Relativitas

RELATIVITAS

A.      POSTULAT RELATIVITAS KHUSUS

Semua gerak adalah relatif, kelajuan cahaya dalam ruang hampa adalah sama bagi semua pengamat. Sebuah benda dikatakan bergerak jika kedudukannya berubah relatif terhadap sesuatu. Penumpang bergerak relatif terhadap kapal udara, kapal bergerak relatif terhadap bumi, bumi bergerak relatif terhadap matahari, dan matahari bergerak relatif terhadap Galaksi Bimasakti (Milky Way). Untuk menyatakan bahwa sesuatu bergerak selalu menyangkut kerangka khusus sebagai acuan.

Jika kita berada dalam laboratorium tertutup, kita dapat menentukan apakah laboratoriumnya bergerak dengan kecepatan tetap atau dalam keadaan diam, karena tanpa kerangka eksternal kosep gerak tidak mempunyai arti. Kita tidak dapat mendapatkan kerangka universal yang meliputi seluruh ruang. Hal ini berarti bahwa tidak terdapat gerak absolut.

Suatu ketika Einstein mengungkapkan bahwa tidak dapat dihitungnya eksperimen yang dapat membuktikan kebenaran teorinya. Tetapi sebuah eksperimen tunggal yang dapat menggoyahkan teorinya sampai saat ini belum ditemukan. Hal ini berarti bahwa kebenaram teori lrelativitas khusus Einstein cukup mapan dan telah teruji kebenarannya dari waktu ke waktu.

Teori relativitas Einstein

Postulat pertama: hukum-hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap satu dengan yang lainnya.

Postulat kedua:kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari keadaan pengamat itu.

B.       KERANGKA ACUAN UNIVERSAL

            Teori relativitas muncul sebagai hasil konsekuensi fisis yang tersirat oleh ketiadaan kerangka acuan universal. Teori relativitas khusus dikembangkan oleh Albert Einstein tahun 1905. Kerangka acuan universal bergerak dengan kecepatan tetap terhadap kerangka lainnya.

            Teori relativitas umum diusulkan oleh Einstein sepuluh tahun kemudian. Pada teori ini dipersoalkan tentang kerangka yang dipercepat satu terhadap lainnya. Seorang pengamat dalam laboratorium yang terisolasi dapat mendeteksi percepatan. Setiap orang yang pernah naik elevator. Atau komidi putar dapat membuktikan pernyataan tersebut dari pengalamannya.

Teori relativitas Khusus bersandarkan pada dua buah postulat yakni:

Postulat pertama: prinsip relativitas, menyatakan bahwa hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan yang bergerak dengan kecapatan tetap satu dengan lainnya.

            Postulat ini menyatakan ketiadaan kerangka acuan universal.  Jika hukum fisika berbeda untuk pengamat yang berbeda dalam keadaan gerak relatif maka kita dapat menentukan mana yang dalam keadaan diam dan mana yang dalam keadaan bergerak dari perbedaan tersebut, tetapi karena tidak terdapat kerangka acuan universal, perbedaan itu tidak terdapat, sehingga muncul postulat tersebut.

Postulat kedua: menyatakan bahwa kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak bergantung dari keadaan pengamat itu

1.        Relativitas kecepatan

Kecepatan bersifat relatif yang berdasarkan teori relativitas khusus dapat digambarkan dengan:

Jika arahnya berlawanan Kecepatan bertanda negatif (-)

   1. Relativitas Panjang

Sebuah benda dengan panjang L₀ akan terukur memendek jadi L bila benda dan kerangka pengukur saling bergerak dengan kecepatan relatif (v). Maka diberikan persamaan:

   2. Relativitas Massa

Sebuah benda dengan massa m₀ akan terukur lebih berat (m), bila benda dan kerangka pengukur saling bergerak dengan kecepatan relatif v. Maka diberikan persamaan:

   3. Dilatasi Waktu (Pemuaian Waktu)

Relativitas khusus mengharuskan kita memandang perbedaan selang waktu antara dua kerangka yang bergerak dengan kecepatan relatif (v). Maka diberikan persamaan:

   4.   Momentum relativistik

Untuk mempertahankan hukum kekekalan momentum linier  tetap belaku dalam relativitas Einstein, maka momentum relativistik dedefinisikan sebagai:

  5.  Energi Relativistik

Menurut Einstein massa adalah bentuk lain dari energi, suatu benda saat diam bermassa m₀, maka benda tersebut memiliki energi (energi diam):

E₀ = m₀ c²

Bila benda bergerak dengan laju v maka massa bertambah dan energi bertambah, energi total:

Karena dengan bergerak, maka energinya ditambah dengan energi gerak (EK) maka:

Et = Ek + E₀

  6. Hubungan Energi dan Momentum diberikan:

Et² = E₀² + p² c²

Contoh Soal:

1.       Menurut pengamat di sebuah planet ada dua buah pesawat antariksa yang mendekatinya dari arah yang berlawanan, masing-masing adalah pesawat A dengan kecepatan 0,5c dan pesawat B dengan kecapatan 0,4c (c=cepat rambat cahaya). Menurut pilot pesawat A besar kecepatan pesawat B adalah.....

a.       0,1c

b.      0,25c

c.       0,4c

d.      0,75c

e.       0,9c

Jawaban: D

Pembahasan:

Kecepatan relatif diberikan: