bab 9 kls xii
Post on 29-Jul-2015
300 Views
Preview:
TRANSCRIPT
Teori Relativitas Khusus 229229
memformulasikan teori relativitas khusus untuk waktu, panjang, dan massa, sertakesetaraan massa dengan energi yang diterapkan dalam teknologi
Setelah mempelajari bab ini, Anda harus mampu:
menganalisis berbagai besaran fisis pada gejala kuantum dan batas-batasberlakunya relativitas Einstein dalam paradigma Fisika Modern.
Hasil yang harus Anda capai:
Teori Relativitas Khusus
A. Semua GerakBersifat Relatif
B. Teori RelativitasEinstein
Pesawat ruang angkasa Starship Enterprise dalam serial televisi Star Trekseringkali berjalan dengan kecepatan cahaya.
Bab
9Sumber: Jendela IPTEK, Energi
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII230
Gambar 9.1Menurut pengamat di luar keretaapi, penumpang sedang bergerak
dengan kecepatan yang samadengan kecepatan kereta api.
A. Semua Gerak Bersifat Relatif
1. Transformasi Galileo
YS'
O' X' = X
V t
Z
Y'Sx
P
O
Z'
x
Y'
S'
Z
O' t = 0X
v
Z
Y
S
XO t = 0
Tes Kompetensi Awal
Gambar 9.2(a) Kerangka acuan S dalam
keadaan diam;(b) Kerangka acuan S' dalam
kecepatan konstan v;(c) Setelah selang waktu t, berada
jauh vt dari titik koordinat S'.
Teori Relativitas Khusus 231
Tantanganuntuk Anda
Berilah contoh ilustrasi transformasiGalileo yang ada di sekitar Anda.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII232
Contoh 9.1
2. Percobaan Michelson–Morley
Gambar 9.3Gerak perahu bolak-balik yang
tegak lurus aliran sungai.
Gambar 9.4Diagram arah kecepatan perahu
dan aliran sungai.
Nv
c
M
N
v
aliran sungai
c
M
2 2’v c v
Teori Relativitas Khusus 233
v
c + v
c – v
M O
aliran sungai
Gambar 9.5Gerak perahu yang searah danberlawanan dengan aliran sungai.
v’ c v2 2
a2 – b2 = (a + b)(a – b)
Ingatlah
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII234
Tantanganuntuk Anda
Agar Anda lebih memahami tentangderet binomial. Kerjakan contoh-contoh berikut.1. (1 – x2)3
2. (1 + 2x)3
Gambar 9.6Skema percobaan Michelson-
Morley.
cermin 2
cermin 1
perjalanan A
aliran eter
layarpengamat
kacasetengah
cermin
sinardatang
Teori Relativitas Khusus 235
B. Teori Relativitas Einstein
Tes Kompetensi Subbab A
Kata Kunci• transformasi Galileo• kerangka acuan• eter• kecepatan cahaya
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII236
Gambar 9.7Dua kerangka acuan S dan S',
dengan S' memiliki kecepatan(v) relatif terhadap S.
1. Transformasi Lorentz
z'z
P
X
vt
X'
y'y
v
x = x'
S S'
Teori Relativitas Khusus 237
Tokoh
H.A. Lorentz(1853–1928)
Hendrik Antoon Lorentz (1853–1928) adalah seorang fisikawanBelanda yang kali pertama me-ngemukakan tentang pemantulandan pembiasan cahaya, ditinjau dariteori bahwa cahaya termasukgelombang elektromagnetik. Teoriini dikembangkan oleh James ClerkMaxwell yang menyatakan bahwacahaya terdiri atas gelombang listrikdan gelombang magnetik dengansudut yang berbeda. Lorentz jugamemprediksi keberadaan elektron.Beliau menerima hadiah Nobeltahun 1902 dalam bidang fisika ataspenelitiannya mengenai medanmagnet. Dalam bab teori relativitas,Lorentz berjasa dalam teorinyamengenai "Transformasi Lorentz".
Sumber: Science Encyclopedia, 1998
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII238
2. Transformasi Kecepatan dari Lorentz
Tantanganuntuk Anda
Dengan cara yang sama seperti padaPersamaan (9–21), turunkanpersamaan transformasi kecepatanrelativistik sehingga didapatkanhasil seperti Persamaan (9–22).
Teori Relativitas Khusus 239
Tantanganuntuk Anda
Dengan menggunakan transformasiLorentz, buktikan bahwa kecepatancahaya untuk pengamat yang diamdan pengamat yang bergerakdengan kecepatan v adalah sama.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII240
Gambar 9.8Sebuah meteran yang bergerak
sebesar 87% dari kecepatancahaya, panjangnya hanya terlihatsetengahnya oleh pengamat yang
diam.
3. Akibat Prinsip Relativitas Khususa. Kontraksi Lorentz
Contoh 9.2
Teori Relativitas Khusus 241
Gambar 9.9Semakin besar kecepatan bola,ukuran bola akan semakinmengecil.
v = 0 v = 0,995 c
v = 0,999 cv = 0,87 c
v = c
Tantanganuntuk Anda
Perhatikan kembali Persamaan(9–26) dan Persamaan (9–29).Diskusikan dengan teman sekelasAnda tentang pengertian fisispersamaan-persamaan tersebut.Kemudian, carilah analogi tentangkejadian pada persamaan tersebutdalam kehidupan sehari-hari.
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII242
Gambar 9.10(a) Sebuah bangunan yang dilihat
oleh pengamat yang diam;(b) Bangunan yang dilihat oleh
pengamat yang bergeraksangat cepat;
(c) Diagram yang memperlihatkanbagaimana bagian sisi dinding
dapat terlihat.
b. Dilatasi Waktu
Contoh 9.3
Contoh 9.4
AB
C
CC’ D
v
BB’ A
O
Teori Relativitas Khusus 243
t t
Gambar 9.11(a) Kelip cahaya pulang balikdipancarkan di O dipandang olehpengamat di S'; (b) Kelip cahaya diS' dipandang dari S.
cermin
cermin
Dt0
D tv Dt
c
d
d
waktu
waktu
waktu 1 waktu 2
pengamat
O O'
O = O'
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII244
5. Momentum dan Massa Relativistik
Contoh 9.5
Mari Mencari Tahu
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII246
6. Kesetaraan Massa dan Energi
Tantanganuntuk Anda
Dapatkah Anda menduga, apakahada partikel yang bergerak dengankecepatan 0,95 c dan memilikienergi sebesar E tetapi tidakmemiliki massa?
Teori Relativitas Khusus 247
Contoh 9.7
Perumusan integral parsial adalah:
x dy xy y dx
Ingatlah
Pembahasan Soal
Agar energi kinetik bendabernilai 25% dari energi diamnyadan c adalah kelajuan cahayaruang hampa, benda harusbergerak dengan kelajuan ....
a. 4c d. 3
4c
b. 2c e.
45c
c.35c
UMPTN 1998Pembahasan:Energi kinetik relativitas adalah
Ek = m
0c2 2
2
1 11 v
c
Dengan menggunakan Ek =
14 m
0c2 = m
0c2 2
2
1 11 v
c
Jadi,
2
2
1 11 v
c
= 14
; atau
2
2
1
1 vc
= 54
2
21 vc
= 1625 v2 =
925 c2
v = 35 c
Jawaban: c
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII248
m01
m02
v2
v1m
0
Gambar 9.12(a) Sebuah benda yang memiliki
massa diam m0;(b) Benda tersebut pecah menjadi
dua bagian.
7. Hukum Kekekalan Energi dan Momentum Relativistik
Teori Relativitas Khusus 249
c
8. Aplikasi Kesetaraan Massa dan Energi pada Reaksi Fisi danFusi Nuklir
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII250
Gambar 9.13Tumbukan foton dan elektron
(a) sebelum tumbukan;(b) sesudah tumbukan.
foton dengan , p
', p'foton terhambur
elektron
pe
v
Menurut Planck, energi pada fotonadalah E = hf. Jadi, hf = pc
P = hfc =
h
Ingatlah
9. Penerapan Prinsip Relativitas dalam Efek Comptonelektron diam
Mudah dan Aktif Belajar Fisika untuk Kelas XII252
Tes Kompetensi Subbab B
Kata Kunci• relativitas khusus• transformasi Lorentz• kontraksi Lorentz• dilatasi Lorentz• dilatasi waktu• momentum relativitas• massa diam• kesetaraan massa dan energi• reaksi fusi• reaksi fisi
Rangkuman
Teori Relativitas Khusus 253
Peta Konsep
Setelah mempelajari bab ini, tentu Anda telahmemahami bahwa gerak bersifat relatif. Anda juga tentutelah memahami teori relativitas Einstein dan pengaruh-nya terhadap besaran panjang, waktu, kecepatan danmassa benda. Dari keseluruhan materi yang ada padabab ini, bagian manakah yang menurut Anda sulit
Refleksi
dipahami? Coba Anda diskusikan bersama teman atauguru Fisika Anda.
Selain Anda mengetahui teori relativitas khusus,coba Anda cari manfaat lain mempelajari materi bab ini.Kemudian, diskusikan hasilnya bersama teman Anda.
top related