Teori relativitas khusus

Teori ini menjelaskan bahwa benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya(c) akan mengalami perubahan relatif terhadap pengamat diam. Perubahan-perubahan tersebut meliputi panjang, massa, energi kinetik benda yang bergerak serta waktu yang dialami oleh benda yang bergerak relatif terhadap pengamat diam. Perubahan tersebut disebut juga sebagai dilatasi.

- Dilatasi panjang
Benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati c akan mengalami perpendekan jika dilihat oleh pengamat diam.

L = panjang benda yang bergerak menurut pengamat diam
Lo = panjang benda sesungguhnya
Ada besaran yang gunanya untuk menghitung dilatasi waktu, panjang, dan massa. Karena v < c, maka nilai > 1.

- Dilatasi massa
Benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati c akan mengalami pertambahan massa, semakin cepat benda itu bergerak maka pertambahan massanya semakin besar.

m = massa benda yang bergerak menurut pengamat diam
mo = massa benda yang sesungguhnya sebelum bergerak


- Dilatasi waktu
Benda yang bergerak dengan kecepatan mendekati c akan mengalami perubahan waktu yang lebih lambat dibanding perubahan waktu yang dialami pengamat diam.

to = waktu yang dialami oleh benda bergerak relatif terhadap pengamat diam
t = waktu yang dialami oleh pengamat diam

Contoh : Seorang astronot berusia 20 tahun pergi ke planet A dengan pesawatnya yang bergerak dengan kecepatan 0,6 c pada tahun 2050. Astronot tersebut memiliki saudara kembar yang tetap tinggal di bumi. Di bumi, 5 tahun kemudian, maka kembaran astronot itu sudah berusia 25 tahun, pada saat yang sama si astronot sampai kembali ke bumi, namun astronot tersebut masih berusia 24 tahun. Waktu yang dialami oleh astronot tersebut memang benar-benar baru 4 tahun, tapi waktu yang sudah berjalan di bumi sudah 5 tahun. Seandainya astronot membawa handphone yang memiliki kalender saat pergi ke planet A, maka ketika astronot kembali ke bumi akan terlihat bahwa kalender pada handphonenya menunjukkan saat itu tahun 2054, namun kalender yang di bumi sudah menunjukkan tahun 2055.


- Energi kinetik relativistik
Seiring dengan terjadinya dilatasi massa yaitu massa benda tersebut bertambah, tentunya energi kinetiknya juga akan bertambah. Energi kinetik yang akan digunakan dalam kasus ini bukan E=(1/2)mv² , melainkan E=mc².
Pertambahan energi kinetik benda dirumuskan seperti di bawah ini :

Catatan : Jika mau menghitung kecepatan relatif benda yang bergerak terhadap benda lain, dapat menggunakan rumus 

 Dengan va adalah kecepatan benda a. vb adalah kecepatan benda b. O adalah pengamat diam.
vab = kecepatan a relatif terhadap b
vao = kecepatan a relatif terhadap pengamat diam
vob = kecepatan o relatif terhadap b
c = kecepatan cahaya

Contoh soal :
1. Sebuah roket dengan panjang 100 m bergerak dengan kecepatan 0,6 c , berapakah panjang roket itu ketika bergerak jika dilihat oleh pengamat diam?
2. Seorang astronot bermassa 60 kg pergi ke planet B dengan kecepatan 0,8 c selama 5 tahun waktu di bumi, Berapakah massa astronot dalam perjalanannya serta waktu perjalanan yang dialami astronot sebelum sampai ke planet B?
.
.
.
.
.
Kunci Jawaban :
1. 80 m
2. 100 kg dan 3 tahun

Catatan : Hanya foton yang dapat bergerak dengan kecepatan cahaya, manusia tidak mungkin bergerak dengan kecepatan cahaya, karena jika manusia dapat melakukannya, maka waktu yang akan dialami oleh manusia tersebut = 0, atau waktu disekitarnya tidak bergerak. Maka tidak akan ada kehidupan yang dialami oleh si manusia. Sebenarnya manusia juga akan kesulitan/hampir tidak mungkin bergerak dengan kecepatan mendekati kecepatan cahaya. Karena G-force yang akan dialami oleh manusia akan sangat besar dan manusia tidak akan dapat bertahan dengan G-force yang dialaminya. Manusia di permukaan bumi biasa mengalami 1-G, dan umumnya dapat bertahan sampai dengan 5-G(misalnya naik pesawat terbang). Namun seorang pilot pesawat jet/tempur yang terlatih dapat bertahan hingga 9G sampai 10G. Namun ketika bergerak mendekati kecepatan cahaya, G-force yang akan dialami manusia >>10G , sehingga hampir tidak memungkinkan untuk manusia bergerak dengan kecepatan cahaya untuk bertahan hidup.

Sekian materinya, semoga dapat bermanfaat.

Hukum Newton

Adalah hukum dasar dalam mempelajari mekanika Newton.
Hukum Newton ada 3 yaitu Hukum I Newton, Hukum II Newton. Hukum III Newton.

Hukum I Newton
Menyatakan bahwa benda akan tetap diam atau bergerak dengan kecepatan konstan , artinya resultan gaya yang bekerja pada benda adalah 0 (ΣF=0).
Contoh :
- Sebuah kelereng yang berada di tanah dan tidak diberi gaya apapun, maka kelereng tersebut akan tetap diam dan tidak bergerak.
- Sebuah bola pejal yang bergerak dengan kecepatan konstan di lantai yang licin(tidak ada gesekan), maka bola tersebut akan terus bergerak dengan kecepatan konstan.

Hukum II Newton
Menyatakan bahwa resultan gaya yang bekerja pada benda tidak sama dengan 0 (ΣF≠0). Artinya ada gaya yang menyebabkan benda bergerak dipercepat (a bernilai positif) maupun diperlambat (a bernilai negatif). ΣF=m.a
Contoh :
- Sebuah balok bermassa 5 kg yang diam didorong dengan gaya 5 N maka balok tersebut akan bergerak dipercepat dengan percepatan 1m/s².
 ΣF=m.a
5N=5kg.a
1m/s²=a

Hukum III Newton
Menyatakan bahwa jika suatu benda memberikan sebuah gaya terhadap benda lain, maka benda lain tersebut akan memberikan gaya yang sama terhadap benda. Atau bisa dikatakan gaya aksi benda = gaya reaksi yang diterima benda. (ΣF aksi = ΣF reaksi).
Contoh :
-Balok A bermassa 1 kg bergerak dengan kecepatan konstan 5 m/s menuju ke arah balok B bermassa 2 kg yang diam. Setelah 1 detik bergerak, balok A sampai ke balok B dan menumbuk balok B dengan gaya 5 N (aksi). Pada saat yang sama balok B juga akan memberikan gaya yang sama yaitu 5N terhadap balok A (reaksi).
Catatan : Dalam mempelajari Hukum III Newton, maka harus mempelajari juga materi impuls dan momentum.
I=Δp=F.Δt
p=m.v

I=Impuls ...........(kg m/s)
p=momentum ...(kg m/s)
F=gaya .............(N)
t=waktu ............(s)
m=massa ..........(kg)
v=kecepatan .....(m/s²)

Contoh soal :
1. Benda A yang bermassa 10 kg didorong dengan gaya 20 N. Berapa percepatan yang dialami benda?
2. Sebuah bola bermassa 5 kg dijatuhkan dari ketinggian 5 m tanpa kecepatan awal. Dengan mengabaikan gesekan bola dengan udara, berapakah resultan gaya yang bekerja pada bola? (g=10m/s²)
.
.
.
.
.
Kunci jawaban :
1. 2m/s²
2. 50 N

Sekian materi hukum Newton , semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi pembaca sekalian.