FISIKA RELATIVITAS (KELOMPOK 2)

Teori Relativitas

Oleh Kelompok 2 – XII MIPA 2 – GENAP
14. M. Faris Al Fatih
16. M. Farhi Amrullah
18. M. Rivaldi Abi Hamidi
20. Mutiara Insani Maulidah
22. Naila Nur Jadidah
24. Nur Aisah

• Teori Relativitas – Pengantar
Sir Isaac Newton menganggap ruang dan waktu itu konstan, akan tetapi pada sebuah
pemahaman baru yang diberikan oleh teori relativitas umum dan teori relativitas khusus,
ruang dan waktu tidaklah konstan, melainkan dapat berubah dan bergejolak layaknya fluida.
Albert Einstein merupakan ilmuwan dibalik teori ini dimana dia mempublikasikan bagian
pertama teori ini yakni teori relativitas khusus pada tahun 1905. Satu dekade kemudian,
Einstein mempublikasikan bagian keduanya yakni teori relativitas umum.

• Postulat Einstein
Teori relativitas Einstein merujuk pada kerangka acuan inersial yaitu kerangka acuan yang
bergerak relatif pada kecepatan konstan (tetap) terhadap kerangka acuan lainnya. Dari hasil
kajiannya, Einstein mengemukakan dua postulat, yaitu:
Postulat pertama didasarkan pada tidak adanya kerangka acuan umum yang diam mutlak,
sehingga tidak dapat ditentukan mana yang dalam keadaan diam dan mana yang dalam
keadaan bergerak. Misalnya, seseorang berinisial A berada di dalam pesawat dan seseorang
berinisial B berada di permukaan bumi. Dari sudut pandang A, pesawat diam pada suatu
tempat dan permukaan bumi-lah yang bergerak. Sedangkan dari sudut pandang B, permukaan
bumi tempat dia berpijak yang tetap diam dan pesawat dengan berisi si A didalamnya yang
bergerak.
Postulat kedua menyatakan bahwa kecepatan cahaya c konstan, tidak bergantung pengamat
yang mengukur dari kerangka acuan inersia. Segala pengukuran harus dibandingkan dengan
kecepatan cahaya dan tidak ada kecepatan yang lebih besar dari kecepatan cahaya.

• Percobaan Michelson dan Morley dan Kegagalan Hipotesis Eter

Pada pembahasan mengenai teori cahaya, dikenal adanya teori cahaya dari Huygens

yang mengemukakan bahwa cahaya adalah gelombang Telah dikenal pula bahwa dalam

perambatannya gelombang memerlukan adanya medium perambat. Akan tetapi,

kenyataannya cahaya dapat menjalar dalam ruang hampa. Sebagai bukti, sinar matahari dan

bintang-bintang dapat sampai di bumi meskipun dalam perambatannya melewati ruang

hampa.

Kontradiksi di atas mengundang para ahli ilmu pengetahuan abad ke-19 untuk

mengajukan hipotesis adanya eter sebagai medium perambat cahaya yang ada dimana-mana

meskipun di ruang hampa.

Selanjutnya, jika eter itu ada, maka seorang pengamat di bumi akan dapat mengetahui

kecepatan relatif eter terhadap bumi sebagai berikut.

Bumi mengelilingi matahari dalam orbit yang hampir berbentuk lingkaran dengan

keliling kira-kira 9,36 x 10¹¹ m dalam waktu 1 tahun = 3,16 x 10⁷ sekon, maka dapat dihitung

laju rata-ratanya 3,0 . 10⁴m . s-¹

= , . = −
, .

Atau
Jadi, kecepatan eter itu v = 10-4c = 3,0 x 10⁴m . s-1

Keabsahan hipotesis eter tersebut di atas diuji oleh berbagai percobaan, diantaranya
percobaan Michelson dan Morley.

Dari percobaan Michelson-Morley ini diketahui bahwa besar laju cahaya ialah
186.350 mil per detik atau 299.900509 kilometer per detik. Untuk memudahkan perhitungan
Anda dapat menggunakan pembulatan laju cahaya yaitu c = 3,00 x 108 m/s. Besarnya laju
cahaya ini sama besarnya dengan laju gelombang elektromagnetik. Hal ini menunjukan
bahwa cahaya merupakan gelombang elektromagnetik.

• Rumus-rumus Teori Relativitas Einstein
Teori relativitas khusus mengacu pada dua konsep:

1. Hukum fisika berlaku untuk setiap objek dalam semua kerangka acuan yang bergerak
dengan kecepatan tetap terhadap yang lain; artinya bentuk persamaan fisika akan
selalu sama walaupun diamati dalam keadaan bergerak.

2. Kelajuan cahaya dalam ruang hampa selalu sama untuk semua pengamat dan tidak
tergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya (cahaya melaju secepat c
= 300.000.000 m/s).

Einstein menunjukkan bahwa tidak ada benda bermassa yang dapat menempuh menyamai
kecepatan cahaya.
Selain itu, teori relativitas Einstein diatas mengakibatkan perubahan yang agak menyimpang
dari pengalaman yang kita rasakan sehari-hari, seperti:
1. Relativitas Kecepatan
Kita dapat mengetahui laju objek I terhadap objek II jika kita mengetahui laju objek lain
(objek III) terhadap objek II dan laju objek I terhadap objek III yang dinyatakan dengan
rumus:

di mana: v adalah laju objek I terhadap objek II
v1 adalah laju objek III terhadap objek II
v2 adalah laju objek II terhadap objek I
c adalah kecepatan cahaya

2. Pemuaian Waktu

Karena ruang dan waktu tidaklah konstan, maka selang waktu yang diamati oleh pengamat
yang diam dengan selang waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan
kecepatan v tidaklah sama.

Dimana : adalah selang waktu yang diamati pengamat yang bergerak dengan
kecepatan v

adalah selang waktu yang diamati pengamat yang diam

v adalah kecepatan pengamat

3. Kontraksi Lorentz

Karena ruang dan waktu tidaklah konstan, maka benda yang panjangnya L0 akan teramati
sebesar L oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan benda tersebut dengan kecepatan v;
semakin besar kecepatan pengamat, maka benda akan terlihat semakin pendek dari panjang
aslinya.

dimana: L adalah panjang benda yang diamati pengamat yang bergerak dengan
kecepatan v

L0 adalah panjang benda yang diamati pengamat yang diam
v adalah kecepatan pengamat

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

4. Relativitas Massa dan Energi

Seperti ruang dan waktu, massa benda yang diamati pengamat yang diam akan berbeda
dengan massa benda yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v.

di mana: m adalah massa benda yang diamati pengamat yang bergerak dengan kecepatan
m0 adalah massa benda yang diamati pengamat yang diam
v adalah kecepatan pengamat

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

Energi total benda yang bermassa didapat dengan:

dimana E0 adalah energi diam ( ).

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

E = mc2

Jadi, konsekuensi lain dari relativitas khusus adalah massa dan energi memiliki hubungan

atau dapat dikatakan setara.