Pengembangan Bahan Ajar
Nisrina Tsabitah Zain (1302620077)
Pendidikan Fisika B/2020
Teori Relativitas Khusus
Unduh Modul
Apa itu ruang dan waktu?
Selama ini kita hanya mengenal ruang dengan 3 dimensi (x, y, z). Yaitu maju mundur (sumbu y), kiri kanan (sumbu x), dan atas bawah (sumbu z). Namun sebenarnya masih ada dimensi ke-4, yaitu waktu (t). Waktu merupakan unsur ke-4 yang sangat penting dalam konsep dimensi.
Di tahun 1916 Albert Einstein mengemukakan teori relativitas umum yang menjelaskan bahwa gravitasi bukanlah gaya tarik menarik antar dua atau lebih objek yang bermassa. Namun gravitasi adalah akibat dari kelengkungan yang dibentuk oleh massa objek terhadap ruang dan waktu. Teori relativitas membahas gerak benda-benda dengan memperhitungkan unsur waktu.
Eter dan Percobaan Michelson-Morley
Eter diyakini sebagai media untuk cahaya matahari merambat melampaui ruang hampa udara ke seluruh alam semesta. Termasuk cahaya yang sampai ke permukaan bumi. Untuk membuktikan keberadaan eter tersebut Albert A. Michelson (1852 – 1887) bersama asistennya Edward W. Morley, pada tahun 1887 melakukan percobaan dengan alat interferometer.
Cahaya laser yang diarahkan ke cermin bening sebagian di teruskan ke cermin bergerak dan sebagian lagi dan dipantulkan menuju Cermin diam. Hasil percobaan tidak memperlihatkan adanya pola interferensi pada layar pengamatan. Ini menunjukan bahwa waktu tempuh sinar laser B sama dengan sinar laser A, Jadi, dapat disimpulkan bahwa zat yang dinamakan eter tidak ada, dan laju cahaya sama besar untuk berbagai titik acuan.
Dari percobaan Michelson-Morley ini diketahui bahwa besar laju cahaya ialah 186.350 mil per detik atau 299.900509 km/s
Postulat Relativitas Khusus
Postulat 1
Hukum-hukum fisika mempunyai bentuk yang sama pada semua kerangka acuan inersial.
Postulat 2
Cahaya merambat dalam ruang hampa dengan kelajuan yang sama untuk semua pengamat yang diam atau bergerak.
Einstein's Special Theory of Relativity
Dilatasi Waktu
Koordinat waktu akan mengalami pemuluran ketika bergerak dengan laju mendekati kecepatan cahaya.
Dilatasi Panjang
Perubahan panjang suatu benda akibat gerakan relatif pengamat atau objek dinamakan pemuluran panjang (kontraksi Lorentz).
Dilatasi Massa
Untuk benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya c, maka faktor kontraksi harus dihitung.
Einstein's Special Theory of Relativity
Dilatasi Waktu
Koordinat waktu akan mengalami pemuluran ketika bergerak dengan laju mendekati kecepatan cahaya. Tetapi ketika kecepatan cahaya tersebut sangat kecil jika dibandingkan dengan kecepatan cahaya, maka efek relativitas waktu juga sangat kecil sehingga dapat diabaikan.
Namun ketika kecepatan menjadi sangat besar efek relativitas sangat berpengaruh. Persamaan pemuluran waktu adalah solusi matematisnya. Ketika seseorang berada dalam kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan v mendekati kecepatan cahaya, maka dapat dirumuskan:
Dimana
t^'= selang waktu relatif pengamat yang diam
t = selang waktu relatif pengamat yang bergerak
v = kecepatan relatif pengamat yang bergerak terhadap pengamat yang diam
Einstein's Special Theory of Relativity
Dilatasi Panjang
Panjang jarak dalam kerangka bergerak tampak bagi pengamat dalam kerangka diamnya sendiri yang dikontrak oleh faktor. Pemuluran panjang dalam fisika diistilahkan sebagai Kontraksi Lorentz. Perubahan panjang suatu benda akibat gerakan relatif pengamat atau objek dinamakan pemuluran panjang (kontraksi Lorentz). Besar pemuluran panjang dirumuskan sebagai:
Ilustrasi perbedaan panjang suatu objek terhadap pengamat yang diam dan bergerak
Dengan:
L' = panjang mula-mula objek
L = panjang objek menurut pengamat bergerak atau panjang objek yang bergerak
v = kecepatan relatif pengamat yang bergerak
Einstein's Special Theory of Relativity
Dilatasi Massa
Untuk benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya c, maka factor kontraksi harus dihitung. Sehingga diperoleh hubungan massa benda dalam keadaan diam (mo) dengan massa benda dalam keadaan bergerak (m) adalah:
Dengan:
m = massa benda yang bergerak
mo = massa benda yang diam
Dengan persamaan ini massa benda akan bertambah besar apabila kecepatannya sangat tinggi. Ini berarti massa benda pun tidak boleh dikatakan selalu tetap, tetapi besarnya dapat berubah apabila bergerak dengan kecepatan sangat tinggi (mendekati c).
Ilustrasi perbedaan massa suatu objek tidak bergerak dan bergerak sangat cepat
Kesetaraan Massa dan Energi Relativistik
Albert Einstein mengusulkan kesetaraan massa-energi pada tahun 1905 dalam salah satu Annus Mirabilis makalah berjudul "Apakah inersia tubuh tergantung pada konten-energi?" Kesetaraan digambarkan oleh persamaan terkenal:
Rumus diatas dianggap sebagai energi total benda. Bila dijelaskan lebih lanjut, rumus ini turut menunjukkan adanya keterkaitan antara nilai energi diam, energi total, dan massa.
Atau dapat juga dirumuskan menjadi
“The important thing is not to stop questioning. Curiosity has its own reason for existence. One cannot help but be in awe when he contemplates the mysteries of eternity, of life, of the marvelous structure of reality. It is enough if one tries merely to comprehend a little of this mystery each day.
—"Old Man's Advice to Youth: 'Never Lose a Holy Curiosity.'" LIFE Magazine (2 May 1955) p. 64”
― Albert Einstein