RELATIVITAS KHUSUS

  Guru Mata Pelajaran : Roudatul Jannah, SP

 Mata Pelajarn            : Fisika

 Kelas                         : XII IPA 6 jam 7 dan 8 sesi I jam 10.00 - 10.45 dan sesi II jam 14.00 - 14.30

 Kompetensi Dasar     : KD 3.7 Menjelaskan fenomena perubahan panjang, waktu, dan massa dikaitkan dengan kerangka acuan dan kesetaraan massa dengan energi dalam teori relativitas khusus

KD 4.7 Mempresentasikan konsep relativitas tentang panjang, waktu, massa, dan kesetaraan massa dengan energi

Tujuan Pembelajaran  :  Setelah mengikuti proses pembelajaran, peserta didik diharapkan dapat  Mengidentifikasi data tentang teori relativitas khusus melalui berbagai sumber belajar, menganalisis perbedaan antara fenomena yang terjadi pada benda yang bergerak relatif terhadap pengamat diam dan pengamat bergerak, menganalisis besaran panjang, waktu, massa, dan energi dikaitkan dengan teori relativitas khusus, menjelaskan tentang besaran panjang, waktu, massa, dan energi dikaitkan dengan teori relativitas khusus dalam bentuk peta konsep, mempresentasikan konsep relativitas tentang panjang, waktu, massa, dan kesetaraan massa dengan energy

A. Teori Relativitas Khusus

Teori relativitas khusus didasarkan pada dua postulat Einstein, yaitu sebagai berikut:

1. Hukum fisika dapat dinyatakan dalam bentuk matematis yang sama, meskipun diamati dari kerangka acuan yang bergerak dengan kecepatan tetap terhadap kerangka acuan yang lain.
2. Kelajuan cahaya dalam ruang hampa adalah konstan untuk semua pengamat, tidak bergantung pada gerak sumber cahaya maupun pengamat.

1. Relativitas Kecepatan

Tidak ada kecepatan yang melebihi kecepatan cahaya. Rumus penjumlahan kecepatan relativitas ialah sebagai berikut.

2. 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:

3. 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:

4. 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:

5. 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.

6. 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.

B. Fenomena Kuantum

Quipperian, beberapa tokoh fenomena kuantum di alam adalah Arthur Compton, C. V. Raman, dan Pieter Zeeman. Masing-masing tokoh ini punya nama efek kuantum dari namanya sendiri.

1. Teori Max Planck

Teori kuantum dikemukakan oleh Plank terkait dengan cahaya. Cahaya merupakan gelombang elektromagnetik berupa paket-paket energi yang terkuantisasi (diskrit) yang tak bermuatan dan disebut dengan “foton”. Energi satu foton dirumuskan sebagai berikut.

Energi n foton dirumuskan sebagai berikut.

2. Efek Fotolistrik

Nah, kalau efek fotolistrik ialah gejala terlepasnya elektron dari permukaan logam saat dijatuhi gelombang elektromagnetik. Menurut Einstein, elektron-elektron pada permukaan gelombang menyerap energi gelombang elektromagnetik yang memiliki energi ikat sebesar hfo dan elektron yang keluar berenergi Ek= 12mv2 . Syarat elektron keluar dari permukaan logam adalah sebagai berikut.

Sementara energi kinetik elektron dan potensial henti dirumuskan sebagai berikut.

3. Efek Compton

Quipperian, pada percobaan penembakan elektron yang diam oleh foton, ternyata elektron tersebut terpental. Fotonnya terhambur dengan energi lebih kecil karena panjang gelombangnya lebih besar daripada foton yang datang. Pergeseran panjang gelombang foton dirumuskan sebagai berikut.  

4. Difraksi Elektron

Menurut teori fisika klasik, elektron punya perilaku seperti partikel. Elektron hanya berpindah pada garis lurus dan tidak membelok, kecuali terdapat faktor luar seperti medan magnet.

Hasil eksperimen Davisson-Germer menunjukkan bahwa elektron memiliki sifat gelombang. Elektron akan terdifraksi melalui celah sangat sempit dan saling berinteraksi seperti gelombang. Hal ini bersesuaian dengan hipotesis de Broglie, di mana elektron memiliki dualisme sifat gelombang-partikel.

5. Radiasi Benda Hitam

Ayo, siapa yang belum tahu tentang benda hitam? Benda hitam adalah benda yang akan menyerap seluruh radiasi yang mengenainya atau benda yang tidak memantulkan cahaya yang mengenainya. Radiasi yang dipancarkan benda hitam disebut dengan radiasi benda hitam.

Berdasarkan Hukum Stefan-Boltzmann, “Jumlah energi yang dipancarkan benda hitam per satuan luas permukaan per satuan waktu akan berbanding lurus dengan pangkat empat temperatur termodinamikanya”. Rumusnya dapat dinyatakan sebagai berikut.

6. Hukum Pergeseran Wien

Hukum pergeseran Wien menjelaskan bahwa spektrum radiasi benda hitam pada suhu berapa pun berkorelasi dengan spektrum pada suhu lainnya. Dengan kata lain, jika bentuk spektrum pada suatu suhu diketahui, bentuk spektrum pada suhu lainnya dapat ditentukan. Menurut Wien, “Panjang gelombang untuk intensitas cahaya maksimum berkurang dengan meningkatnya suhu”. Berikut rumusnya.

7. Panjang Gelombang de Broglie

Pada tahun 1924, seorang fisikawan asal Prancis, Louis de Broglie menyatakan hipotesisnya tentang dualisme gelombang-partikel. Menurut de Broglie, semua partikel juga memiliki sifat seperti gelombang. Panjang gelombang de Broglie untuk partikel dirumuskan sebagai berikut.