada semua kerangka acuan inersia hukum-hukum fisika memiliki bentuk yang sama.
• Dalam ruang hampa, besar kecepatan cahaya adalah tetap (c = 3 x 10*8 m/s) untuk semua pengamat berapapun kecepatan pengamat.

Akibat apakah yang ditimbulkan oleh postulat einstein?. Pertama, kecepatan gerak suatu benda bersifat relatif tergantung siapa pengamatnya demikian juga dengan waktu, massa dan panjang benda. Kedua, dengan kecepatan cahaya yang bersifat konstan maka segala pengukuran seolah harus dibandingkan dengan kecepatan cahaya dan kecepatan cahaya adalah kecepatan yang paling besar di dunia.

Pengaruh Teori Relativitas Einstein

Berbagai pengaruh teori ini menyebabkan adanya keadaan menyimpang dari yang pernah kita rasakan, diantara :

1. Relativitas kecepatan
2. Dilatasi waktu
3. Kontraksi panjang
4. Relativistik energi

Relativitas Kecepatan

Peristiwa ini melibatkan pihak ketiga, misal ada pesawat A menurut orang di bumi bergerak dengan kecepatan va dari arah lain ada pesawat B yang menurut orang di bumi bergerak dengan kecepatan vb. Kecepatan dari salah satu pesawat menurut pesawat lain dirumuskan sebagai:

Vab : kecepatan pesawat A menurut pesawat B
Va : kecepatan pesawat A menurut orang ketiga
Vb : kecepatan pesawat B menurut orang ketiga

tanda :
+ : gerak pesawat berlawanan arah
- : gerak pesawat searah

Dilatasi Waktu

Dilatasi waktu adalah peristiwa yang unik karena waktu yang terjadi pada dua orang pengamat yang saling bergerak (dianggap demikian karena diam dan bergerak bersifat relatif) memiliki perbedaan. Misal pengamat A mengamati waktu dari pengamat B, menurut A waktu B berjalan lebih lambat dibandingkan waktunya sendiri. Demikian juga B akan melihat bahwa waktu A berjalan lebih lambat dari waktu yang dia rasakan.

Untuk menentukan besar waktu tersebut rumusnya adalah:

dengan :
t : waktu menurut pengamat bergerak
to : waktu menurut pengamat diam
v : kecepatan pengamat bergerak
c : kecepatan cahaya

Kontraksi Panjang

Kondisi ini biasanya dapat terlihat saat ada pengamat yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya kemudian memperhatikan sebuah objek dimana objek terlihat menjadi lebih kecil dibandingkan ukuran sesungguhnya. Selain panjang bisa juga terjadi kontraksi luas dan juga kontraksi volume. Rumus yang digunakan adalah:

dengan
L = panjang menurut pengamat bergerak
Lo = panjang menurut pengamat diam

Relativistik Energi

Rumus Einstein yang terkenal adalah rumus energi pada benda diam E = mo.c² yang ternyata juga terpengaruh oleh teori relativitas khususnya. Massa benda yang diam relatif terhadap pengamat bergerak pada suatu kerangka acuan mengalami perubahan yang menyebabkan massa benda menjadi lebih besar nilainya dan memenuhi persamaan :

dengan :
m : massa menurut pengamat bergerak
mo : massa menurut pengamat diam

Maka energi total dari benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya adalah E = m.c², sedangkan energi kinetiknya memenuhi persamaan: Ek = E - Eo

Ada banyak perubahan di awal abad ke-20 dan perlu penyesuaian bagi para ilmuwan untuk dapat menerimanya karena hukum-hukum fisika yang telah diakui kebenarannya selama berabad-abad harus mengalami perubahan. Sejak saat itu lahirlah istilah Fisika Modern yang menandai gebrakan besar dalam dunia sains dimana salah satu pelopornya dianggap sebagai manusia paling genius di bumi, Albert Einstein.

Contoh Soal Teori Relativitas dan Pembahasan

Seorang astronot yang memiliki saudara kembar pergi ke ruang angkasa pada umur 32 tahun menggunakan pesawat luar angkasa yang melaju dengan kecepatan hingga mencapai 80% kecepatan cahaya. Astronot tersebut kembali ke bumi dan pada saat itu saudara kembarnya sudah berumur 44 tahun. Berapakah umur saudara kembarnya menurut astronot yang baru kembali ke bumi?

Pembahasan:

Diketahui bahwa v = 0,8c

Karena pertanyaannya adalah menurut si astronot, maka astronot merupakan kerangka yang diam, sedangkan saudara kembarnya (yang tinggal di bumi) sebagai kerangka yang bergerak terhadap pesawat luar angkasa.

maka ∆t = 44 – 32 = 12 tahun

Sehingga:

Share this post