Home / Fisika / teori relativitas

Teori Relativitas

  • 11 min read
Loading...

Penulis : Ditheosvi Alvira Gusti – Teknik Elektro PNJ

Ditinjau dan edit kembali oleh Deyan Prashna, Departemen Fisika, FMIPA, Universitas Indonesia, 6 Agustus 2020

Sederhananya teori relativitas merupakan teori relativitas khusus dan teori revalitas umum. Si “Jenius” dari Jerman yang lahir pada tahun 1879 bernama Albert Einstein merumuskan teori relativitas lantaran ia merasa ada ketidakcocokkan antara perilaku zat (eter) yang dikemukakan Newton dengan kecepatan cahaya atau elektromagnet dari teori Maxwell. Dari permasalahan tersebut Einstein melakukan penemuan dan menemukan sebuah teori yang disebut Teori Relativitas.

Albert Einstein
Albert Einstein, sumber cnn

Teori Relativitas Einstein pertama kali ditemukan pada tahun 1905 yang disebut dengan teori relativitas khusus dan sebelas tahun setelahnya yaitu pada tahun 1916 Einstein kembali mengemukakan teori lainnya yang disebut teori relativitas umum.

Relativitas Khusus

Albert Einstein tahun 1905 mengeluarkan dua prostulat mengenai teori relativitas khusus. Kedua Prostulat

Loading...
tersebut adalah :

1. Pada semua kerangka acuan inersia hukum fisika yang berlaku adalah sama.

2. Kecepatan cahaya bersifat konstan pada ruang hampa dan tidak bergantung kepada sumber cahaya ataupun pengamat.

Maksud dari postulat pertama bahwa semua persamaan fisika berlaku untuk setiap objek dalam semua kerangka acuan, baik objek maupun kerangka acuan bergerak atau pun tidak. Persamaan fisikanya bersifat mutlak dan tidak berubah.

Sedangkan pada postulat kedua, maksudnya adalah pengukuran kelajuan/kecepatan cahaya akan selalu konstan baik sumber atau pun pengamat bergerak. Kecepatan cahaya yang dimaksud adalah kecepatan cahaya dalam ruang vakum (tanpa adanya hambatan dalam pergerakan cahayanya).

Adanya relativitas khusus menyebabkan terjadinya perubahan persepsi dalam menilai kecepatan, panjang, waktu, massa dan energi. Berikut penjelasannya.

Relativitas Khusus

Dua prostulat yang dikemukakan Einstein tersebut menyebabkan beberapa hal terjadi yaitu:

a. Relativitas Kecepatan

Kecepatan yang berdasarkan teori relativitas khusus bersifat relatif yaitu tidak adanya kecepatan yang dapat melebihi kecepatan cahaya.

Relativitas Kecepatan

Berdasarkan ilustrasi, kecepatan relatif pesawat b dan c dapat dijumlahkan dengan rumus kecepatan relativitas sebagai berikut:

B. Relativitas Panjang

Berdasarkan prostulat yang dikemukakan Einstein apabila sebuah benda mempunyai panjang Lo akan terlihat seperti memendek menjadi L ketika benda tersebut bergerak dengan kecepatan relativ v atau bergerak mendekati kecepatan cahaya dengan pengamat diam terhadapnya.

Dalam teori relativitas khusus, ruang dan waktu tidak konstan. Panjang benda tersebut akan terlihat semakin pendek jika pengamat bergerak dengan kecepatan sebesar v.

Relativitas panjang dapat dirumuskan sebagai berikut:

Relativitas Panjang

C. Relativitas Massa

Einstein berkata, massa sebuah benda akan terukur lebih berat apabila dalam keadaan bergerak. Massa benda yang diamati oleh pengamat yang diam akan berbeda dengan yang diamati oleh pengamat yang bergerak. Relativitas massa dapat dirumuskan sebagai berikut:

Relativitas Massa

Berikut rumus energi kinetik dalam teori relativitas:

Sehingga energi total yang dimiliki oleh benda yang bergerak secara relativistik (kecepatannya mendekati atau sama dengan kecepatan cahaya) adalah:

kecepatan cahaya

dimana E0merupakan energi diam (J).

D. Dilatasi Waktu

Pada teori relativitas khusus ini mengharuskan kita untuk dapat memandang perbedaan selang waktu antara dua benda yang diam maupun bergerak dengan kecepatan relatif v. Dilatasi waktu atau perbedaan waktu terjadi ketika suatu objek diamati oleh pengamat yang diam dan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v.

Berikut persamaan dilatasi waktu:

Dilatasi Waktu

Perlu diketahui bahwa rumus konstanta Lorentz adalah sbb:

dengan v adalah kecepatan benda (m/s), dan c adalah kecepatan cahaya dalam ruang hampa (m/s) sebesar relativitas 2

E. Energi Relativistik

Massa adalah bentuk lain dari energi entah benda tersebut diam ataupun bergerak, benda tersebut memiliki energi.

Pada massa, sebenarnya energi benda terkonsentrasi dengan sangat padat dan energinya akan terkonversi menjadi bentuk energi lain jika terdapat pemicunya.

Massa menjadi tempat dari kumpulan partikel suatu benda dan tentunya memiliki energi tertentu dan tidak terpengaruh oleh percepatan gravitasi bumi. Massa bendanya akan bertambah ketika bendanya bergerak dengan kecepatan sama atau mendekati kecepatan cahaya.

Apabila benda tersebut dalam keadaan diam maka benda itu memiliki energi diam, yang dirumuskan dengan:

8

Dan ketika benda bergerak dengan laju v maka massa akan bertambah dan energi pun bertambah sehingga energi total akan didapatkan melalui persamaan berikut:

9

Kemudian dikarenakan benda tersebut bergerak, maka terjadi energi kinetik yang saling berhubungan dengan energi lainnya yang dirumuskan sebagai berikut:

6

Perlu diketahui bahwa kelajuan dan kecepatan itu berbeda dimana kelajuan selalu bernilai positif dan termasuk kedalam besaran skalar. Sedangkan kecepatan dapat bernilai positif maupun negatif dan termasuk kedalam besaran vektor.

F. Momentum Relativistik

Dalam relativitas Einstein, Hukum kekekalan momentum linier tetap berlaku loh dan disebut dengan momentum relativistik yang dirumuskan sebagai berikut:

dimana  P merupakan momentum relativistik (kgm/s), m0 merupakan massa diam (kg), v merupakan kecepatan benda (m/s), dan c merupakan kecepatan cahaya (m/s).

Nah itu dia enam hal yang berkaitan dengan teori relativistik khusus dan dua postulat Einstein, selanjutnya kita akan bahas mengenai teori relativistik umum nih, mari simak materinya! 😊

Relativitas Umum

Teori Relativitas Umum
Sumber : NASA

Albert Einstein memperkenalkan acuan baru untuk fisika, tentunya konsep baru mengenai ruang dan waktu dari teori relativitas khusus pada tahun 1905 dan kemudian 11 tahun setelahnya ia melakukan percobaan dengan memasukkan percepatan dalam teorinya dan mendapati bahwa objek yang besar dapat menyebabkan distorsi atau penyimpangan dalam ruang-waktu yang dirasakan sebagai gravitasi.

Sebelum Einstein melakukan percobaan ini, Sir Isaac Newton lebih dulu menghitung gravitasi antara dua objek. Gravitasi yang dimaksud ialah dua objek yang memiliki gaya tarik satu sama lain dan mengemukakan pendapatnya tentang konsep hukum gravitasi newton yakni gravitasi adalah gaya bawaan dari suatu benda yang mampu bekerja terhadap benda lain di sekitarnya.

Menurut Isaac Newton gaya gravitasi bekerja pada benda bermassa dan gayanya menuju pusat bumi. Semakin besar gaya gravitasi (tempat benda berada) maka akan semakin cepat gerak benda tersebut menuju pusat bumi.

Dan tentunya Einstein tidak sependapat dengan Newton karena menurutnya gravitasi ialah lengkungan pada ruang waktu yang berada di sekitar benda bermassa besar. Pendapat inilah yang disebut dengan relativitas umum yang berisikan konsep gravitasi dan cara kerjanya atau yang dapat disebut dengan teori relativistik gravitasi.

Selain itu yang dimaksudkan dengan teori relativistik gravitasi ini adalah ketika pada ruang hampa objek yang bergerak akan gerak lurus dengan kecepatan yang konstan sehingga objek yang berada disekitar lengkungan gravitasi akan ikut bergerak mengikuti arah lengkungan. Juga ternyata gravitasi dapat mempengaruhi cahaya kerena kecepatan cahaya adalah konstan yang berarti gravitasi mempengaruhi waktu yang dikenal dengan Gravitational Time Dilation.

Menurut Einstein, kelengkungan ruang-waktu akan berdampak pada waktu yang dibutuhkan benda untuk melintasi lintasan geraknya. Semakin besar gravitasi, maka akan semakin lambat waktu yang berjalan di lengkungan ruang-waktu tersebut.

Penerapan Teori Reativitas

Berikut ini merupakan beberapa hal yang memperlihatkan teori relativitas dalam kegiatan sehari-hari.

a. Global Positioning System (GPS)

Pada GPS, satelit digunakan sebagai pusat informasi yang menggunakan teori relativitas sebagai prinsip kerjanya, GPS sangat akurat karena satelitnya menggunakan jam dengan tingkat keakuratan tinggi serta pengaruh gravitasi dari satelit di orbit akan membuat GPS mengalami percepatan yang besar.

Creative Abstract GPS Satellite Navigation, Travel, Tourism And ...
GPS, Sumber: 123r.com

b. Emas

Massa relativistik pada emas meningkat dan mengalami kontraksi panjang ketika elekton bergerak cepat, karena emas merupakan atom berat. Alasan yang menjadikan emas tidak menimbulkan korosi ialah karena adanya efek relativistik pada elektron emas.

√ Live Harga Emas Dunia dan Logam Mulia Antam Hari ini
Emas, Sumber: tradingforex.id

c. TV Tabung

Sinar katoda pada layar tabung Tv dapat bekerja dengan cara menembakkan elektron dengan magnet besar dan tiap elektron mampu menyalakan pixel ketika mengenai bagian belakang layar dan dapat menampilkan gambar bergerak dan tentunya menggunakan prinsip kerja dari teori relativitas.

Tv tabung  Sumber: prelo.co.id
Tv tabung Sumber: prelo.co.id

d. Medan Magnet

Medan magnet mampu menciptakan arus listrik dan listrik dengan pasti akan mengalami efek relativitas seperti halnya elektromagnetik yang bekerja menggunakan prinsip kerja relativitas.

Lilitan kawat disekitar medan magnet
Lilitan kawat disekitar medan magnet

e. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir

PLTN mengimplementasikan teori relativitas dalam hal ini karena pembangkit listrik tenaga nuklir ini mampu mengkonversikan massa dan energi menjadi satu dengan yang lainnya.

Loading...
PLTN
PLTN , Sumber: cnnindonesia.com

Kesimpulan

Jadi, dapat disimpulkan bahwa teori relativitas yang diusulkan oleh Albert Einstein dapat dibedakan menjadi dua, yaitu teori relativitas khusus dan umum. Teori relativitas khusus menyebabkan terjadinya perbedaan persepsi dalam membahas kecepatan, waktu, panjang, massa dan energi dimana terdapat relativitas kecepatan, dilatasi waktu, relativitas panjang, dan relativitas massa.

Juga terdapat energi relativistik dan momentum relativistik. Selain relativitas khusus, juga terdapat relativitas umum yang mana pada teori ini ruang dan waktu tidak konstan dan berakibat pada waktu benda dalam melewati kelengkungan ruang-waktu.

Teori relativitas dapat diterapkan dalam kehidupan sehari-hari, yaitu pada GPS, emas, TV tabung, medan magnet, Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN).

Contoh Soal dan Pembahasannya

Untuk lebih menambah wawasan dan pemahaman kalian tentang teori relativitas, berikut ini terdapat beberapa soal dan pembahasan yang bisa dikerjakan.

1. Sebuah pesawat antariksa bergerak dengan kecepatan 0,6c terhadap Bumi. Dari dalam pesawat ditembakkan peluru dengan keceptan 0,4c searah gerak pesawat. Kecepatan peluru terhadap Bumi adalah..

A. 0,2c

B. 0,4c

C. 0,6c

D. 0,8c

Jawaban: D

Pembahasan:

Dik:

v1 = 0,6c

v2 = 0,4c

Dit:

Kecepatan relatif yang diberikan..

Jawab:

1

2. Balok dalam keadaan diam memiliki panjang 2 meter, Panjang balok menurut pengamat yang bergerak terhadap balok dengan kecepatan 0,8 c dengan c merupakan kecepatan cahaya adalah….m

A. 0,7m

B. 1,2m

C. 2,4m

D. 3,2m

Jawaban : B

Pembahasan:

Dik:

Lo = 2m

v = 0,8c

Dit:

Panjang relativistik adalah …

Jawab:

2

3. Terdapat dua orang, A berada di Bumi dan B naik pesawat antariksa dengan kecepatan 0,8c pulang-pergi terhadap Bumi. Bila orang A mencatat perjalanan B selama 20 tahun maka B mencatat perjalanan pesawat yang ditumpanginya selama…

A. 6 tahun

B. 12 tahun

C. 24 tahun

D. 32 tahun

Jawaban: B

Pembahasan:

20 tahun waktu di Bumi yang menurut A adalah waktu yang dia lihat dari keadaan bergerak

(Δt) maka waktu yang berjalan dalam pesawat:

3

Pertanyaan Umum

Apa yang mendasari Einstein melakukan percobaan dan menemukan teori relativitas?

Lantaran ia merasa ada ketidakcocokkan antara perilaku zat (eter) yang dikemukakan Newton dengan kecepatan cahaya atau elektromagnet dari teori Maxwell.

Pada tahun berapa teori relativitas khusus dikemukakan?

Tahun 1905.

Relativitas umum membahas tentang?

Teori gravitasi relativistik atau berisikan konsep gravitasi dan cara kerjanya.

Apa maksud gravitasi menurut Einstein?

Gravitasi ialah lengkungan pada ruang waktu yang berada di sekitar benda bermassa besar.

Prostulat pertama Einstein berbunyi?

Pada semua kerangka acuan inersia hukum fisika yang berlaku adalah sama.

Daftar Pustaka

  • https://www.space.com/17661-theory-general-relativity.html
  • https://www.4muda.com/6-penerapan-teori-relativitas-einstein-dalam-kehidupan-sehari-hari/
  • Suharyanto. 2009. FISIKA untuk SMA dan MA Kelas XII. Jakarta: Pusat Perbukuan Departemen Pendidikan Nasional
  • Yaz, Ali. 2007. FISIKA 3 SMA Kelas XII. Jakarta: Yudhistira
  • Kelas pintar. 2019. Apa Itu Teori Relativitas? Diperoleh dari www.kelaspintar.id/blog/tips-pintar/apa-itu-teori-relativitas-2063/amp/ (diakses pada 6 Agustus 2020).
  • Putra, Aditya. Perdana. 2020. Fisika-Relativitas Khusus. Diperoleh dari pahamify.com/blog/artikel/fisika-relativitas-khusus/amp/ (diakses pada 6 Agustus 2020).

Baca juga

Loading...
Loading...