Teori Relativitas Khusus : Pengertian, Contoh Soal, dan Pembahasannya.
Gurubagi.com Teori relativitas merupakan suatu ilmu yang mempelajari aturan dan menjelaskan tentang gravitasi yang menggambarkan bahwa ruang dan waktu dapat berubah. Teori relativitas terdiri dari dua jenis yakni teori Relativitas Newton dan teori Relativitas Einstein.
Teori relativitas Newton berbicara mengenai gerak-gerak benda jauh di bawah kecepatan cahaya. Sedangkan Teori relativitas Einstein mengemukakan teori yang disebut tori relativitas khusus tahun 1905, selanjutnya Einstein juga mengusulakn teori relativitas umum pada tahun 1915.
Di dalam aturan relativitas, dijelaskan bahwa sebuah gelombang elektromagnetik dapat bergerak dengan kecepatan yang konstan. Kecepatan gelombang elektromagnetik sama dengan kecepatan pergerakan dua orang dengan posisi yang berbeda.
Sehingga dalam hukum fisika, kecepatan gelombang terlihat sama. akan tetapi, kecepatan keduanya berbeda dalam waktu dan intervalnya. Kita kan membahas teori relativitas khusus lebih dalam. berikut pejelasannya.
Teori Relativitas khusus
Di dalam teori relatvitas ini Einstein meneliti suatu elektrodinamika dalam benda yang bergerak. Sehingga aturan tersebut dikenal dengan teori elektrodinamika benda bergerak.
Aturan Elektrodinamika tersebut dijelaskan di dalamnya bahwa, jika ada dua orang yang melakukan gerakan, keduanya terlihat sama dalam pandangannya masing-masing. Sehingga tidak ada yang dapat menyatakan bahwa salah satu dari mereka bergerak atau diam di tempatnya.
Teori ini dikatakan relativitas khusus karena hanya berlaku untuk kerangka acuan inersial, yaitu kerangka acuan yaitu kearngka acuan yang bergerak dengan kecepatan konstan, terhadap kerangka acuan lain.
Teori relivitas khusus menghasilkan Ada 2 postulat yang disampaikan oleh Einstein , yaitu :
1. 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.
2. 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.
Rumus Teori Relativitas Khusus
Teori Einstein ini tentu menjadi berbanding terbalik terhadap hukum newton yang menyatakan apabila ruang dan waktu selalu mutlak. Sehingga ada beberapa dampak yang terjadi akibat adanya teori relativitas khusus ini yaitu sebagai berikut.
A. Pemuaian Waktu (Relativitas waktu)
Pemuaian waktu merupakan dampak dari teori relativitas khusus yang menyatakan bahwa ruang dan waktu itu relatif. Pemuaian waktu terjadi karena adanya perbedaan gerak antara kedua pengamat terhadap ruang dan waktu.
Pemuaian waktu dapat dirumuskan sebagai berikut :
Keterangan :
∆t = Selang waktu saat pengamat bergerak
∆t0 = Selang waktu saat pengamat diam
v = Kecepatan dari pengamat
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
B. Kontraksi Lorentz (Relativtas panjang)
Gerak relative mempengaruhi pengukuran panjang dan juga selang waktu. Panjang L suatu benda yang sedang bergerak terhadap pengamat kelihatan lebih pendek Lo jika diukur dalam kondisi diam terhadap pengamat.
Peristiwa pengerutan panjang relative ini disebut sebagai kontraksi Lorentz atau Pengerutan Lorentz. Untuk menghitung kontraksi Lorentz bisa digunakan rumus berikut:
Keterangan:
Lo = Panjang benda dengan kerangka acuan pengamat diam
L = Panjang benda dengan kerangka acuan pengamat yang bergerak
v = Kecepatan benda relative pada pengamat yang diam
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
Kontraksi panjang ini menjelaskan bahwa adanya kemungkinan pemendekan jarak dari dua titik yang diukur terhadap dua pengamat yang bergerak secara relatif.
Baca : Teori Relativitas Newton : Pengertian, Soal dan Pembahasannnya.
c. Massa Relativistik
Menurut teori relativitas khusus, menjelaskan bahwa massa benda yang tengah bergerak cenderung lebih besar daripada massa benda yang tidak bergerak.
Keterangan :
m = massa benda yang diamati pengamat bergerak dengan kecepatan v
m0 = massa benda yang diamati pengamat diam
v = kecepatan pengamat
D. Relativitas Kecepatan
Tidak ada kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya. Rumus penjumlahan kecepatan relativitas adalah sebagai berikut.
Keterangan :
v = laju objek 1 terhadap 2 (m/s)
v1= laju objek 3 terhadap 2 (m/s)
v2= laju objek 2 terhadap 1 (m/s)
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
E. Momentum Relativistik
Jika pada massa relativistik menjelaskan kemungkinan massa yang lebih berat. Pada momentum relativistik ini menerangkan bahwa ketika benda memiliki berat massa, maka sebuah kecepatan memiliki momentumnya. Sehingga dalam konteks teori relativitas khusus juga memiliki kemungkinan yang merubah momentum tersebut.
Keterangan :
p = momemtum relativitsstik (Ns)
mo = massa bnda saat diam (kg)
E = energotal (J)
Eo = Energi diam (J)
v = Kecepatan benda terhadap kerangka diam (m/s)
c = kecepatan cahaya (3×108 m/s)
F. Energi Kinetik Benda Bermassa mo
Rumus ini digunakan untuk menentukan energi dari benda tersebut. Untuk nilai energi benda dalam keadaan diam maka :
Sementara itu, hubungan antara energi total, energi diam, dan energi kinetik adalah sebagai berikut :
Maka energi total yang diperoleh berdasarkan energi saat diam dan saat bergerak, yaitu:
Berdasarkan rumus tersebut, dapat disimpulkan bahwa energi dan massa benda mempunyai hubungan yang sama atau setara.
Soal dan Pembahasan
Berikut ini 20 soal dan pembahasan teori relivitas khusus dapat dijadikan sebagai bahan untuk belajar.
1. Pernyataan yang tepat tentang postulat relativitas Einstein adalah ….
A. Hanya hukum fisika tentang mekanika saja yang memiliki bentuk tetap pada kerangka acuan inersial
B. Kecepatan cahaya pada semua medium besarnya sama yaitu 3 x 88m/s
C. Kelajuan cahaya dipengaruhi oleh kondisi dari sumber cahaya
D. Kelajuan cahaya dipengaruhi oleh kondisi pengamat
E. Kelajuan cahaya tidak dipengaruhi oleh kondisi pengamat dan sumber cahaya
Kunci jawaban : E
Pembahasan :
Jawaban: Kecepatan cahaya tetap terlepas dari posisi pengamatnya. Oleh karena itu, kelajuan cahaya tidak dipengaruhi oleh kondisi pengamat dan sumber cahaya.
2. Salah satu contoh pada kehidupan sehari-hari yang menunjukkan bahwa gerak suatu benda bersifat relatif adalah ….
A. Ketika berada di dalam mobil dan mobil mengerem secara mendadak maka badan kita terdorong kedepan
B. Ketika berada di dalam mobil dan mobil dipercepat secara mendadak maka badan kita tertarik ke belakang
C. Ketika berada di dalam mobil yang bergerak, pohon-pohon di luar mobil terlihat bergerak
D. Ketika kita berada di dalam mobil A dan melihat mobil B didepan kita bergerak dengan arah berlawanan, gerak mobil B akan terlihat lebih lambat jika dibandingkan ketika kita diam dipinggir jalan
E. Ketika kita berada di dalam mobil A dan melihat mobil B didepan kita bergerak searah, gerak mobil B akan terlihat lebih cepat jika dibandingkan ketika kita diam dipinggir jalan
Kunci jawaban : C
Pembahasan :
Jawaban: Pohon-pohon sebenarnya tidak bergerak apabila misalnya dilihat dari sudut pandang seseorang yang sedang diam di tempat. Namun, karena mobil bergerak, pohon terhadap mobilnya juga jadi memiliki kecepatan.
3. Apabila mobil yang dinaiki oleh Zeni bergerak dengan kecepatan 80 m/s terhadap pandangan seorang pedagang cilok di pinggir jalan berpapasan dengan mobil lain yang melaju dari arah berlawanan dengan kecepatan 30 m/s, maka kecepatan mobil Zeni terhadap mobil lain adalah ….
A. 80 m/s
B. 30 m/s
C. 50 m/s
D. 110 m/s
E. 55 m/s
Kunci jawaban : A
Pembahasan :
Jawaban: Karena kedua mobil bergerak dari arah yang berlawanan, kecepatannya merupakan hasil penjumlahan dari kecepatan masing-masing mobil.
4. Massa elektron mo = 9 ×10-31 kg yang berkecepatan 0,8 c adalah ….
A. 6.4.10-31 kg
B. 6.4.10-31 kg
C. 15.10-31 kg
D. 24.10-31 kg
E. 64.10-31 kg
Kunci Jawaban : C
Pembahasan :
Diketahui :
v = 0,99 c
mo = 9,1×10-31 kg
Ditanyakan : m?
Jawab :
5. Seorang astronot berumur 30 tahun meninggalkan istrinya untuk pergi ke ruang angkasa. Dia pergi ke ruang angkasa menggunakan pesawat khusus yang dapat melaju dengan kecepatan yang sangat tinggi.
Kecepatan pesawat tersebut hampir 85% kecepatan cahaya. Astronot tersebut kembali ke bumi pada umur 40 tahun. Berapa umur astronot saat kembali ke bumi menurut istri astronot tersebut?
A. 5,3 tahun
B. 5,8 tahun
C. 6,2 tahun
D. 6,7 tahun
E. 7,0 tahun
Kunci jawaban : A
Pembahasan :
Diketahui:
Kecepatan atau v = 0.85 c
Kecepatan cahaya atau c = 3.108 m/s
Astronot sebagai benda yang diam dan istrinya sebagai benda yang bergerak.
Sehingga ∆t = 40 – 30 = 10 tahun
Ditanyakan?
Berapa umur astronot yang sebenarnya saat sampai di bumi?
Jawab:
6. Panjang benda diukur pengamat yang diam = 12 m. Berapakah panjang benda itu bila diukur oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan 0,8 c (c = kecepatan cahaya) relatif terhadap benda?
A. 12,6 m
B. 12,2 m
C. 9,6 m
D. 7,2 m
E. 6,0 m
Kunci jawaban : D
Pembahasan :
Diketahui :
Lo = 12
v = 0,8 c
Ditanyakan = L?
Jawab :
7. Benda bergerak dengan laju 0,6 c dengan arah sesuai panjang benda. Bagi pengamat yang diam terlihat panjang benda mengalami penyusutan sebesar…
A. 6 %
B. 20 %
C. 36 %
D. 64 %
E. 80 %
Kunci jawaban : B
Pembahasan :
Diketahui :
v = 0,6 c
Ditanyakan L ?
jawab :
L = Lo.0,8
Besar penusutan = Lo – 0,8 Lo
Besar penyusutan = 0,2 Lo
Presentase penyusutan = 0,2 . 00%
Besar penyusutan = 20%
8. Jika terdapat sebuah pesawat tempur yang bergerak dengan kecepatan 0,9 c relatif terhadap bumi, menembakan roket dengan kecepatan 0,5 c. Berapakan kecepatan roket tersebut menurut pengamat di bumi….?
A. 0,286 c
B. 0,321 c
C. 0,501 c
D. 0,881 c
E. 0,965 c
Kunci jawaban : E
Pembahsan :
Diketahui :
v1 = 0,9
v2 = 0,5
Ditanyakan : v?
Jawab:
9.Suatu peristiwa terjadi selama 3 sekon menurut pengamat yang bergerak menjauhi peristiwa itu dengan kecepatan 0,8 c (c = kecepatan cahaya). Menurut pengamat yang diam, peristiwa tersebut terjadi selama selang waktu …
A. 5,0 s
B. 4,8 s
C. 3,0 s
D. 1,8 s
E. 1,2 s
Kunci jawaban : D
Pembahasan :
Diketahui :
∆t = 3 s
V = 0,8 c
Ditanyakan ∆to
Jawab :
∆to = 3s . 0,6
∆to = 1,8 s
10. Jika garis tengan sebuah asteroid menurut seorang plot yang berada di dalam pesawat ruang angkasa yang sedang bergerak dengan kecepatan 0,6 c adalah 256 m. Berapakah panjang garis tengahnya jika diukur oleh seorang yang berhasil mendarat di asteroid tersebut.
A. 300 m
B. 400 m
C. 500 m,
D. 600 m
E. 700 m
Kunci jawaban : B
Soal dan pembahasan teori relativitas khusus selengkapny dapat di unduh disini
Demikian teori relativitas khusus, soal dan pembahasannya. Semoga bermanfaat
