Relativitas Khusus: Konsep dan Fenomena Relativistik [Lengkap+Contoh Soal]

Relativitas khusus merupakan suatu konsep fisika yang membahas bahwa sesuatu itu relatif terhadap sudut pandang yang mengamati. Tahukan kalian bahwa penemuan bukti relativitas ini oleh ilmuwan yang sedang mengukur partikel meson ternyata mendapatkan partikel muon. Partikel muon sendiri dapat bergerak dari kosmik ke bumi melebihi waktu hidupnya. Hal tersebut dikarenakan adanya dilatasi waktu yang dialami oleh muon karena bergerak mendekati kecepatan cahaya.

Relativitas Newton

Relativitas Newton mengatakan bahwa jika hukum newton berlaku pada suatu kerangka inersia, maka hukum newton juga akan berlaku pada kerangka inesia lain yang bergerak secara konstan relatif terhadap kerangka utama[1]. Mari kita pahami dengan ilustrasi berikut

blank
Gambar 1 Konsep transformasi galilean pada relativitas Newton[2]

Saat pemain A melempar bola secara parabolik, pemain B dapat melihat seolah-olah bola bergerak secara vertikal karena kerangka pemain B bergerak. Namun untuk pemain A, jika ingin menghasilkan visualisasi yang sama dapat dilakukan dengan melempar bola secara vertikal ke atas. Jika kerangka pemain B diam, maka pemain B dapat melihat bola yang bergerak secara parabolik dari pemain A. Intinya yaitu semua pengamat dapat melihat fenomena yang sama meskipun kerangka inersianya berbeda.

Percobaan Michelson-Morey

Michelson-Morey melakukan keberadaan eter di alam pada tahun 1887. Keberadaan eter sendiri merupakan gagasan mengenai perantara suatu gaya atau gelombang saat melakukan perambatan. Percobaan ini dilakukan menggunakan interferometer. Konsep yang digunakan yaitu interferensi dari gelombang. Jika dua gelombang dengan fase yang sama saling bertemu maka intensitasnya akan meningkat sedangkan jika fasenya berlawanan maka intensitasnya akan menjadi nol atau hilang.

blank
Gambar 2 Interferometer Optik oleh Michelson

Seperti pada gambar di atas, interferometernya disusun dari beam splitter yang digunakan untuk memantulkan cahaya serta dua cermin dimana cermin bagian kanan dimiringkan untuk mengubah fase dari gelombang. Misal arah dari eter dari bawah ke atas, hal ini mengakibatkan gelombang yang bergerak ke arah sumbu-y positif akan bergerak mengikuti arah eter positif, sedangkan saat kembali akan bergerak mengikuti arah eter negatif.

Pada bagian yang terpantul, gelombang akan dipantulkan sehingga berubah fase pada beam splitter. Karena eter bergerak secara vertikal ke sumbu-y positif, pergerakan dari gelombang dipengaruhi dan terjadi pembelokan sedikit. Dari hasil eksperimen yang dilakukan didapat bahwa tidak ditemukan interferensi apapun pada perambatan gelombang cahaya. Eksperiman yang bertujuan untuk membuktikan keberadaan eter justru menjadi bukti bahwa eter itu tidak ada. Percobaan ini pun menjadi salah satu percobaan paling fenomenal mengenai pembuktian bahwa teori sebelumnya tidak benar dan kunci untuk teori relativitas Einstein.

Relativitas Khusus

Menurut Britannica, Relativitas Khusus merupakan bagian dari teori relativitas yang dikemukakan oleh Albert Einstein yang berhubungan mengenai objek yang bergerak terhadap kerangka inersia referensi. Teori ini juga menyatakan bahwa partikel yang bergerak pada kecepatan mendekati kecepatan chaya dapat mempengaruhi waktu di sekitarnya[3].

Postulat Relativitas Khusus

  1. Hukum fisika memiliki bentuk yang sama pada semua kerangka inersia referensi yang bergerak secara konstan.
  2. Kecepatan cahaya sama pada ruang hampa memiliki nilai yang sama pada semua kerangka inersian referensi. c = 299792458 m/s atau c \approx 3 \times 10^8 m/s.

Untuk postulat pertama, contohnya yaitu jika kita mengamati seseorang yang sedang berada di dalam mobil dengan kecepatan 60 km/jam. Dari sudut pandang kita yang diam, orang di dalam mobil lah yang mendekati dengan kecepatan 60 km/jam. Sedangkan dari sudut pandang orang di mobil, kita lah yang bergerak mendekati dengan kecepatan 60 km/jam.

Pada postulat kedua menjelaskan bahwa benda bergerak tidak akan melebihi kecepatan cahaya. Contohnya yaitu jika kita bergerak mengelilingi bumi dengan kecepatan cahaya kemudian melemparkan bola ke depan dengan kecepatan cahaya. Dari sudut pandang pengamat yang diam di bumi, bola tersebut bergerak hampir mendekati kecepatan cahaya. Hal itu yang menjadi keunikannya.

Dilatasi Waktu

Dari pengamatan, jika suatu benda bergerak dengan kecepatan relativistik atau mendekati kecepatan cahaya maka seolah-olah waktu bergerak lebih cepat dari sudut pandang yang bergerak dan waktu akan melambat.

t = \frac{t_{0}}{(1-\beta^2)^{1/2}} dimana \beta = v/c

t adalah waktu yang ditinjau dari kerangka referensi lain

t_0 adalah waktu yang ditinjau dari kerangka referensi pengamat

v adalah kecepatan benda bergerak

c adalah kecepatan cahaya

Massa Relativistik

Konsep dari massa relativistik yaitu saat benda bergerak dengan cepat hingga mendekati kecepatan cahaya maka massa benda tersebut akan meningkat. Berdasarkan dari konsep relativitas khusus, benda yang bergerak dengan sangat cepat cepat akan menghasilkan inersia. Semakin cepat benda bergerak maka inersianya pun akan semakin besar. Karena inersia berhubungan dengan energi kinetik sedangkan kecepatannya konstan maka yang mengalami perubahan adalah massa.

m = \frac{m_{0}}{(1-\beta^2)^{1/2}} dimana \beta = v/c

m adalah massa relativistik

m_0 adalah massa diam (rest mass)

v adalah kecepatan benda bergerak

c adalah kecepatan cahaya

Kontraksi Panjang

Kontraksi panjang merupakan fenomena yang terjadi jika pada benda jika pengamat bergerak pada kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Semakin cepat pergerakan dari pengamat maka panjang dari benda yang diamati akan semakin pendek. Konsep ini didasari dari Transformasi Lorentz terhadap kerangka inersia yang bergerak.

L = L_{0}(1-\beta^2)^{1/2} dimana \beta = v/c

L adalah panjang yang diamati

L_0 adalah panjang awal

v adalah kecepatan benda bergerak

c adalah kecepatan cahaya

blank
sumber: quickmeme

Contoh Soal

Muon bergerak dalam laboratorium dengan kecepatan 0,8c. Waktu yang ditempuh muon sebelum berubah menjadi partikel lain pada kerangka diam adalah \tau = 2,2 \times 10^{-6} s. Tentukan jarak yang ditempuh muon di laboratorium tersebut.

Jawab:

Pertama ditentukan waktu yang mengalami dilatasi,

t_{lab} = \frac{\tau}{(1-\beta^2)^{1/2}} dengan \beta = 0,8

Didapatkan bahwa t_{lab} = 3,67 \mu s

Jarak yang ditempuh yaitu L = t_{lab} \times v = 3,67 \mu s \times 0,8c \approx 880 m

Video mengenai relativitas khusus:

Referensi

[1] R. DiSalle, “Absolute space and Newton’s theory of relativity,” Studies in History and Philosophy of Science Part B: Studies in History and Phylosophy of Modern Physics, vol. 71, pp. 232-244, 2020.

[2] Basic Physics, “R2. Transformations: Galilean And Lorentz,” [Online]. Available: http://www.basic-physics.com/r2-transformations-galilean-and-lorentz/. [Diakses 2021 Januari 13].

[3] “special relativity | Definition & Equation,” Encyclopedia Britannica, 2021. [Online]. Available: https://www.britannica.com/science/special-relativity. [Diakses 2121 Januari 13].

Setelah selesai membaca, yuk berikan artikel ini penilaian!

Klik berdasarkan jumlah bintang untuk menilai!

Rata-rata nilai 0 / 5. Banyaknya vote: 0

Belum ada yang menilai! Yuk jadi yang pertama kali menilai!

Baca juga:
Muhammad Guntur
Artikel Berhubungan:

Tinggalkan Balasan

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