Kesetaraan Energi dan Massa

Rumus Kesetaraan Energi dan Massa, Rumus Einstein yang Paling Mendunia

Artikel ini membahas tentang sejarah serta penerapan Rumus E=mc2 atau Rumus Kesetaraan Energi dan Massa oleh Albert Einstein.

Hai, Sobat Zenius! Gue mau cerita soal Einstein, nih! Eits, lo pernah denger nama Albert Einstein ga, sebelumnya? Albert Einstein adalah seorang ilmuwan fisika ternama asal Jerman. Salah satu penemuannya yang paling terkenal dan signifikan bagi ilmu Fisika ialah rumus “E=mc2”. Pernah dengar rumus ini sebelumnya?

Penemuan rumus E=mc2  mengharumkan nama Einstein sebagai salah satu figur signifikan dalam peradaban  modern manusia. Rumus ini sendiri menjadi salah satu rumus yang paling populer diketahui publik. Dalam dunia fisika, rumus ini dikenal sebagai rumus Kesetaraan Energi dan Massa.

Rumus ini menunjukkan adanya kesetaraan nilai antara energi dan massa. Menurut Einstein, 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 serta pembahasan rumus kesetaraan energi dan massa.

Sejarah Penemuan Rumus Kesetaraan Energi dan Massa

Penemuan rumus kesetaraan energi dan massa dapat ditarik garisnya hingga pada tahun 1895, saat Einstein masih berumur 16 tahun. Einstein memiliki riddle atau teka-teki yang ia ciptakan sendiri, yakni: “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.

Merespon 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 cahaya lah 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=mc2 pada 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.

Pembahasan Rumus Kesetaraan Energi dan Massa

Kalau tadi gue sudah bahas tentang sejarah penemuan rumus kesetaraan energi dan massa, sekarang gue bakal jelasin lebih lanjut soal arti dari rumus ini. Seperti yang sudah lo ketahui, rumus kesetaraan massa dan energi berbunyi:

E=mc2

E = energi
m = massa
c = kecepatan cahaya (m.s-1)

Rumus E=mc2 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 ini menunjukkan bahwa baik energi maupun massa memiliki nilai yang setara dan dapat diubah menjadi satu sama lain. Perlu lo 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 sendiri 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

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

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

Lo 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:

Kesetaraan Energi dan Massa

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

Nah, itu dia pembahasan mengenai rumus E=mc2 atau rumus kesetaraan energi dan massa! Tonton pembahasan lebih lanjut di video yang bisa lo temukan di aplikasi Zenius:

https://www.zenius.net/?page=playlist&topicId=eb13da35-44ce-445d-92a6-f671e769b7c4&learningUnitId=5bd4d1cb-ac09-44c8-aca3-6b77910240c2&type=board

Selamat belajar!

Bagikan Artikel Ini!