Mengenal Konsep Energi Relativistik – Materi Fisika Kelas 12

Elo pasti sering mendengar nama Albert Einstein kan? Nah, salah satu teorinya adalah energi relativistik yang erat hubungannya dengan kesetaraan massa dan energi.

Halo, Sobat Zenius! Coba elo perhatikan gambar di bawah ini!

Gambar di atas merupakan PLTN (pembangkit listrik tenaga nuklir) yang merupakan salah satu hasil teknologi dengan menggunakan teori Einstein, yaitu kesetaraan massa dan energi. 

Kesetaraan Massa dan Energi

Nah, dalam teori kesetaraan massa dan energi, Einstein menyimpulkan adanya kesetaraan massa dan energi. Jadi, massa bisa diubah menjadi energi, pun sebaliknya energi bisa diubah menjadi massa. Hubungan antara massa dan energi bisa dilihat pada persamaan berikut ini.

E = mc²

Keterangan:

E: energi (Joule).

m: massa (gram).

c: kecepatan cahaya (300.000.000 m/s atau 3×10⁸ m/s).

Selain PLTN, hasil teknologi lainnya yang memanfaatkan teori kesetaraan massa dan energi yaitu fusi nuklir, bom atom, dan reaksi yang terjadi di matahari.

Baca Juga: Postulat Einstein tentang Relativitas – Materi Fisika Kelas 12

Apa Itu Energi Relativistik?

Berhubung massa itu relatif atau nggak mutlak, jadi energi juga relatif. Ketika suatu benda dalam keadaan diam, maka benda tersebut memiliki energi diam yang dirumuskan dengan perkalian massa diam dan kuadrat kelajuan cahaya.

E₀ = m₀.c²

Ketika suatu benda dalam keadaan bergerak dengan kelajuan mendekati kelajuan cahaya, maka energi total benda juga akan membesar sama halnya seperti massa bendanya. Jadi, konsepnya tetap setara ya antara energi dan massa. Nah, energi inilah yang disebut sebagai energi relativistik benda.

Baca Juga: Rumus Kesetaraan Energi dan Massa, Rumus Einstein yang Paling Mendunia

Rumus Energi Relativistik

Rumus energi relativistik, yaitu:

E = Ɣ.m₀.c²

E = Ɣ.E₀

Sedangkan, selisih antara energi relativistik dan energi diamnya merupakan energi kinetik benda.

Ek = E – E₀

Atau, kita juga bisa menghitung energi relativitas menggunakan rumus energi kinetik.

E = E₀ + Ek

Oh iya, elo jangan menyamakan rumus Ek dalam energi relativistik dengan Ek pada konsep perpindahan benda yang rumusnya Ek = ½ m.v^2. Rumus energi kinetik di sini berbeda lho, rumusnya bisa diuraikan sebagai berikut.

Ek = (Ɣ-1) E₀

Selain itu, ada juga hubungan antara energi bergerak, energi diam, dan momentum (P) dalam persamaan berikut ini.

E² = E0² + (P.c)²

Kalau elo cuma melihat uraian yang barusan gue sampaikan di atas, pasti rasanya masih kurang gereget kan? Nah, supaya makin gereget belajar energi relativistik dari Einstein ini, gue ada contoh soal dan penyelesaiannya untuk elo jadikan sebagai referensi dalam mengerjakan latihan soal yang udah gue sediakan di bawah.

Pertanyaannya gini:

Suatu partikel luar angkasa bergerak dalam ruang hampa sedemikian hingga energi totalnya sama dengan 5/3 kali energi diamnya. Ini artinya kelajuan partikel tersebut … dari kelajuan cahaya dalam ruang hampa.

Nah, yang kita cari berarti nilai v. Cara menjawabnya, kita gunakan rumus E = Ɣ.E₀.

Sehingga, v = 0,8e

Buat elo yang masih bingung, nggak usah khawatir, karena gue udah menyiapkan bahan video untuk elo tonton dengan klik banner di bawah ini!

Baca Juga: Rumus Energi Kinetik dalam Fisika

Contoh Soal dan Pembahasan Energi Kinetik Relativistik

Mudah dipahami kan materi ini? Nah, untuk menguji sejauh mana pemahaman elo mengenai materi di atas, gue ada beberapa contoh soal dan pembahasan yang bisa dijadikan sebagai referensi. Langsung siapkan alat tulisnya, yuk!

Contoh Soal 1

Sebuah roket bergerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, sehingga energi kinetiknya bernilai 25% dari energi diamnya. Kecepatan roket tersebut adalah…

a. ⅕.

b. ⅗.

c. ½.

d. ⅔.

e. ¾.

Jawab: b. ⅗.

Pembahasan: Diketahui massa diam = m0 dan massa relativistik = m. Kita gunakan rumus Ek = 25%.E₀. Sehingga, kecepatannya bisa dicari dengan cara sebagai berikut:

Ek = 25%.E₀

E – E₀ = 25%.E₀

Contoh Soal 2

Pada kasus kesetaraan energi, pernyataan yang benar di bawah ini adalah…

a. Energi berbanding terbalik dengan massa.

b. Energi sebanding dengan massa.

c. Energi berbanding terbalik dengan massa kuadrat.

d. Energi sebanding dengan massa kuadrat.

e. Energi berbanding terbalik dengan massa pangkat tiga.

Jawab: b. Energi sebanding dengan massa.

Pembahasan: Kesetaraan massa energi bisa dilihat pada persamaan E = mc². Artinya, energi sebanding dengan massa.

*****

Gimana nih, sampai sini udah paham kan tentang energi relativistik? Buat yang lebih menyukai belajar dengan nonton video, elo bisa mengakses materi ini di video belajar Zenius menggunakan akun yang sudah didaftarkan di website dan aplikasi Zenius sebelumnya, ya!

Baca Juga: Cara Mencari Nomor Atom dan Nomor Massa – Materi Fisika Kelas 12