1. Kelas 12 Fisika

Mengenal Teori Relativitas Khusus, Rumus, & Contoh Soal

Alam semesta memiliki berbagai misteri yang terus digali oleh para ilmuwan fisika. Salah satu fenomena alam mengenai ruang dan waktu mulai terjawab di teori relativitas khusus. Bagi Kawan Literasi yang tertarik dengan materi ini, berikut pembahasan lengkapnya. 

Apa itu Teori Relativitas Khusus

Pada zaman sebelum munculnya teori relativitas, ilmuwan fisika mempercayai prinsip hukum newton mengenai gravitasi bahwa ruang dan waktu adalah sesuatu yang mutlak. Namun, pada abad ke-19 terdapat suatu fenomena yang “melanggar” hukum ini yakni ketika planet merkurius mengitari matahari lebih cepat dari yang telah diperhitungkan. 

Pada tahun 1905 Albert Einstein menemukan teori relativitas dan menggantikan konsep hukum fisika klasik yang hingga saat ini digunakan untuk menjawab fenomena yang terjadi di alam semesta. Albert Einstein mengemukakan bahwa ruang dan waktu dapat disatukan atau dibengkokkan. Beliau menjawab semua pertanyaan atas fenomena melalui relativitas khusus dan umum.

A. Teori Relativitas Khusus

Einstein menjelaskan bahwa hukum fisika dan kecepatan cahaya adalah hal mutlak, sedangkan ruang dan waktu adalah relatif. Berikut adalah 2 postulat Einstein mengenai relativitas khusus:

Artikel Terkait

  • Aljabar Matematika: Dasar-dasar dan Kegunaannya dalam Kehidupan Sehari-hari
    by Amanda Rayta (Studio Literasi) on Januari 18, 2024 at 1:51 am

    Matematika adalah salah satu cabang ilmu yang paling penting dalam kehidupan kita. Salah satu konsep yang sangat penting dalam matematika adalah aljabar. Umumnya, materi aljabar ini kita mulai mempelajarinya sejak kelas 7 SMP.  Aljabar matematika melibatkan penggunaan simbol dan variabel untuk memecahkan masalah dan menjelaskan hubungan antara angka. Namun pada artikel ini lebih fokus untuk Artikel Aljabar Matematika: Dasar-dasar dan Kegunaannya dalam Kehidupan Sehari-hari pertama kali tampil pada Studio Literasi.

  • Tentang Vektor: Definisi, Macam, dan Penerapannya
    by Amanda Rayta (Studio Literasi) on Januari 16, 2024 at 2:43 am

    Dalam dunia matematika, terdapat banyak konsep yang penting dan perlu kita pahami. Salah satunya adalah vektor. Materi vektor ini diajarkan untuk jenjang SMA untuk jurusan IPA yang termasuk daftar mata pelajaran Matematika Peminatan IPA mulai dari kelas 10.  Vektor merupakan salah satu konsep dasar yang memiliki peranan penting dalam berbagai bidang, seperti fisika, matematika, dan Artikel Tentang Vektor: Definisi, Macam, dan Penerapannya pertama kali tampil pada Studio Literasi.

  • Pola Bilangan: Definisi, Jenis, dan Contoh dalam Matematika
    by Amanda Rayta (Studio Literasi) on Januari 12, 2024 at 1:18 am

    Sobat Literasi, tahukah kamu kalau materi tentang pola bilangan merupakan salah satu materi yang cukup populer. Bahkan, pola bilangan juga kerap muncul saat ujian nasional. Pola bilangan ini sebenarnya sudah kita pelajari mulai saat kita kelas 1 SD. Pada awalnya, pelajaran ini berupa pengenalan susunan angka. Dalam matematika, pola bilangan kita gunakan untuk mempelajari hubungan Artikel Pola Bilangan: Definisi, Jenis, dan Contoh dalam Matematika pertama kali tampil pada Studio Literasi.

  • Larutan: Definisi, Jenis, Sifat, dan Fungsi Sehari-hari
    by Amanda Rayta (Studio Literasi) on Januari 12, 2024 at 12:55 am

    Bagi kamu yang berada di jurusan IPA saat SMA, pasti kamu pernah mempelajari larutan. Larutan sendiri termasuk materi dari mata pelajaran kimia. Mungkin yang kamu ingat  mengenai larutan yaitu suatu cairan yang terdiri dari 2 zat yang bercampur sehingga menghasilkan suatu larutan. Melalui artikel ini, Sobat Literasi akan mengetahui lebih lanjut tentang larutan, termasuk definisi, Artikel Larutan: Definisi, Jenis, Sifat, dan Fungsi Sehari-hari pertama kali tampil pada Studio Literasi.

  1. Hukum fisika adalah mutlak atau memiliki sifat yang konstan. Pernyataan ini mengacu pada kerangka yang konstan bahwa hukum fisika memiliki bentuk yang sama. 
  2. Kecepatan cahaya adalah konstan dan memiliki nilai (c =3×108 m/s). Pertanyaan ini bergantung pada sumber cahaya dari posisi si pengamat. Misalnya pada kerangka acuan di mana terdapat dua pengamat, satu akan melihat sesuatu yang bergerak sedangkan yang lain melihat sesuatu yang diam. Perbedaan ini merupakan sudut pandang terhadap ruang dan waktu. 

Konsekuensi dari teori relativitas khusus adalah sebagai berikut:

1. Dilatasi Waktu

Dampak teori relativitas menyebabkan pemekaran waktu. Mengapa hal ini terjadi? Karena perbedaan “gerak” dari dua pengamat terhadap ruang dan waktu dapat berbeda. Berikut rumus hubungan antara dua selang waktu:

Rumus dilatasi waktu
Rumus dilatasi waktu

2. Kontraksi Panjang

Kemungkinan pemendakan jarak dari dua titik yang diukur terhadap dua pengamat yang bergerak secara relatif akan menyebabkan kontraksi panjang. 

Kontraksi panjang
Rumus kontraksi panjang

3. Massa Relativistik

Massa benda yang bergerak akan memiliki kecenderungan lebih besar dibandingan massa benda yang tidak bergerak. 

Massa relativistik
Rumus massa relativistik

4. Momentum Relativistik

Ketika massa relativistik menjelaskan bahwa massa yang bergerak akan lebih berat, maka pada momentum relativistik menerangkan bahwa benda memiliki berat massa sehingga kecepatan akan memiliki momentumnya. Pada konteks ini teori relativitas memiliki kemungkinan terjadinya perubahan momentum.

momentum relativistik
Rumus momentum relativistik

5. Energi relativistik

mc2 = m0c2

Pada energi relativistik menjelaskan kemungkinan bahwa energi dan massa dapat dibuat setara. Hukum ini akan berkaitan dengan pernyataan Einstein pada hukum massa-energi.

B. Teori Relativitas Umum

Setelah menemukan teori relativitas khusus, maka Einstein kemudian menggabungkan teori newton dan gravitasi dengan relativitas. Ia menyebut penggabungan teori ini dengan relativitas umum.

Albert Einstein menjelaskan bahwa gravitasi muncul sebagai bagian dari ruang dan waktu. Gravitasi timbul karena hasil dari penggabungan ruang dan waktu karena adanya besaran massa.

Massa ini lah yang membuat ruang dan waktu melengkung, begitupun benda-benda yang ada disekitarnya. Benda-benda ini akan tertarik mendekati sumber lengkungan yang menariknya.

Dalam penerapannya dapat dilihat ketika Kawan Literasi meletakkan benda kecil di bola basket yang nantinya akan tertarik ke arah lengkungan. Konsep inilah yang dinamakan gravitasi pada teori relativitas umum seperti konsep di bawah ini:

Konsep relativitas umum
Konsep relativitas umum (sumber: Langit Selatan)

 

Manfaat Teori Relativitas

Berikut adalah penerapan teori relativitas pada fenomena alam dan kemajuan teknologi.

1. Memecahkan Masalah Lubang Hitam

Lubang hitam di pusat M87 oleh Event Horizon Telescope
Lubang hitam di pusat M87 (sumber: Event Horizon Telescope)

Penggunaan teori relativitas diterapkan oleh ilmuwan bernama Schwarzschild  yang memecahkan masalah melalui persamaan medan Einstein. Beliau menjelaskan bahwa terdapat geometri ruang waktu di sekitar bintang. Hal ini menjelaskan bahwa bintang memiliki kerapatan penting dengan gravitasi yang tinggi. 

Kuatnya gravitasi bintang akan melengkungkan ruang dan waktu sehingga cahaya akan masuk ke dalamnya. Astronom memperkirakan bahwa letak lubang hitam dengan gravitas tinggi melalui perubahan sifat material langit di sekitarnya.

2. Ledakan Besar Awal Mula Pembentukan Bumi

Evolusi alam semesta oleh CERN
Evolusi alam semesta (sumber: CERN)

Manfaat teori dapat  memprediksi bahwa alam semesta berawal dari ledakan benda padat. Hal ini menunjukkan bahwa alam semesta menjadi memuai dan menjadi material yang kecil dan menjauh. Pernyataan ini dibuktikan langsung oleh Edwin Hubble yang mengatai nebula spiral pada galaksi Bima Sakti.

3. Televisi Analog

Konsep teori relativitas dikembangkan pada teknologi televisi analog. Sinar katoda akan mentransfer elektron pada fosfor magnet. Nah, elektron inilah yang menciptakan pixel warna pada televisi yang memiliki 30% kecepatan cahaya sehingga dapat memunculkan gambar.

Contoh Soal Teori Relativitas khusus

Agar Kawan Literasi memahami penerapan rumus, berikut contoh soal teori relativitas khusus:

Contoh soal relativitas khusus
Contoh soal relativitas khusus (Sumber: Latis Education)

Baca juga: Pengertian Termokimia, Rumus, dan Contoh Lengkapnya

Nah itu tadi penjelasan lengkap mengenai relativitas khusus materi fisika. Semoga dapat membantu Kawan Literasi dalam memahami fenomena di alam semesta dilihat dari sudut pandang sains ya.

Tidak ada komentar

Komentar untuk: Mengenal Teori Relativitas Khusus, Rumus, & Contoh Soal

    Alamat email Anda tidak akan dipublikasikan. Ruas yang wajib ditandai *

    ARTIKEL TERBARU

    Halo, kawan literasi. Pernahkah kalian mendengarkan istilah debit dan kredit? Istilah ini sering kalian dengar saat melakukan pembayaran di bank atau mengurus keperluan administrasi sekolah. Sebenarnya kata tersebut memiliki arti yang luas dalam bidang akuntansi dan perbankan, tidak bisa kita artikan dalam satu bidang saja. Hmm, menarik nih!  Oh iya, terus apa kalian pernah mendengar […]
    Halo, kawan literasi. Bagaimana kabarnya? Aku harap kalian sehat-sehat saja ya. Pembahasan kali ini tak kalah menarik dari sebelumnya, lho. Yap, hari ini kita akan membahas sesuatu yang ada di sekitar kita. Wah, apa ya? Coba tebak! Benar, kita akan membahas tentang rangkaian listrik.  Sebelumnya kita memulai, apakah kalian menyadari bahwa listrik mempunyai peranan penting […]

    Trending

    Halo kawan literasi, bagaimana kabar kalian? aku harap baik-baik saja, ya. Pada pembahasan artikel fisika ini masih berhubungan dengan kelistrikan yaitu hukum ohm. Nah, pasti kalian sedikit banyak mengenal hukum fisika tersebut. Ternyata dalam rangkaian listrik, harus mempunyai hambatan dengan besar tertentu, lho. Mau tau kenapa?  Daripada penasaran, ayo kita belajar hukum fisika ini mulai […]
    Kegiatan transaksi sangat berkaitan dengan alat pembayaran. Semakin bertambahnya zaman, teknologi dan informasi di bidang ekonomi dan perbankan semakin berkembang. Analogi sederhananya adalah keadaan dahulu semaju sekarang, alat pembayaran hanya menggunakan uang logam dan uang kertas.  Ternyata, manusia menemukan beberapa keterbatasan dalam melakukan pembayaran. Jadi, muncullah beberapa metode atau alat pembayaran yang efektif dan efisien […]
    Salah satu alat optik yang paling dipakai oleh orang-orang yang di sekitar adalah kacamata. Seperti yang kita tahu, kacamata adalah alat bantu penglihatan untuk melihat objek dengan jelas. Nah, kawan literasi apakah kalian menyadari bahwa kacamata memiliki sistem khusus untuk memudahkan mata melihat benda dari jarak dekat maupun jauh?  Atau sesederhana kamera yang sering kita […]