Teori Dan Rumus Relativitas Albert Einstein

Meskipun Sir Isaac Newton percaya bahwa ruang dan waktu adalah konstan, teori relativitas umum dan khusus sekarang memberi tahu kita bahwa mereka dapat berubah dan bergerak seperti fluida.

Albert Einstein adalah pencipta teori relativitas umum, yang pertama kali dipublikasikan pada tahun 1905 sebagai teori relativitas khusus.

Sepuluh tahun kemudian, Einstein mempublikasikan bagian keduanya, teori relativitas umum.

Rumus-rumus Teori Relativitas Einstein

Teori relativitas khusus mengacu pada dua konsep:

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.
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:

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

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.

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

dimana:

$\Delta t$ adalah selang waktu yang diamati pengamat yang bergerak dengan kecepatan v

$\Delta t_0$ 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.

di mana:

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

teori relativitas dan kontraksi lorentz

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.

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

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:

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

Energi total benda yang bermassa didapat dengan:

dimana E₀ adalah energi diam ( $E = m_0 c^2$ ).

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

E = mc²

Teori Relativitas Umum

Dalam teori relativitas umum, Newton menggambarkan gravitasi sebagai gaya yang tidak tampak yang menarik objek satu sama lain.

Namun, dalam teori relativitas umum, gravitasi adalah kelengkungan ruang-waktu yang ditimbulkan oleh massa suatu benda, semakin berat benda itu, dan kelengkungan ini berdampak pada waktu, dengan benda yang lebih berat bergerak lebih lambat dalam lengkungan ruang-waktu tersebut.

Contoh Soal

Seorang astronot yang memiliki saudara kembar pergi ke ruang angkasa pada umur 32 tahun menggunakan pesawat luar angkasa yang melaju dengan kecepatan hingga mencapai 80% kecepatan cahaya.

Astronot tersebut kembali ke bumi dan pada saat itu saudara kembarnya sudah berumur 44 tahun.

Berapakah umur saudara kembarnya menurut astronot yang baru kembali ke bumi?

Pembahasan:

Diketahui bahwa v = 0,8c

Karena pertanyaannya adalah menurut si astronot, maka astronot merupakan kerangka yang diam, sedangkan saudara kembarnya (yang tinggal di bumi) sebagai kerangka yang bergerak terhadap pesawat luar angkasa.

maka ∆t = 44 – 32 = 12 tahun

Sehingga:

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

$\Delta t_0 = 7,2$ tahun

Jadi menurut astronot, umur saudara kembarnya seharusnya hanya bertambah usia sebesar 7,2 tahun ( $\Delta t_0$ ), bukan sebanyak 12 tahun ( $\Delta t$ ).

Sehingga menurut astronot, saudara kembarnya baru berusia 32 – 7,2 = 39,2 tahun.

Tentang Kami

Kami One Shine Edu siap membimbing anak untuk bisa belajar dengan menyediakan tenaga pengajar yang berkualitas, berkompeten dan berdedikasi.

Hal itu untuk memastikan pemahaman konsep dan peningkatan prestasi siswa.

Untuk informasi lebih lanjut hubungi kami di:

Home: Jalan H Gemin 1, Kp. Cakung, Kelurahan Jatikramat, Kecamatan Jatiasih, Kota Bekasi, Jawa Barat.

Gmail: oneshineeduconsultant@gmail.com

Phone: +6281389851615

TikTok: oneshineedu.id

Instagram: oneshineedu.id

YouTube: OneShine Edu

X: OneShineEdu

(Ist)

1. Relativitas Kecepatan

2. Pemuaian Waktu

3. Kontraksi Lorentz

4. Relativitas Massa dan Energi

Tinggalkan Balasan Batalkan balasan

Kontak Kami

© 2023 ONE SHINE EDU