Pengertian Teori Relativitas Khusus, Relativitas Newton, Transformasi Galileo, Rumus, Teladan Soal, Jawaban, Fisika

Pengertian Teori Relativitas Khusus, Relativitas Newton, Transformasi Galileo, Rumus, Contoh Soal, Jawaban, Fisika - Coba kalian perhatikan gambar 1. Lekukan di bidang jala menggambarkan gravitasi sebagai hasil distorsi ruang di sekitarnya. Matahari yang terlihat pada serpihan kiri, walaupun jauh lebih berat dibandingkan bumi, hanya bisa menghasilkan lekuk kecil kalau dibanding bintang neutron (tengah) yang berukuran lebih kecil, namun mempunyai massa yang lebih besar. Apalagi kalau dibandingkan dengan lubang hitam pada kanan gambar yang mempunyai massa luar biasa besar. Fenomena tersebut sanggup dijelaskan oleh teori relativitas yang dinyatakan oleh Albert Einstein.

Gambar 1. Teori relativitas menjelaskan gravitasi sebagai hasil distorsi ruang.

Relativitas merupakan salah satu dari beberapa teori mengenai gerak, yang dirancang untuk menjelaskan penyimpangan dari mekanika Newton yang timbul akhir gerak relatif yang sangat cepat. Teori ini telah mengubah pandangan kita mengenai ruang, waktu, massa, energi, gerak, dan gravitasi. Teori ini terdiri atas teori khusus dan teori umum, yang keduanya bertumpu pada dasar matematika yang besar lengan berkuasa dan keduanya telah diuji dengan percobaan-percobaan dan pengamatan.

Teori khusus, yang dikembangkan oleh Einstein pada tahun 1905, berkenaan dengan pembandingan pengukuran yang dilakukan dalam kerangka contoh inersia berbeda yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif satu sama lain. Di lain pihak, teori umum, yang dikemukakan tahun 1915, berkenaan dengan kerangka contoh dan gravitasi yang dipercepat. Pada serpihan ini pembahasan akan lebih terfokus pada teori relativitas khusus.

A. Relativitas Newton

Teori relativitas muncul dari kebutuhan terhadap kerangka acuan, yaitu suatu patokan yang sanggup dipakai ilmuwan untuk menganalisis aturan gerak. Pada waktu kelas X, kalian telah mempelajari Hukum Newton wacana gerak, di mana Hukum I Newton tidak membedakan antara partikel yang membisu dan partikel yang bergerak dengan kecepatan konstan. Jika tidak ada gaya luar yang bekerja, partikel tersebut akan tetap berada dalam keadaan awalnya, membisu atau bergerak dengan kecepatan awalnya.

Benda akan dikatakan bergerak apabila kedudukan benda tersebut berubah terhadap kerangka acuannya. Kerangka contoh di mana Hukum Newton berlaku disebut kerangka contoh inersia. Jika kita mempunyai dua kerangka contoh inersia yang bergerak dengan kecepatan konstan relatif terhadap yang lainnya, maka tidak sanggup ditentukan serpihan mana yang membisu dan serpihan mana yang bergerak atau keduanya bergerak. Hal ini merupakan konsep Relativitas Newton, yang menyatakan “gerak mutlak tidak sanggup dideteksi”.

Konsep ini dikenal oleh para ilmuwan pada masa ke-17. Tetapi, pada final masa ke-19 pedoman ini berubah. Sejak ketika itu konsep relativitas Newton tidak berlaku lagi dan gerak mutlak dideteksi dengan prinsip pengukuran kecepatan cahaya.

B. Transformasi Galileo

Pada sudut pandang klasik atau Galileo, kalau terdapat dua kerangka contoh S dan S′ yang masing-masing dicirikan dengan sumbu koordinat yang ditunjukkan Gambar 2. 

Gambar 2. Kerangka contoh S bergerak ke kanan dengan kecepatan v relatif terhadap kerangka S.

Sumbu x dan x' saling berimpitan, dan diasumsikan kerangka S′ bergerak ke kanan (arah x) dengan kecepatan v relatif terhadap S. Untuk menyederhanakan, diasumsikan bahwa contoh O dan O' dari kedua kerangka contoh saling berimpit pada t = 0.

Sekarang, dimisalkan terjadi sesuatu di titik P yang dinyatakan dalam koordinat x ', y ', z' dalam kerangka contoh S' pada ketika t'. Bagaimana koordinat P di S? Perlu diketahui, alasannya yakni S dan S' mula-mula berimpitan, sesudah t, S' akan bergerak sejauh vt'. Sehingga pada ketika t ' akan berlaku:

x = x' + vt' ..................................................... (1)

y = y'.............................................................. (2)

z = z' ............................................................. (3)

t = t '.............................................................. (4)

Persamaan-persamaan tersebut dinamakan persamaan transformasi Galileo.

Jika titik P pada Gambar 10.2 menunjukkan sebuah benda yang bergerak, maka komponen vektor kecepatannya di S' dimisalkan u_x', u_y', u_z'. Diperoleh ux' = Dx'/Dt', uy' = Dy' /Dt', dan u_z' = Dz' /Dt'. Jika pada t₁' partikel berada di x₁′ dan sesaat kemudian, t₂ berada di x₂′, diperoleh:

Jadi, kecepatan P menyerupai terlihat dari S akan mempunyai komponen ux, uy, dan uz. Untuk komponen yang berafiliasi dengan komponen kecepatan di S' diperoleh:

Dapat disimpulkan bahwa:

u_x = u_x' + v ......................................................... (6)

u_y = u_y' ............................................................... (7)

u_z = u_z' ................................................................ (8)

yang disebut persamaan transformasi kecepatan Galileo.

Contoh Soal 1 :

Sebuah transformasi koordinat x' pada transformasi Galileo dinyatakan oleh x' = x – vt. Buktikan bahwa transformasi Galileo untuk kecepatan adalah u_x' = u_x' – v!

Penyelesaian:

Transformasi kecepatan, u_x' terhadap u_x dapat diperoleh kalau tiap koordinat diturunkan terhadap peubah waktu t.

C. Percobaan Michelson Morley

D. Relativitas Einstein atau Postulat Einstein.

E. Massa Relativistik, Momentum Relativistik, dan Energi Relativistik.

Anda kini sudah mengetahui Relativitas Khusus dan Relativitas Newton. Terima kasih anda sudah berkunjung ke Perpustakaan Cyber.

Referensi :

Budiyanto, J. 2009. Fisika : Untuk SMA/MA Kelas XII. Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, Jakarta. p. 298.

Share this post