PENGUKURAN dalam FISIKA

Ilmu Fisika bertujuan untuk memberi pemahaman terhadap kejadian alam dengan mengembangkan teori yang didasarkan pada eksperimen. Teori umumnya dinyatakan dalam bahasa matematika. Ternyata berbagai gejala alam yang teramati dapat dijelaskan dengan beberapa hukum dasar fisika.

Untuk mencapai suatu tujuan tertentu, di dalam fisika,kita biasanya melakukan pengamatan yang disertai dengan pengukuran. Pengamatan suatu gejala secara umum tidaklah lengkap bila tidak dilengkapi dengan data kuantitatif yang didapat dari hasil pengukuran. Lord Kelvin, seorang ahli fisika berkata, bila kita dapat mengukur apa yang sedang kita bicarakan dan menyatakannya dengan angka-angka, berarti kita menghetahui apa yang sedang kita bicarakan itu. Sedangkan arti dari pengukuran itu sendiri adalah membandingkan sesuatu yang sedang diukur dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan, misalnya bila kita mendapat data pengukuran panjang sebesar 5 meter, artinya benda tersebut panjangnya 5 kali panjang mistar yang memiliki panjang 1 meter. Dalam hal ini, angka 5 menunjukkan nilai dari besaran panjang, sedangkan meter menyatakan besaran dari satuan panjang.

Dan pada umumnya, sesuatu yang dapat diukur memiliki satuan. Sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka kita sebut besaran. Panjang, massa dan waktu termasuk pada besaran karena dapat kita ukur dan dapat kita nyatakan dengan angka-angka. Akan tetapi kebaikan dan kejujuran misalnya. Tidak dapat kita ukur dan tidak dapat kita nyatakan dengan angka-angka. Tapi walaupun demikian, tidak semua besaran fisika selalu mempunyai satuan. Beberapa besaran fisika ada yang tidak memiliki satuan. Antara lain adalah indek bias, koefisien gesekan, dan massa jenis relatif.

Apa yang Anda lakukan sewaktu melakukan pengukuran? Misalnya anda mengukur panjang meja belajar dengan menggunakan jengkal, dan mendapatkan bahwa panjang meja adalah 7 jengkal. Dalam pengukuran di atas Anda telah mengambil jengkal sebagai satuan panjang. Kenyataan dalam kehidupan sehari-hari, kita sering melakukan pengukuran terhadap besaran tertentu menggunakan alat ukur yang telah ditetapkan. Misalnya, kita menggunakan mistar untuk mengukur panjang. Pengukuran sebenarnya merupakan proses pembandingan nilai besaran yang belum diketahui dengan nilai standar yang sudah ditetapkan.

Alat Ukur Besaran

Besaran Pokok Alat Ukur

Panjang Mistar, Jangka sorong, mikrometer sekrup

Massa Neraca (timbangan)

Waktu Stop Watch

Suhu Termometer

Kuat Arus Amperemete

Jumlah molekul Tidak diukur secara langsung *

Intensitas Cahaya Light meter

* Jumlah zat tidak diukur secara langsung seperti anda mengukur panjang dengan mistar. Untuk mengetahui jumlah zat, terlebih dahulu diukur massa zat tersebut. selengkapnya dapat anda pelajari pada bidang studi Kimia.

1. Alat Ukur Besaran Pokok

Mistar : untuk mengukur suatu panjang benda mempunyai batas ketelitian 0,5 mm.

Jangka sorong : untuk mengukur suatu panjang benda mempunyai batas ketelitian 0,1 mm.

Mikrometer : untuk mengukur suatu panjang benda mempunyai batas ketelitian 0,01 mm.

Neraca : untuk mengukur massa suatu benda.

Stop Watch : untuk mengukur waktu mempunyai batas ketelitian 0,01 detik.

Termometer : untuk mengukur suhu.

Amperemeter : untuk mengukur kuat arus listrik (multimeter)

2. Alat Ukur Besaran Turunan

Speedometer : untuk mengukur kelajuan

Dinamometer : untuk mengukur besarnya gaya.

Higrometer : untuk mengukur kelembaban udara.

Ohm meter : untuk mengukur tahanan ( hambatan ) listrik

Volt meter : untuk mengukur tegangan listrik.

Ohm meter dan voltmeter dan amperemeter biasa menggunakan multimeter.

Barometer : untuk mengukur tekanan udara luar.

Hidrometer : untuk mengukur beratjenis larutan.

Manometer : untuk mengukur tekanan udara tertutup.

Kalorimeter : untuk mengukur besarnya kalor jenis zat.

Istilah Dalam Pengukuran

• Ketelitian adalah suatu ukuran yang menyatakan tingkat pendekatan dari nilai yang diukur terhadap nilai benar x0.

• Kepekaan adalah ukuran minimal yang masih dapat dikenal oleh instrumen/alat ukur.

• Ketepatan (akurasi) adalah suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sama. Dengan memberikan suatu nilai tertentu pada besaran fisis, ketepatan merupakan suatu ukuran yang menunjukkan perbedaan hasil-hasil pengukuran pada pengukuran berulang.

Akurasi / Ketelitian Hasil Pengukuran

Pengukuran yang akurat merupakan bagian penting dari fisika, walaupun demikian tidak ada pengukuran yang benar-benar tepat. Ada ketidakpastian yang berhubungan dengan setiap pengukuran. Ketidakpastian muncul dari sumber yang berbeda. Di antara yang paling penting, selain kesalahan, adalah keterbatasan ketepatan setiap alat pengukur dan ketidakmampuan membaca sebuah alat ukur di luar batas bagian terkecil yang ditunjukkan. Misalnya anda memakai sebuah penggaris centimeter untuk mengukur lebar sebuah papan, hasilnya dapat dipastikan akurat sampai 0,1 cm, yaitu bagian terkecil pada penggaris tersebut. Alasannya, adalah sulit untuk memastikan suatu nilai di antara garis pembagi terkecil tersebut, dan penggaris itu sendiri mungkin tidak dibuat atau dikalibrasi sampai ketepatan yang lebih baik dari ini.

Seringkali, ketidakpastian pada suatu nilai terukur tidak dinyatakan secara eksplisit. Pada kasus seperti ini, ketidakpastian biasanya dianggap sebesar satu atau dua satuan (atau bahkan tiga) dari angka terakhir yang diberikan. Sebagai contoh, jika panjang sebuah benda dinyatakan sebagai 5,2 cm, ketidakpastian dianggap sebesar 0,1 cm (atau mungkin 0,2 cm). Dalam hal ini, penting untuk tidak menulis 5,20 cm, karena hal itu menyatakan ketidakpastian sebesar 0,01 cm; dianggap bahwa panjang benda tersebut mungkin antara 5,19 dan 5,21 cm, sementara sebenarnya anda menyangka nilainya antara 5,1 dan 5,3 cm.

Ketidakpastian dalam Pengukuran

Ketidakpastian pada pengukuran disebabkan adanya kesalahan baik si pengukur maupun alat ukurnya.

Kesalahan (error) adalah penyimpangan nilai yang diukur dari nilai benar xo.

Ada 3 macam kesalahan, yaitu :

1. Kesalahan umum/keteledoran, kesalahan disebabkan si pengamat antara lain kurang terampil dengan alat yang dipakai.

2. Ketidakpastian Bersistem (kesalahan sistematis) kesalahan oleh kalibrasi alat, kesalahan titik nol, kesalahan komponen dan kesalahan arah pandang/paralaks. Kesalahan sistematis yang besar menyebabkan pengukuran tidak akurat.

- Kesalahan kalibrasi

Kesalahan dalam memberi skala pada waktu alat ukur sedang dibuat sehingga tiap kali alat itu digunakan, ketidakpastian selalu muncul dalam tiap pengukuran.

- Kesalahan titik nol

Titik nol skala alat ukur tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk alat ukur.

- Kesalahan Komponen Alat

Sering terjadi pada pegas. Biasanya terjadi bila pegas sudah sering dipakai.

- Gesekan

Kesalahan yangt imbul akibat gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak.

- Paralaks

Kesalahan posisi dalam membaca skala alat ukur.

3. Ketidakpastian Acak (kesalahan acak) kesalahan disebabkan fluktuasi-fluktuasi halus diantaranya gerak molekul udara, fluktuasis tegangan PLN, getaran, dll. Kesalahan acak menghasilkan simpangan yang tidak dapat diprediksi terhadap nilai benarnya (xo) sehinga peluangnya diatas atau dibawah nilai benar. Kesalahan acak tidak dapat dihilangkan tetapi dapat dikurangi dengan mengambil nilai rata-rata hasil pengukuran.

- Gerak Brown molekul udara

Menyebabkan jarum penunjuk skala alat ukur terpengaruh.

- Frekuensi Tegangan listrik

Perubahan pada tegangan PLN, baterai, atau aki

- Landasan yang Bergetar

Menyebabkan alat ukur atau yang kita ukur berpengaruh (bergerak)

Perbedaan Hasil Pengukuran yang akurat dan presisi

Hasil pengukuran dikatakan akurat bila nilai rata-rata hasil pengukuran mendekati/ hampir sama dengan nilai yang benar. Bila nilai rata-rata jauh dari nilai benar maka hasil pengukuran dikatakan tidak akurat.

Contoh :

Nilai benar panjang benda adalah 8,24 cm. Lima kali dilakukan pengukuran berulang didapatkan data pengukuran (1). 8,20 (2). 8,22 (3). 8,20 (4). 8,28 dan (5). 8,25. Nilai rata-rata hasil pengukuran didapatkan dari ((8,20 + 8,22 + 8,20 + 8,28 + 8,25)/5) = 8,23 cm. Maka nilai rata-rata hasil pengukuran tersebut dikatakan akurat karena mendekati nilai benar yaitu 8,24

Sedangkan hasil pengukuran dikatakan presisi bila data hasil pengukuran terpencar dekat dengan nilai rata-rata hasil pengukuran sebagaimana contoh diatas.

Bila hasil lima kali pengukuran diatas didapatkan (1). 8,35 (2). 8,42 (3). 7,95 (4). 7.95 dan (5). 8,50. Nilai rata-rata hasil pengukuran 8,23 cm, maka dikatakan tidak presisi karena penyebaran hasil pengukuran terpancar jauh dari nilai rata-ratanya walaupun nilai rata-ratanya mendekati nilai sebenarnya.

Kekurangakuratan hasil pengukuran dimungkinkan akibat kesalahan sistematis yang besar dan ketidakpresisian hasil pengukuran akibat kesalahan acak yang besar.

Berbagai Sumber: Buku dan Internet

BESARAN FISIKA (Besaran Pokok, Turunan dan Tambahan)

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering mendengar istilah panjang, waktu, suhu, dan berat benda. Secara tidak disadari ternyata kita telah belajar mengenai satu bahasan fisika yaitu "Besaran".

BESARAN  adalah sesuatu yang dapat diukur dimensinya atau segala sesuatu yang dapat diukur dengan angka eksak dan mempunyai satuan.

Besaran dalam  Sistem Internasional  dikelompokkan atas 3 macam :

A.     Besaran Pokok

Besaran pokok adalah besaran yang telah ditentukan terlebih dahulu (satuannya telah ditetapkan) atau besaran yang tidak pada besaran yang lain.

Dalam Sistem Internasional ada 7 besaran pokok, yaitu :

Basic SI quantities
Quantity	Dimension	Alternatives	Root definition and Notes
Length/distance (panjang)	M	m	meter
Mass (massa)	Kg	kg	kilogram
Time (waktu)	S	s	second
Curren, electric (kuat arus)	A	A	ampere
Temperature (suhu)	K	K	kelvin
Quantity of subtance (jumlah zat)	Mol	mol	mole
Luminosity/Luminous Intensity (intensitas cahaya)	Cd	Cd	candle

1.      Panjang (m) : 1 m adalah panjang yang sama 1.650.763.73 kali panjang gelombang didalam dari radiasi yang bersesuaian dengan transisi antara level 2 p 10 dan 5 d 5 dari atom krypton 86.

2.      Massa (kg) : 1 kg adalah massa yang sama dengan massa dari prototype kilogram internasional.

3.      Waktu (s)  1 sekon adalah waktu dari 9192631770 periode radiasi yang bersesuaian dgn transisi  antara  2 hyperfine levels dari keadaan atom Cs 123.

4.      Kuat Arus (A) : yang dimaksud 1 A ialah arus tetap yang dialirkan dalam 2 konduktor lurus sejajar dengan panjang tak terhingga dan luas penampang yang dapat diabaikan dam diletakkan pada jarak 1 meter dalam ruang hampa udara dan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10 N/m.

5.      Suhu (K) : 1 K  adalah satuan suhu termodinamika merupakan 1/273.6 dari suhu titik triple air.

6.      Intensitas Cahaya (cd) : 1 cd adalah intensitas cahaya dalam arah tegak lurus pada suatu permukaan seluas  1/6 x 10 meter persegi dari suatu benda hitam pada tempe  ratur platina beku dalam tekanan 101325 N/m².

7.      Jumlah Zat (mol) : 1 mole adalah jumlah substansi dari suatu  sistem  yang berisi sejumlah satuan  elementer yang  sama dengan atom-atom  dalam 0,012 kg carbon 12.

B.     Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari satu atau lebih besaran pokok. Besaran turunan didasarkan pada suatu DEFINISI Tiap tiap besaran turunan mempunyai definisi sendiri Pada DEFINISI jelas terlihat besaran-besaran pokok apa yang menyusun besaran turunan tersebut.

Berikut 15 contoh dari sekian banyak besaran turunan :

1.      kecepatan

notasi  : v  

satuan  : m/s = ms-1

sifat   : vektor

definisi: hasil bagi antara perpindahan dengan waktu yang dipergunakan.

2.      pecepatan

notasi  : a       

satuan  : m/s² = ms-²

sifat   : vektor

definisi: hasil bagi perubahan kecepatan dengan perubahan waktu.

3.      massa jenis

notasi  : ⌠

satuan  : kg/m3 = kg/m3

sifat   : skalar

definisi: hasil bagi massa dengan volume benda.

4.      tekanan

notasi  : p

satuan  : N/m² = Pa

sifat   : skalar

definisi: hasil bagi antara gaya yang bekerja dengan luas permukaan.

5.      usaha

notasi  : W

satuan  : joule (J)

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara gaya yang bekerja dengan perpindahan.

6.      daya

notasi  : P

satuan  : watt (W)

sifat   : skalar

definisi: hasil bagi antara usaha yang dilakukan dengan perpindahannya.

7.      energi kinetik

notasi  : Ek

satuan  : joule (J)

sifat   : skalar

definisi: hasil kali setengah massa benda dengan kecepatannya.

8.      energi potensial

notasi  : Ep

satuan  : joule (J)

sifat   : skalar

definisi: hasil kali berat benda dengan percepatan grafitasi.

9.      momentum

notasi  : M

satuan  : kg.m/s

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara massa benda dengan kecepatannya.

10.  impuls

notasi  : I

satuan  : N.s

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara gaya impulsif dengan lamanya gaya itu bekerja.

11.  momen gaya

notasi  : M

satuan  : m.N

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara lengan gaya dengan besar gayanya.

12.  momen enersia

notasi  : I

satuan  : kgm²

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara massa dengan kuadrat jaraknya.

13.  gaya

notasi  : F

satuan  : kgm/s²

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara massa benda dengan percepatannya.

14.  berat

notasi  : w

satuan  : kgm/s²

sifat   : vektor

definisi: hasil kali antara massa benda dengan percepatan grafitasi.

15.  intensitas

notasi  : I

satuan  : watt/m²

sifat   : skalar

definisi: hasil bagi antara daya dengan luas permukaan benda.

Besaran menyatakan sifat dari benda. Sifat ini dinyatakan dalam angka melalui hasil pengukuran. Oleh karena satu besaran berbeda dengan besaran lainnya, maka ditetapkan satuan untuk tiap besaran. Satuan juga menunjukkan bahwa setiap besaran diukur dengan cara berbeda. Agar adanya keseragaman, satuan untuk besaran - besaran fisika didasarkan pada satuan Sistem Internasional (SI). Satuan SI ini diambil dari sistem metrik yang telah digunakan di Perancis setelah revolusi tahun 1789.

Contohnya volume yang diturunkan dari besaran panjang; gaya yang diturunkan dari besaran massa, panjang dan waktu; kecepatan yang diturunkan dari besaran panjang dan waktu. Lebih lengkapnya lihat tabel besaran dan juga satuannya di bagian bawah postingan ini.

Untuk besaran turunan, silahkan lihat -**di sini**-

C.     Besaran  Tambahan

Besaran tambahan adalah  besaran  matematika yang dimasukkan kedalambesaran fisika karena banyak sekali dipergunakan.

Besaran tambahan  ada 2 macam, yaitu :

1.      Besaran Sudut Bidang

Nama satuan    : radian

Lambang satuan : rad

Definisi 1 rad : ialah sudut antara dua jari-jari lingkaran yang memotong keliling lingkaran  dengan  panjang busur sama dengan jari-jarinya.

2.      Besaran Sudut Ruang

Nama satuan: steradian

Lambang satuan: sr

Definisi 1 sr : ialah sudut ruang yg puncaknya terletak pada pusat bola, membentuk juring suatu bola,  memotong permukaan bola dgn luas sama dengan jari-jari bola.

Sumber: 1. Catatan Kuliahku

               2. http://thinkzone.wlonk.com/Units/PhysQuantities.htm

Sistem Satuan Internasional (SI)

Sistem Satuan Internasional (SI) : sistem satuan yang berlaku secara internasional (mendunia).

Sebelum adanya standar internasional, hampir setiap negara menetapkan sistem satuannya sendiri. Sebagai contoh, satuan panjang di negeri kita adalah hasta dan jengkal. Di Inggris dikenal inci dan kali (feet) dan di Perancis digunakan meter. Dari berbagai macam perbedaan satuan ini akan menimbulkan kesukaran. Kesukaran pertama adalah diperlukannya bermacam-macam alat ukur yang sesuai dengan satuan yang digunakan. Kesukaran kedua adalah kerumitan konversi dari satuan ke satuan lainnya. Ini disebabkan tidak adanya keteraturan yang mengukur konversi satuan-satuan tersebut.

Karena akibat kesukaran yang ditimbulkan oleh pengguna sistem satuan yang berbeda maka muncul suatu gagasan yang hanya menggunakan satu jenis satuan saja untuk besaran-besaran dalam ilmu pengetahuan alam. Suatu perjanjian internasional telah menetapkan satuan sistem internasional (International System of Units) disingkat SI yang diambil dari sistem matric dan digunakan di Perancis setelah revolusi tahun 1789.

Satuan-satuan dasar SI terdiri dari: panjang, massa, waktu, arus listrik, temperatur termodinamik, jumlah zat dan intensitas cahaya.

Ada dua sistem satuan lain yang sering dijumpai di samping Sistem Internasional (SI). Yang pertama adalah sistem Gaussian ; banyak literatur fisika masih dinyatakan dalam sistem ini. Yang kedua adalah sistem British, sampai sekarang masih banyak dipakai di Amerika, Inggris dan di tempat-tempat lain. Satuan dasarnya, dalam mekanika, adalah panjang (foot), gaya (pound) dan waktu (second).

Namun dengan diterimanya Sistem Internasional secara resmi, sistem British sedang dihilangkan di Inggris. Sesungguhnya, sampai tahun 1970, negara-negara seperti Ceylon (belakangan bernama Sri Lanka), Gambia, Guyana, Jamaica, Liberia, Malawi, Nigeria, Sierra Leone dan Amerika Serikat, belum menerima sistem metrik (yang kemudian menjadi SI), atau secara resmi menyatakan bermaksud untuk menerima itu.

Sistem SI ini dibagi dua, yaitu sistem MKS dan cgs : 

Sistem Metrik	Panjang	massa	Waktu
MKS	meter (m)	kilogram (kg)	sekon (s)
Cgs	centimeter (cm)	gram (gr)	sekon (s)

Contoh sistem Satuan Internasional (SI) ditunjukkan dalam tabel di bawah ini.

No	Besaran	MKS	CGS
1.	Panjang	m	cm
2.	Massa	kg	gram, ons, pounds
3.	Waktu	detik	menit, jam, hari
4.	Gaya	newton	dyne
5.	Energi	joule	kalori, erg
6.	Suhu	kelvin	Celcius, Fahrenheit, Reamur

Cara Penulisan Satuan

1.      Simbol dalam tulisan meliputi simbol kuantitas dan simbol satuan. Simbol kuantitas ditulis dalam  huruf italic(miring) dan simbol satuan ditulis dalam  huruf roman (upright), contoh penulisan : F = 15 N.

2.      Simbol satuan merupakan entitas matematis universal, bukan sebuah singkatan, sebagai contoh simbol untuk secondadalah s bukan s. atau sec.

3.      Simbol satuan yang mengandung nama penemunya ditulis dengan huruf capital (besar), teapi nama satuannya  sendiri ditulis dengan huruf kecil (contoh : tesla ; T).

4.      Simbol satuan yang tidak mengandung unsur nama penemunya baik simbol satuan maupun nama satuannya ditulis dengan huruf kecil (contoh: meter ; m).

5.      Pelafalan atau pengejaan nama satuan disesuaikan dengan bahasa yang bersangkutan, misalkan pelafalan untuk “kilogram” dalam bahasa inggris “kilogram” dan dalam bahasa perancis “kilogramme”, tetapi simbol nama  satuan tersebut secara SI dimana-mana sama yaitu “kg”.

6.      Kata “derajat” dengan simbol, ^o, dihilangkan dari satuan temperature termodinamik T (dinyatakan dalam satuan kelvin atau K, bukan derajat Kelvin atau ^oK).

7.      Simbol untuk angka atau bilangan 10⁶atau lebih besar ditulis dengan huruf kapital sedangkan yang lebih kecil dari 10⁶ ditulis dengan huruf kecil, tetapi nama simbol (prefik) semua ditulis dengan huruf kecil (contoh : 10¹⁵ = peta = P dan 10³ = kilo = k).

8.      Perkalian satuan ditulis dengan menyisipkan titik (dot) atau dengan member sapsi antar satuan (contoh : N.m atau N m).

9.      Operasi pembagian ditulis menggunakan garis miring atau pangkat negative (missal m/s² atau m.s^-2), tetapi pengulangan garis miring dalam hal ini tidak diperbolehkan (missal : m/s²tidak boleh ditulis m/s/s).

10.  Untuk menghindari misinterpretasi yang mungkin ketika lebih dari satu satuan muncul bersamaan, dapat digunakan tanda kurung atau pangkat negative (missal : W/(m².K⁴) atau W.m^-2.K^-4).

11.  Nama simbol tidak boleh dicampur dengan simbol operasi matematis (contoh : “meter per second” tidak boleh ditulias “meter/second” atau meter.second^-1).

12.  Ketika dua atau lebih nama satuan muncul maka penulisannya disarankan dipsahkan dengan spasi atau tanda  strip,-, (contoh : newton meter atau newton-meter, tidak boleh ditulis newton.meter).

13.  Penulisan derajat, ^o, dan derajat untuk sudut bidang tidak boleh dipisahkan oleh spasi (misal : ^oC dan 50^o).

14.  Simbol satuan untuk liter adalah L bukan l, hal ini dimaksudkan agar tidak membingungkan dengan angka 1.

15.  Ada tiga satuan diluar SI yang saat ini diterima digunakan bersama satuan SI yaitu energy (eV), massa atom (u)   dan satuan astronimi (ua).

Sistem British

Sistem ini hanya digunakan di Amerika dan beberapa negara lainnya, dan kebanyakan satuannya mulai digantikan oleh satuan SI. Satuan British sekarang secara legal didefinisikan dalam satuan SI, sebagai berikut:

Panjang: 1 inci = 2,54 cm (tepat)

Gaya: 1 pound = 4,448221615260 newton (tepat)

Newton, disingkat N, adalah satuan SI untuk gaya. Satuan british untuk waktu adalah sekon, didefinisikan dengan cara yang sama dengan SI. Dalam fisika, satuan britis hanya dipakai dalam mekanika dan termodinamika; tidak ada satuan dalam sistem British yang dipakai untuk besaran listrik.

Secuil dari Catatan Kuliahku... Semoga bermanfaat !!!