Hai, Sobat Zenius! Sebagian besar dari elo tentu sudah sering dengar rumus relativitas Einstein E=mc² kan? Kali ini, gue akan ngebahas lebih jauh tentang rumus populer ini beserta contoh soalnya.

Tapi sebelumnya, gue mau cerita dulu tentang sosok jenius di balik penemu rumus ini yang tidak lain adalah Albert Einstein.

Albert Einstein ini 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. Maksudnya gimana, tuh?

Nah, pada artikel ini, gue akan membahas lebih dalam mengenai sejarah, pengertian hingga contoh soal kesetaraan massa dan energi. Jadi, baca sampai selesai ya Sobat!

Sejarah Penemuan Rumus Kesetaraan Energi dan Massa

Kalau ditarik ke belakang, cikal-bakal penemuan rumus relativitas Einstein bermula pada tahun 1805 saat Einstein masih berumur 16 tahun.

Einstein memiliki riddle atau teka-teki yang ia ciptakan sendiri, yang berbunyi: “Jika Einstein bisa terbang bersama cahaya dengan kecepatan yang sama, apakah gelombang cahaya akan terlihat ‘beku’ atau tidak bergerak baginya?”

Teka-teki ini kerap mengusik pikiran Einstein dan mendorongnya untuk mempelajari konsep kecepatan cahaya, gerak, serta energi lebih dalam.

Eksperimen Einstein menghasilkan jawaban pertama pada sebagian teka-tekinya: “Tidak ada manusia yang bisa bergerak secepat cahaya, karena hal tersebut tidak masuk akal baik secara matematis maupun fisikal.”

Merespons hal tersebut, muncul pertanyaan baru dalam benak Einstein, yakni “Bagaimana jika seseorang atau suatu benda bergerak dalam kecepatan tinggi yang mendekati kecepatan cahaya?”

Pertanyaan ini memunculkan permasalahan baru, yakni fakta bahwa kecepatan selalu diukur secara relatif terhadap sesuatu. Permasalahan muncul dalam mengukur kecepatan relatif cahaya dalam ruang hampa.

Einstein menjawab permasalahan tersebut dengan hipotesis bahwa kecepatan cahaya harus diukur secara independen dari kecepatan peneliti sekaligus kecepatan dari sumber cahaya.

Artinya, setiap individu di alam semesta, tanpa mengindahkan kecepatan mereka, akan mengukur kecepatan cahaya dengan nilai yang konstan.

Berdasarkan pada logika ini, Einstein merumuskan hipotesis bahwa kecepatan cahaya (c) merambat melalui ruang hampa dengan kecepatan konstan bernilai 3 x 10⁸ m/s dan tidak bergantung pada kecepatan pengamat ataupun sumber cahaya.

Kesimpulan ini dikenal juga sebagai salah satu pasal teori relativitas Einstein.

Berbeda dengan Newton yang menyatakan bahwa ruang dan waktu bersifat mutlak, Einstein justru berkesimpulan bahwa kecepatan cahayalah yang besarannya bersifat mutlak dalam ruang hampa.

Kesimpulan Einstein lainnya ialah massa sebuah benda merupakan ukuran dari kandungan energi benda tersebut. Kedua kesimpulan ini menyimpulkan bahwa energi yang ada dalam sistem tertutup bernilai setara dengan massa suatu benda.

Kesimpulan ini kemudian dimuat Einstein dalam bentuk rumus E=mc²pada salah satu publikasi berjudul ‘Does Inertia of a Body Depend Upon its Energy Content?‘ pada September 1905 serta publikasi lanjutan berjudul ‘Special Theory of Relativity‘ pada Juni 1905.

Kedua publikasi tersebut, diiringi beberapa tulisan lainnya, mempengaruhi dinamika fisika modern hingga saat ini, sehingga tahun 1905 juga sering dikenal sebagai Miracle Year atau Tahun Keajaiban Einstein.

Oh iya, selain Einstein, di dunia juga banyak tokoh-tokoh Fisika jenius yang berhasil menemukan rumus-rumus yang akhirnya membantu peradaban manusia menjadi lebih maju.

Berbagai macam rumus Fisika tersebut juga akan elo pelajari di sekolah. Dan supaya makin paham rumus Fisika lainnya, elo bisa banget belajar melalui rangkuman, contoh soal dan pembahasan lengkap yang udah Zenius siapin.

Caranya mudah, cukup klik banner di bawah ini terus pilih elo mau belajar materi dan rumus yang mana.

Download Aplikasi Zenius

Tingkatin hasil belajar lewat kumpulan video materi dan ribuan contoh soal di Zenius. Maksimaln persiapanmu sekarang juga!

Pembahasan Rumus Relativitas Einstein

Kalau tadi gue sudah bahas tentang sejarah penemuan rumus relativitas Einstein atau rumus kesetaraan energi dan massa, sekarang gue bakal jelasin lebih lanjut soal pengertian dari rumus ini.

Seperti yang sudah elo ketahui, 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. Perlu elo ingat bahwa 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.

\begin{aligned}E_0 &= m_0c^2 \\ E &= \gamma E_0 = \gamma m_0 c^2 = mc^2 \end{aligned}

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:

EK &= E-E_0 = (\gamma-1)E_0 = (\gamma-1)m_0c^2

Contoh Soal Contoh Soal Relativitas Einstein (Kesetaraan Massa dan Energi)

Kurang afdol rasanya kalo belajar Fisika, contohnya tentang materi rumus Relativitas Einstein tapi gak pake contoh soalnya.

Nah, supaya elo makin paham penerapan rumus di soal, gue udah nyiapin satu contoh soal kesetaraan massa dan energi, lengkap dengan pembahasannya di bawah ini:

Pertanyaan:

Berapa energi diam suatu elektron e, di mana massa e = 9,1 x 10^-31?

Untuk membahas soal di atas, elo hanya perlu mengalikan jumlah massa e ( 9,1 x 10^-31) dengan nilai kecepatan cahaya atau c.

Ingat ga, berapa nilai kecepatan cahaya? Yak, nilainya adalah 3 x 10⁸ m/s, sesuai dengan teori relativitas Einstein yang udah gue jelasin di bagian sejarah rumus. Maka, penyelesaian soal di atas adalah:

E₀ = m₀. c² = 9,1 x 10^-31 x ( 3 x 10⁸ ) ² = 81,9 x 10^-14 Joule

Tapi jangan lupa, elo tetap harus mengubah hasil di atas menjadi satuan volt, karena umumnya energi elektron dinyatakan dalam satuan elektron volt (ev) di mana 1 ev = 1,6 x 10^-19. Maka, penyelesaiannya adalah:

Maka, energi diam elektron e adalah 0,511 MeV.

Nah, itu dia pembahasan mengenai rumus relativitas Einstein (rumus E=mc²) atau yang memiliki nama lain rumus kesetaraan energi dan massa!

Kalau elo mau tau contoh soal lain atau pembahasan yang lebih lengkap, elo bisa tonton pembahasan lebih lanjut di video yang bisa elo temukan di aplikasi Zenius ya. Caranya tinggal klik banner di bawah ini: