TEORI RELATIVITAS KHUSUS

Teori gelombang Huygens telah membuat masalah yang harus memperoleh penyelesaian, yakni tentang medium yang merambatkan cahaya. Lazim disebut eter.

Pada tahun 1887 Michelson dan Morley mengadakan percobaan-percobaan yang sangat cermat, hasilnya sangat mengejutkan, karena adanya eter tidak dapat dibuktikan dengan percobaan.

Hasil percobaan Michelson dan Morley mencakup dua hal yang penting.

1. Hipotesa tentang medium eter tidak dapat diterima sebagai teori yang benar, sebab medium eter tidak lulus dari ujian pengamatan. 
2. Kecepatan cahaya adalah sama dalam segala arah, tidak bergantung kepada gerak bumi.

AZAS RELATIVITAS EINSTEIN.

Di atas telah dibahas bahwa kecepatan cahaya ke segala arah adalah sama, tidak bergantung pada gerak bumi. Tetapi bumi bukanlah satu-satunya planet yang ada dalam jagad raya ini. Kalau begitu bagaimana kecepatan cahaya itu ditinjau dari planet lain yang geraknya berbeda dengan gerakan bumi. 

Pada tahun 1905, Einstein mengusulkan bahwa kecepatan cahaya yang besarnya sama ke segala arah itu berlaku ditempat-tempat lain dalam alam semesta ini. Tegasnya kecepatan cahaya adalah sama, tidak bergantung kepada gerak sumber cahaya maupun pengamatnya. 

Teori Einstein membawa akibat-akibat yang sangat luas dirasakan agak menyimpang dari pengalaman-pengalaman yang kita peroleh sehari-hari. 

a. Relativitas penjumlahan kecepatan. 

Bila v₁ adalah laju kereta api terhadap tanah, dan v₂ adalah laju orang terhadap kereta api, maka laju orang terhadap tanah :

c adalah kecepatan cahaya

b. Dilatasi waktu (Perpanjangan waktu)

Waktu yang diamati oleh pengamat yang diam (t₀) dengan waktu yang diamati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v adalah berbeda.

Hubungannya :

dengan t9 adalah waktu yang tercatat menurut pengamatan pengamat yang bergerak dengan kecepatan v

c. Kontraksi Lorentz.

Benda yang panjangnya L, oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang benda dan dengan kecepatan v, panjangnya akan teramati sebagai L9.

d. Massa dan Energi.

Massa benda yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda, berbeda dengan massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap benda.

m9 adalah massa yang teramati oleh pengamat yang bergerak dengan kecepatan v terhadap tanah dan m₀ massa yang teramati oleh pengamat yang tidak bergerak terhadap benda.

Didalam mekanika yang disempurnakan, lazimnya disebut mekanika relativistik, energi benda yang kecepatannya v dan massanya m (dalam keadaan diam), bukan 1/2m.v², melainkan 

Besaran energi kinetik menunjukkan dua besaran, yaitu :

Einstein menginterpretasikan bahwa  sebagai energi total benda yang bermassa m dan kecepatan v, sedangkan mc² energi total ketika diam

E Total = E diam + Ek
Akibat interpretasi ini, benda yang bermassa m memiliki energi sebesar E = mc².
Dengan perkataan lain massa setara dengan energi.

LATIHAN SOAL RELATIVITAS KHUSUS

1.      Sebuah pesawat angkasa bergerak dengan kecepatan 0,5 c terhadap pengamat yang diam. Pesawat angkasa ke-dua bergerak dengan kecepatan 0,5 c relatif terhadap pesawat yang pertama. Berapa kecepatan pesawat ke-dua menurut pengamat yang diam ?

2.  Seseorang yang bergerak dengan laju 0,8 c melihat orang yang memungut sebuah jam. Menurut pengamatannya orang itu memungut jam dalam tempo 10 detik. Berapa lama waktu itu dirasakan oleh orang yang memungut jam ?

3.  A dan B berumur 25 tahun. Pada usia tersebut A berkelana dengan pesawat antariksa ke suatu planet diluar tata surya kita. A kembali ke bumi tepat ketika B berusia 35 tahun. Jika kecepatan pesawat antariksa 0,98 c, berapakah umur B menurut pengamatan A ?

4.  Sebuah benda dalam keadaan diam massanya 1 kg. Berapakah massa benda itu jika bergerak dengan kecepatan 0,4 c ?

5.    Berapa Joule dan berapa eV sesuai dengan massa :

1. 1 gram
2. 1 satuan massa atom.

6.  Benda yang panjangnya 100 m diamati oleh pengamat yang bergerak sejajar dengan panjang kawat dan dengan laju 2.10⁵ km/s. Berapakah panjang benda itu menurut pengamatan orang yang bergerak ?

7.   Seorang antariksawan dari dalam pesawatnya melihat pesawat lain bergerak dengan kecepatan 0,4 c mendekati pesawatnya. Pesawat itu dilihat dari bumi bergerak dengan kecepatan 0,5 c. Menurut Eisntein berapa kecepatan pesawat yang dinaiki antariksawan tersebut bila diamati dari bumi.

8.   Hitunglah kecepatan sebuah partikel yang mempunyai energi kinetik 5/3 energi diamnya.