Fisika Modern

Dilatasi waktu jam cahaya

Naikkan β — amati jam cahaya yang bergerak berdetak lebih lambat (Δt = γ Δt₀) dan batang memendek.

Dilatasi waktu jam cahaya — simulasi Fisika Modern interaktif. Naikkan β — amati jam cahaya yang bergerak berdetak lebih lambat (Δt = γ Δt₀) dan batang memendek. Laboratorium fisika virtual gratis berbasis browser dengan pengukuran SI langsung dan tutorial terpandu.

Dilatasi waktu

naikkan β: perhatikan bagaimana jam cahaya yang bergerak berdetak lebih lambat (Δt = γ Δt₀) dan batang memendek.

Jam cahaya menghitung detak dengan memantulkan foton di antara cermin. Jam yang bergerak mengukur waktu bolak-balik yang lebih lama dalam kerangka laboratorium dengan faktor γ = 1/√(1−β²). Kontraksi panjang yang bersamaan menjaga c tetap invarian — inti dari eksperimen pikiran relativitas khusus.

• Δt = γΔt₀
• γ = 1/√(1−β²)

Singkat investigasi

Rencanakan pertanyaan sebelum Anda membuka lab

Ringkasan ini mencerminkan halaman prerender: pertanyaan utama, prediksi yang bersaing, peran variabel, hukum yang mengatur, penyiapan, serta petunjuk analisis dan pengembangan tetap terlihat dalam urutan ini.

Pertanyaan mengemudi

Sebuah 'jam cahaya' memantulkan pulsa cahaya di antara dua cermin, berdetak satu kali setiap perjalanan pulang pergi. Jika seluruh jam bergerak dengan kecepatan tinggi dibandingkan dengan Anda, apakah Anda mengamati jam tersebut berdetak lebih lambat, lebih cepat, atau sama cepatnya dengan jam yang sama saat diam?

Prediksi untuk ditimbang

• Lebih lambat — denyut cahaya jam yang bergerak harus menempuh jalur diagonal yang lebih panjang (dari bingkai pengamat), sehingga setiap detak memerlukan waktu lebih lama.
• Lebih cepat — gerakan mempercepat waktu.
• Lajunya sama, karena cahaya selalu merambat dengan kecepatan c berapa pun gerak jam.

Peran variabel

Apa yang Anda tetapkan:

• Fraksi kecepatan β = v/c

Apa yang Anda ukur:

• Faktor Lorentz γ
• Waktu melebar Δt (µs)

Bagaimana penyelidikannya berjalan

1. Buka preset light-clock-dilation dan tekan Reset. Waktu yang tepat untuk setiap detak jam ditetapkan pada 1 µs.
2. Aktifkan pembacaan faktor Lorentz dan waktu terdilatasi.
3. Atur kecepatan jam (sebagai pecahan dari kecepatan cahaya, β = v/c) untuk setiap percobaan dan catat dilatasi waktu yang diamati.

Persamaan yang mengatur

Pelebaran Waktu — Δt = γ Δt₀

Sebuah jam yang bergerak dengan kecepatan v = βc, diamati dari bingkai stasioner, tampak berjalan lambat berdasarkan faktor Lorentz: Δt = γ·Δt_proper, dengan γ = 1/√(1 − β²) ≥ 1. Efeknya dapat diabaikan pada kecepatan sehari-hari tetapi dramatis ketika β mendekati 1.

Apa yang diminta siswa untuk dikerjakan oleh lembar kerja yang dapat dicetak

• Untuk satu percobaan, hitung γ = 1/√(1 − β²), lalu Δt = γ·Δt_proper menggunakan waktu yang tepat 1 µs. Bandingkan keduanya dengan tabel.
• Jelaskan mengapa γ tetap mendekati 1 (hampir tidak ada pelebaran) pada kecepatan rendah namun meningkat tajam saat β mendekati 1 — jalur diagonal jam cahaya hanya menjadi jauh lebih panjang setelah kecepatan jam menjadi sebagian kecil dari kecepatan cahaya.

Di mana hal ini muncul di luar lab

• Dari sudut pandang seseorang yang bepergian DENGAN jam yang bergerak, jamnya sendiri yang terlihat normal — dan jam di Bumi malah berjalan lambat. Jelaskan mengapa pelebaran waktu tampak simetris antara dua pengamat yang bergerak relatif, dan mengapa hal ini bukan merupakan kontradiksi (hal ini diselesaikan dengan pengamat mana yang benar-benar mengubah kerangka acuan).
• Satelit GPS bergerak cukup cepat sehingga pelebaran waktu relativistik khusus (ditambah efek relativistik umum dari gravitasi yang lebih lemah di ketinggian) menyebabkan penyimpangan jam yang dapat diukur, yang telah diperbaiki dalam desain sistem. Mengapa mengabaikan efek kecil ini pada akhirnya menyebabkan kesalahan penentuan posisi GPS yang berarti?

• AP Physics 2 — Unit 15: Modern Physics
• IB Physics — A.5 Galilean and special relativity
• General High School Physics — Modern physics intro
• NGSS High School Physics — Wave-particle duality of light

1. Selamat datang di dilatasi jam cahaya
2. Pilih susunan relativitas
3. Tekan Putar
4. Jam yang bergerak berdetak lebih lambat
5. Buka inspektur
6. Berhasil!

Buka simulasi interaktif untuk membangun adegan, tekan Putar, dan jelajahi dengan pengukuran langsung dan tutorial terpandu.

Buka Lab Interaktif →

Unduh lembar lab →

Relativitas Khusus: Dilatasi Waktu