Teori Relativitas -

Teori Relativitas – Pengantar

Sir Isaac Newton menilai ruang & waktu itu konstan, akan tetapi pada suatu pengertian baru yg diberikan oleh teori relativitas biasa & teori relativitas khusus, ruang & waktu tidaklah konstan, melainkan mampu berubah & bergejolak layaknya fluida.

Albert Einstein merupakan ilmuwan dibalik teori ini dimana ia mempublikasikan belahan pertama teori ini yakni teori relativitas khusus pada tahun 1905. Satu dekade kemudian, Einstein menerbitkan pecahan keduanya yakni teori relativitas umum.

Lihat pula materi Sosiologiku.com yang lain:

Hukum Bernoulli

Teori Kinetik Gas

Daftar Isi

Rumus-rumus Teori Relativitas Einstein

Teori relativitas khusus mengacu pada dua rancangan:

Hukum fisika berlaku untuk setiap objek dlm semua kerangka teladan yg bergerak dgn kecepatan tetap kepada yg lain; artinya bentuk persamaan fisika akan senantiasa sama walaupun diperhatikan dlm keadaan bergerak.

Kelajuan cahaya dlm ruang hampa selalu sama untuk semua pengamat & tak tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya (cahaya melaju secepat c = 300.000.000 m/s).

Einstein memberikan bahwa tak ada benda bermassa yg dapat menempuh menyamai kecepatan cahaya.

Selain itu, teori relativitas Einstein diatas mengakibatkan pergantian yg agak menyimpang dr pengalaman yg kita rasakan sehari-hari, mirip:

1. Relativitas Kecepatan

Kita mampu mengenali laju objek I terhadap objek II jika kita mengenali laju objek lain (objek III) terhadap objek II & laju objek I kepada objek III yg dinyatakan dgn rumus:

$v = \frac v_1 + v_2 1 + \frac v_1v_2 c^2$

di mana:

v yakni laju objek I terhadap objek II

v₁ yaitu laju objek III terhadap objek II

v₂ yaitu laju objek II terhadap objek I

c yakni kecepatan cahaya

2. Pemuaian Waktu

Karena ruang & waktu tidaklah konstan, maka selang waktu yg diamati oleh pengamat yg membisu dgn selang waktu yg diperhatikan oleh pengamat yg bergerak dgn kecepatan v tidaklah sama.

$\Delta t = \frac \Delta t_0 \sqrt 1 - \frac v^2 c^2$

dimana:

$\Delta t$ yaitu selang waktu yg diamati pengamat yg bergerak dgn kecepatan v

$\Delta t_0$ adalah selang waktu yg diamati pengamat yg membisu

v ialah kecepatan pengamat

3. Kontraksi Lorentz

Karena ruang & waktu tidaklah konstan, maka benda yg panjangnya L₀ akan teramati sebesar L oleh pengamat yg bergerak sejajar dgn benda tersebut dgn kecepatan v; semakin besar kecepatan pengamat, maka benda akan terlihat semakin pendek dr panjang aslinya.

$L = L_0 \sqrt 1 - \frac v^2 c^2$

di mana:

L yakni panjang benda yg diamati pengamat yg bergerak dgn kecepatan v

L₀ yakni panjang benda yg diamati pengamat yg diam

v adalah kecepatan pengamat

Gambar 1. Fenomena konstraksi Lorentz yg dilihat oleh pengamat yg bergerak
[sumber: askamathematician.com]

4. Relativitas Massa & Energi

Seperti ruang & waktu, massa benda yg diamati pengamat yg diam akan berlawanan dgn massa benda yg diamati oleh pengamat yg bergerak dgn kecepatan v.

$m = \frac m_0 \sqrt 1 - \frac v^2 c^2$

di mana:

m adalah massa benda yg diperhatikan pengamat yg bergerak dgn kecepatan

m₀ yakni massa benda yg diperhatikan pengamat yg diam

v yaitu kecepatan pengamat

Selain itu, dlm mekanika relativistik, energi benda bermassa m₀ (keaadaan diam) dgn kecepatan v dirumuskan dengan:

$Ek = \frac m_0c^2 \sqrt 1 - \frac v^2 c^2 - m_0c^2$

Energi total benda yg bermassa didapat dengan:

$E = E_0 + E_k$

dimana E₀ yakni energi membisu ( $E = m_0 c^2$ ).

Dari interpretasi diatas, benda yg bermassa m memiliki energi sebesar:

E = mc²

Kaprikornus, konsekuensi lain dr relativitas khusus yakni massa & energi memiliki hubungan atau dapat dibilang setara.

Teori Relativitas Umum

Teori relativitas lazim merupakan teori gravitasi. Pada pernyataan Newton, gravitasi merupakan gaya yg tak tampak yg menawan objek satu sama lain; tetapi pada relativitas lazim, gravitasi merupakan kelengkungan ruang-waktu yg diakibatkan oleh massa suatu benda. Semakin berat suatu benda, makin besar lengkungan ruang-waktu yg ditimbulkan. Kelengkungan ini mempunyai dampak pada waktu, semakin besar gravitasi maka waktu akan berjalan makin lambat di lengkungan ruang-waktu tersebut.

Gambar 2. Teori Einstein perihal relativitas umum memprediksi bahwa gravitasi merupakan lengkungan ruang-waktu, tak cuma melengkung, namun pula kepincut balasan rotasi bumi. Gravity Probe I telah menawarkan bahwa fenomena ini memang benar adanya.
[sumber: space.com]

Contoh Soal Teori Relativitas & Pembahasan

[dimasak dari: gizmodo.com]

Seorang astronot yg memiliki saudara kembar pergi ke ruang angkasa pada umur 32 tahun menggunakan pesawat luar angkasa yg melaju dgn kecepatan sampai mencapai 80% kecepatan cahaya. Astronot tersebut kembali ke bumi & pada dikala itu saudara kembarnya sudah berumur 44 tahun. Berapakah umur saudara kembarnya menurut astronot yg baru kembali ke bumi?

Pembahasan:

Diketahui bahwa v = 0,8c

Karena pertanyaannya yakni berdasarkan si astronot, maka astronot merupakan kerangka yg diam, sedangkan kerabat kembarnya (yang tinggal di bumi) selaku kerangka yg bergerak terhadap pesawat luar angkasa.

maka ∆t = 44 – 32 = 12 tahun

Sehingga:

$\Delta t = \frac \Delta t_0 \sqrt 1 - \frac v^2 c^2$

$12 = \frac \Delta t_0 \sqrt 1 - \frac (0,8c)^2 c^2$

$12 = \frac \Delta t_0 \sqrt 1 - 0,64$

$12 = \frac \Delta t_0 0,6$

$\Delta t_0 = 7,2$ tahun

Kaprikornus menurut astronot, umur kerabat kembarnya semestinya hanya bertambah usia sebesar 7,2 tahun ( $\Delta t_0$ ), bukan sebanyak 12 tahun ( $\Delta t$ ).

Sehingga berdasarkan astronot, kerabat kembarnya gres berusia 32 – 7,2 = 39,2 tahun.

Artikel: Teori Relativitas

Kontributor: Ibadurrahman

Mahasiswa S2 Teknik Mesin FT UI

Materi Sosiologiku.com yang lain: