Rumus Relativitas – Albert Einstein adalah seorang ilmuwan fisika ternama asal Jerman dan salah satu penemuannya yang paling terkenal dan signifikan bagi ilmu Fisika ialah rumus “E=mc2” atau rumus relativitas Einstein.
Penemuan rumus E=mc2 mengharumkan nama Einstein sebagai salah satu figur signifikan dalam peradaban modern manusia.
E=mc2 adalah salah satu rumus yang paling populer diketahui publik dan dalam dunia fisika, rumus ini juga memiliki nama lain yaitu rumus kesetaraan massa dan energi.
Melalui rumus ini, Einstein menjelaskan bahwa keduanya adalah entitas fisika yang bisa diubah menjadi satu sama lain.
rumus kesetaraan massa dan energi berbunyi:
E=mc2
E = energi
m = massa
c = kecepatan cahaya (m.s-1)
Rumus E=mc2 adalah rumus yang menjelaskan bahwa terdapat persamaan nilai antara energi (E) dan massa (m) yang disetarakan melalui konstanta kuadrat laju cahaya dalam ruang hampa (c2 ).
Pada rumus ini, digambarkan bahwa nilai energi (E) sama atau setara dengan nilai massa dikali kecepatan cahaya yang dikuadratkan.
Untuk mengkonversi massa menjadi energi murni, ia harus dikalikan dengan kecepatan cahaya yang dikuadratkan, karena nilai konversi energi dari suatu massa bergerak dalam kecepatan cahaya.
Kuadrat pada kecepatan cahaya menjadi faktor konversi yang memutuskan banyaknya jumlah energi pada suatu massa.
Rumus relativitas Einstein ini menunjukkan bahwa baik energi maupun massa memiliki nilai yang setara dan dapat diubah menjadi satu sama lain. Rumus ini membicarakan energi kinetik relativistik, yakni energi yang dimiliki suatu benda karena bergerak dalam kecepatan cahaya.
Ini karena sebelum penemuan rumus tersebut, para ilmuwan Fisika memandang massa dan energi sebagai dua entitas yang distingtif dan terpisah. Sementara, menurut Einstein, pada rest frame atau posisi diam suatu benda, perbedaan massa dan energi hanya terletak pada konstanta dan satuannya.
Rumus E=mc2 adalah rumus yang dianggap sebagai energi total benda. Bila dijelaskan lebih lanjut, rumus ini turut menunjukkan adanya keterkaitan antara nilai Energi diam, Energi total, dan massa.
E0 = Energi diam
E = Energi total
Maka, energi kinetik relativistik partikel massa yang bergerak dengan kecepatan cahaya setara dengan selisih antara energi total dan energi diam. Persamaannya adalah:
Rumus Relativitas Waktu
Rumus relativitas waktu adalah konsep dalam fisika yang pertama kali diusulkan oleh Albert Einstein pada tahun 1905 dalam teorinya yang dikenal sebagai Teori Relativitas Khusus. Konsep ini menjelaskan bahwa waktu dapat berbeda-beda tergantung pada kecepatan relatif antara dua benda dan medan gravitasi di sekitarnya.
Secara sederhana, rumus relativitas waktu bekerja dengan menghitung perbedaan waktu antara dua benda yang bergerak relatif satu sama lain. Rumus ini dikenal sebagai persamaan waktu Lorentz dan dinyatakan sebagai:
Δt = Δt0 / √(1 – v2/c2)
Di mana Δt adalah perbedaan waktu yang diukur oleh dua benda yang bergerak relatif satu sama lain, Δt0 adalah waktu yang diukur oleh benda yang diam relatif terhadap benda lainnya, v adalah kecepatan relatif antara dua benda, dan c adalah kecepatan cahaya.
Untuk lebih memahami cara kerja rumus relativitas waktu, mari kita lihat contoh sederhana. Misalnya ada dua orang, A dan B, yang bergerak dengan kecepatan relatif 0,8c (80% kecepatan cahaya) satu sama lain.
Orang A memiliki jam tangan di pergelangan tangannya yang menunjukkan pukul 12 siang, sedangkan orang B juga memiliki jam tangan yang menunjukkan pukul 12 siang.
Menurut persamaan waktu Lorentz, perbedaan waktu antara kedua orang tersebut adalah:
Δt = Δt0 / √(1 – v2/c2)
Δt = 12 jam / √(1 – 0,82/12)
Δt = 12 jam / √(1 – 0,64)
Δt = 12 jam / 0,8
Δt = 15 jam
Dari hasil perhitungan di atas, kita dapat melihat bahwa waktu menunjukkan pukul 12 siang menurut orang A, namun waktu menunjukkan pukul 3 pagi menurut orang B. Ini menunjukkan bahwa waktu tidak sama untuk semua orang dan dapat berbeda tergantung pada kecepatan relatif antara dua benda.
Rumus relativitas waktu memiliki banyak keuntungan dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contohnya adalah dalam navigasi GPS. GPS mengandalkan satelit yang mengorbit di atas bumi dan menerima sinyal dari stasiun pengontrol di bumi untuk menentukan posisi pengguna.
Karena satelit berada di medan gravitasi yang berbeda-beda, waktu pada satelit akan berbeda dengan waktu di stasiun pengontrol. Oleh karena itu, rumus relativitas waktu digunakan untuk mengkompensasi perbedaan waktu ini dan memastikan bahwa GPS memberikan informasi posisi yang akurat.
Rumus Relativitas Khusus
Teori relativitas khusus didasarkan pada dua postulat Einstein, yaitu sebagai berikut.
-
- Hukum fisika dapat dinyatakan dalam bentuk matematis yang sama, meskipun diamati dari kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap terhadap kerangka acuan yang lain.
- Kelajuan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan untuk semua pengamat, tidak bergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat.
- Relativitas Kecepatan
Tidak ada kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya. Rumus penjumlahan kecepatan relativitas ialah sebagai berikut.
- Relativitas Panjang
Menurut teori ini, jika benda bergerak mendekati kecepatan cahaya, maka panjang benda seolah-olah tampak memendek (kontraksi panjang). Apabila diukur oleh pengamat yang diam terhadap benda tersebut, relativitas panjang bisa dirumuskan sebagai berikut.
- Relativitas Massa
Jadi, kalau kata Einstein, nih, massa benda yang bergerak (m) akan lebih besar daripada massa benda tersebut saat diam (mo). Rumusnya adalah sebagai berikut.
- Relativitas Waktu (Dilatasi Waktu)
Merupakan waktu yang diukur oleh sebuah jam yang bergerak terhadap kejadian lebih besar daripada jam yang diam terhadap kejadian. Relativitas waktu bisa dirumuskan sebagai berikut.
- Kesetaraan Massa dan Energi
Menurut Einstein, jika terjadi penyusutan massa, maka akan timbul energi. Hal ini menunjukkan adanya kesetaraan massa dan energi. Benda yang diam maupun bergerak memiliki energi.
Energi saat benda diam dan saat bergerak atau energi total dapat dirumuskan sebagai berikut.
Sementara itu, hubungan antara energi total, energi diam, dan energi kinetik adalah sebagai berikut.
- Momentum Relativistik
Tiap benda yang bergerak dengan kecepatan v, memiliki momentum linier yang berbanding lurus dengan massa dan kecepatannya. Momentum suatu benda bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya c, akan mengalami perubahan dalam momentum tersebut karena mengalami gejala relativitas. Berikut rumusnya, Quipperian.
Demikianlah pembahasan mengenai rumus relativitas. Semoga bisa menambah pemahaman kita semua tentang materi ini, terima kasih.
