Teori relativitas
🔺Ebook relativitas
Anda telah mengetahui bahwa hukum
mekanika Newton
dapat menjelaskan peristiwa-peristiwa yang berhubungan dengan kecepatan-kecepatan rendah secara memuaskan. Akan
tetapi hukum mekanika Newton
tidak dapat menjelaskan
peristiwa-peristiwa yang
berhubungan dengan kecepatan-kecepatan yang mendekati
kecepatan cahaya
(disebut kecepatan relativistik).
Dalam bab ini Anda akan mempelajari teori relativitas
khusus Einstein. yang berdasarkan
dua postulatnya berhasil
menjelaskan peristiwa-peristiwa
yang berhubungan dengan kecepatan-kecepatan relativistik. Foto di atas menunjukkan
aplikasi relativitas khusus
oleh simulasi komputer berupa
bentuk visual kisi
tiga dimensi yang tersusun dari batang-batang dan bola-bola yang
bcrgerak menuju kita (keluar
bidang
kertas). Foto kiri adalah bentuk normal kisi pada keadaan diam. Sampai kelajuan
0,51c, batang-batang masih
tampak lurus. Pada keiajuan
0.99c seperti foto kanan,
kisi-kisi berubah bentuk.
Ini
karena batang-batang membengkok karena
penyusutan. Bagaimana mungkin batang-batang memendek (menyusut)
tanpa diberi gaya luar?
Postulat Teori Relativitas Einstein
Dalam mengemukakan teori relativitas
khusus ini Einstein mengemukakan dua postulat, kedua postulat tersebut
kemudian menjadi dasar teori relativitas khusus. Kedua postulat itu
adalah :
- Postulat pertama, hukum fisika dapat dinyatakan dalam persamaan yang berbentuk sama dalam semua kerangka acuan inersia.
- Postulat kedua, kecepatan cahaya dalam ruang hampa sama besar untuk semua pengamat, tidak tergantung dari keadaan gerak pengamat itu. Kecepatan cahaya di ruang hampa sebesar c = 3.108 m/s.
Dengan dasar dua postulat tersebut dan
dibantu secara matematis dengan transformasi Lorentz, Einstein dapat
menjelaskan relativitas khusus dengan baik. Hal terpenting yang perlu
dijelaskan dalam transformasi Lorentz adalah semua besaran yang terukur
oleh pengamat diam dan bergerak tidaklah sama kecuali kecepatan cahaya.
Besaran -besaran yang berbeda itu dapat dijelaskan seperti dibawah.
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 ≠ t’). Menurut Einstein
besaran kecepatan, waktu, massa, panjang adalah bersifat relatif. Untuk
dapat memasukkan konsep relativitas Einstein diperlukan transformasi
lain, yaitu transformasi Lorentz.
Akibat Postulat Einstein
Pada postulat Einstein telah dijalaskan
bahwa besaran yang tetap dan sama untuk semua pengamat hanyalah
kecepatan cahaya berarti besaran lain tidaklah sama. Besaran – besaran
itu diantaranya adalah kecepatan relatif benda, panjang benda, waktu,
massa dan energi.
Soal Latihan:
- Mobil A bergerak dari Timur ke Barat dengan kecepatan 60 km/jam dan mobil B bergerak dari Barat ke Timur dengan kecepatan 40 km/jam, menurut orang yang sedang berada diam di pinggir jalan. Berapakah kecepatan mobil A menurut orang yang berada di dalam mobil B dan kecepatan mobil B menurut orang yang berada di dalam mobil A?
- Mobil A dan mobil B bergerak searah dari Barat ke Timur dengan kecepatan masing-masing 60 km/jam dan 40 km/jam, menurut orang yang sedang berada diam di pinggir jalan. Berapakah kecepatan mobil A menurut orang yang berada di dalam mobil B dan kecepatan mobil B menurut orang yang berada di dalam mobil A?
- Seseorang yang berada di dalam kereta yang berkecepatan 60 km/jam relatif terhadap orang yang berada diam di pinggir rel melemparkan bola dengan kecepatan 40 km/jam relatif terhadap kereta. Berapakah kecepatan bola menurut orang yang berada diam di pinggir rel kereta?
- Yudi yang berada dalam kereta api yang sedang bergerak dengan kelajuan 30m/s berpapasan dengan Erna yang sedang berdiri di peron stasiun pada saat t' = t = 0. Lima belas sekon setelah kereta itu lewat, Erna menyatakan bahwa jarak seekor burung yang terbang sepanjang rel dengan arah yang sama dengan arah kereta adalah 600 m. Tentukan koordinat burung ini menurut Yudi!😀
- Sebuah mobil bak terbuka bergerak mendatar dengan kelajuan 10m/s. Anang yang berada dalam mobil melemparkan sebuah bola dengan kelajuan 5 m/s membentuk sudut sin 37 derajat terhadap arah mendatar (sumbu-x ). Tuliskan fungsi kedudukan (terhadap waktu ) bola bila diamati oleh (a) anang, (b) helen yang diam di tepi jalan.😀
- Roket A bergerak ke sebelah kanan dan roket B bergerak kesebelah kiri masing masing dengan kecepatan 0,8c dan 0,6c relatif terhadap bumi. Berapakah kecepatan roket a diukur dari roket b?😀
- Ada dua anak kembar A dan B. A berkelana di antariksa menggunakan pesawat dgn kelajuan 0,8 c. Setelah 12 tahun berkelana A pulang ke bumi. Menurut B di bumi, perjalanan A telah berlangsung selama?😀
- Dua orang anak kembar A (pria) dan B(wanita) berpisah pada umur 20 tahun. A pergi mengembara ke suatu bintang berjarak 20 tahun cahaya dengan mengendarai roket berkecepatan 0,8c. Kemudian A kembali ke bumi pada saat B merayakan ulang tahunnya yang ke- 70. Pada saat itu umur A adalah ......(50 tahun).
- Dua kembaran berpisah pada saat berumur 20 tahun. A tinggal di bumi dan B berpetualang di antariksa menggunakan pesawat dengan kelajuan 0,96 c. setelah 14 tahun berkelana B pulang ke bumi. bila A masih hidup, berapakah usia A pada saat B pulang ke bumi?😀 my solution
- Jika kelajuan partikel 0,6c . Maka perbandingan massa relativistik partikel terhadap massa diamnya adalah....😀
