Teori Relativitas Khusus Einstein

Teori Relativitas Einstein

Pada tahun 1905, Albert Einstein mengusulkan teori relativitas khusus. Teori ini bertolak pada kerangka acuan inersial yaitu kerangka acuan yang bergerak relatif dengan kecepatan konstan terhadap kerangka acuan yang lain. Sepuluh tahun kemudian pada tahun 1915, Einstein mengemukakan teori relativitas umum yang bertolak dari kerangka acuan yang bergerak dipercepat terhadap kerangka acuan yang lainnya. Berikut ini kita hanya akan mempelajari teori relativitas khusus, sedangkan teori relativitas umum kita pelajari dilain waktu. Biasanya teori relativitas umum dipelajari pada jenjang pendidikan tingkat lanjut.

Dalam mengemukakan teori relativitas khusus ini Einstein mengemukakan dua postulat yaitu :

1. Hukum Fisika dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan yang berbentuk sama pada semua kerangka acuan inersial.

2. Kecepatan cahaya di dalam ruang hampa ke segala arah adalah sama untuk semua pengamat dan tidak tergantung pada gerak sumber cahaya atau pengamat.

Pada postulat yang pertama tersebut menyatakan ketiadaan kerangka acuan universal. Apabila hukum fisika berbeda untuk pengamat yang berbeda dalam keadaan gerak relatif, maka kita dapat menentukan mana yang dalam keadaan “diam” dan mana yang “bergerak” dari perbedaan tersebut. Akan tetapi karena tidak ada kerangka acuan universal, perbedaan itu tidak terdapat, sehingga muncullah postulat ini.

Postulat pertama menekankan bahwa prinsip Relativitas Newton berlaku untuk semua rumus Fisika, tidak hanya dalam bidang mekanika, tetapi pada hukum-hukum Fisika lainnya. Sedangkan postulat yang kedua sebagai konsekuensi dari postulat yang pertama, sehingga kelihatannya postulat kedua ini bertentangan dengan teori Relativitas Newton dan transformasi Galileo tidak berlaku untuk cahaya. Dalam postulat ini Einstein menyatakan bahwa selang waktu pengamatan antara pengamat yang diam dengan pengamat yang bergerak relatif terhadap kejadian yang diamati tidak sama (t  ¹t’). Menurut Einstein besaran kecepatan, waktu, massa, panjang adalah bersifat relatif.

Akibat Prinsip relativitas khusus

1. Kontraksi Lorentz

Pengukuran panjang seperti juga selang waktu dipengaruhi oleh gerak relatif. Panjang l benda yang bergerak terhadap pengamat kelihatannya lebih pendek lo bila diukur dalam keadaan diam terhadap pengamat. Peristiwa ini disebut kontraksi Lorentz (pengerutan Lorentz). Kontraksi Lorentz dinyatakan dalam persamaan :

 dengan,

sehingga, Kontraksi lorentz juga dapat dituliskan:

dengan:

lo = panjang benda diukur oleh pengamat yang diam

l = panjang benda yang diukur oleh pengamat yang bergerak

v = kecepatan benda relatif terhadap pengamat yang diam

c = kecepatan cahaya

2. Dilatasi Waktu

Dalam mengemukakan teori relativitas khusus, Einstein menyatakan bahwa waktu pengamatan antara pengamat yang diam dengan pengamat yang bergerak relatif terhadap kejadian/ peristiwa adalah tidak sama. Selang waktu yang diukur oleh jam yang relatif bergerak terhadap kejadian dengan jam yang diam terhadap kejadian, waktu yang diukur jam yang bergerak lebih besar dibandingkan waktu yang diukur oleh jam yang diam terhadap kejadian. Peristiwa ini disebut dilatasi waktu atau pemuaian waktu (time dilatation) yang dapat dinyatakan dalam persamaan :

 atau

di mana :

∆t₀ = selang waktu yang diukur oleh pengamat yang diam terhadap kejadian,

∆t = selang waktu yang diukur oleh pengamat yang bergerak terhadap kejadian,

v = kecepatan relatif pengamat terhadap kejadian yang diamati, dan

c = kecepatan cahaya.

3. Massa Relativistik

Menurut teori fisika klasik atau mekanika Newton bahwa massa benda konstan, massa benda tidak tergantung pada kecepatan benda. Akan tetapi menurut teori relativitas Einstein, massa benda adalah besaran relatif yang besarnya dipengaruhi kecepatan benda. Massa benda yang bergerak dengan kecepatan v relatif terhadap pengamat menjadi lebih besar daripada

ketika benda itu dalam keadaan diam. Massa benda yang bergerak dengan kecepatan v secara teori relativitas dinyatakan :

di mana :

m_o = massa benda dalam keadaan diam

m = massa relativitas

v = kecepatan benda relatif terhadap pengamat

c = kecepatan cahaya

4. Momentum Relativistik

Momentum suatu partikel dapat didefinisikan sebagai perkalian massa dan kecepatannya. Berdasarkan hukum kekekalan momentum linier dalam relativitas, maka momentum sebuah partikel yang massa diamnya mo dan lajunya v adalah:

5. Kesetaraan Massa dan Energi

Hubungan paling terkenal yang diperoleh Einstein dari postulat relativitas khusus adalah mengenai massaa dan energi. Hubungannya dapat diturunkan secara langsung dari definisi energi kinetik dari suatu benda yang bergerak. Energi kinetik suatu benda  sama dengan pertambahan massanya(akibat gerak relatif) dikalikan dengan kuadrat kelajuan cahaya. Persamaannya dapat dituliskan:

Atau

Jika dimisialkan mc² sebagai energi total benda, benda dalam keadaan diam (Ek = 0), tetapi benda memiliki energi m₀c². Dengan demikian, moc disebut energi diam (E₀) dari benda yang massa diamnya m₀. Sehingga persamaan diatas juga dapat dituliskan :

Jika benda bergerak, besarnya energi total adalah

Atau juga dapat dihitung dengan:

Baca juga: Soal Fisika SMA Tentang Relativitas dan Pembahasannya

• Twitter
• Facebook
• Google
• Tumblr
• Pinterest