Pengukuran, Besaran dalam Fisika, dan Satuannya

Assalamu'alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh......

Ini adalah blog pertama kali yang saya buat. Berikut saya akan sharing materi tentang pengukuran,

besaran dalam fisika, dan satuannya. Selamat membaca......

A.    Pengukuran

§  Pengertian Pengukuran

Pengukuran adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran lainnya yang telah ditetapkan sebagai standar suatu besaran. Dalam setiap pengukuran pasti terdapat ketidakpastian yang disebabkan oleh beberapa kesalahan, seperti kesalahan internal, kesalahan sistematik, dan kesalahan acak.

1.  Kesalahan Internal adalah kesalahan yang disebabkan oleh keterbatasan pengamat saat melakukan pengukuran.

2.  Kesalahan Sistematik adalah kesalahan yang disebabkan oleh alat yang digunakan atau lingkungan di sekitar alat yang memengaruhi kinerja alat tersebut. Misalnya : kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan komponen alat atau kerusakan alat, dan lain-lain sebagainya.

3.  Kesalahan Acak adalah kesalahan yang terjadi karena adanya fluktuasi-fluktuasi halus pada saat melakukan pengukuran. Misalnya : karena adanya gerak Brown melalui udara, fluktuasi tegangan listrik, landasan bergetar, dan lain-lain sebagainya.

§  Macam-Macam Pengukuran

Pengukuran memiliki 2 macam, yaitu :

1.   Pengukuran Tunggal : Pengukuran yang hanya dilakukan satu kali. Ketidakpastian pada pengukuran tunggal diperoleh dari setengah skala terkecil pada alat yang digunakan.

2.   Pengukuran Berulang : Pengukuran yang dilakukan berkali-kali. Nilai yang digunakan sebagai pengganti nilai yang mendekati benar adalah nilai rata-rata dari data yang diperoleh. Ketidakpastiannya diperoleh dari rumus berikut :

§  Penulisan Hasil Pengukuran.

Penulisan hasil pengukuran harus mengikuti aturan angka penting. Berikut adalah aturan angka penting.

a.       Semua angka bukan nol merupakan angka penting.

Contoh : suatu pengukuran pada benda tebal memperoleh nilai d = 35,28 cm, berarti nilai tersebut memiliki 4 angka penting.

b.      Angka nol memiliki kriteria tersendiri, yaitu :

1)    Angka nol yang berada di antara angka bukan nol termasuk angka penting.

Contoh : 204 (3 AP), 3.105 (4 AP)

2)  Angka nol yang berada di sebelah kanan angka bukan nol termasuk angka penting, kecuali ada keterangan tertentu.

3)    Angka nol yang berada di sebelah kiri angka bukan nol tidak termasuk angka penting.

Contoh : 3.023 gr (4 AP), 0,030 (2 AP)

Ket : AP adalah Angka Penting.

Berikut penjumlahan, pengurangan, perkalian, dan pembagian angka penting.

1)      Penjumlahan dan Pengurangan

Pada penjumlahan dan pengurangan angka penting, hasilnya hanya akan mengandung 1 angka taksiran

Contoh : 

Sesuai aturan penjumlahan atau pengurangan angka penting, hasilnya adalah 28,6 cm

2)      Perkalian dan Pembagian

Pada perkalian dan pembagian angka penting, jumlah angka penting dari hasil perhitungan mengikuti jumlah angka penting paling sedikit.

Contoh : 

3,21 cm memiliki tiga angka penting, sedangkan 2,5 memiliki dua angka penting. Bila dikalikan hasilnya 8,025 cm. Berdasarkan aturan angka penting, maka hasilnya harus memiliki jumlah angka penting paling sedikit. Oleh karena itu, hasilnya adalah 8,0 cm².

Adapun untuk pembulatan angka penting harus mengikuti Aturan Pembulatan. Berikut aturannya.

1)    Apabila angka terakhir hasil penghitungan lebih dari lima, maka angka akan dibulatkan ke atas.

Contoh : 4,258 maka dibulatkan menjadi 4,26

2)    Apabila angka terakhir hasil penghitungan kurang dari lima, maka angka akan dibulatkan ke bawah.

Contoh : 2,413 maka dibulatkan menjadi 2,41

3)  Apabila angka terakhir hasil penghitungan tepat sama dengan lima, angka akan dibulatkan ke atas jika angka sebelum lima adalah bilangan ganjil. Jika angka sebelum lima adalah bilangan genap, maka angka akan dibulatkan ke bawah.

Contoh : 3,435 dibulatkan ke atas menjadi 3,44 (sebelum 5 ada angka 3, termasuk ganjil).

               1,425 dibulatkan ke bawah menjadi 1,42 (sebelum 5 ada angka 2, termasuk genap).

§  Cara membaca hasil pengukuran dengan beberapa alat ukur :

Pengukuran Panjang

1)      Mistar

Alat ukur panjang yang sering digunakan adalah mistar atau penggaris. Pada umumnya, mistar memiliki skala terkecil 1 mm atau 0,1 cm. Pengukuran dengan menggunakan mistar, arah pandangan harus tegak lurus dengan skala pada mistar dan benda yang diukur.

2)      Jangka Sorong.

Jangka Sorong terdiri atas 2 bagian, yaitu rahang tetap dan rahang atas. Berikut ini adalah gambar jangka sorong.

Skala panjang pada rahang tetap merupakan skala utama, sedangkan skala pendek pada rahang geser merupakan skala nonius. Skala terkecil pada jangka sorong adalah 0,1 mm atau 0,01 cm. Berikut merupakan contoh pengukuran dengan menggunakan jangka sorong.  

Hasil pengukurannya adalah :

Skala utama : 6,3 cm

Skala nonius : 2 × 0,01 cm = 0,02 cm

Maka, hasil pengukurannya : (6,3 + 0,02) cm = 6,32 cm

3)      Mikrometer Sekrup

Mikrometer Sekrup terdiri atas dua bagian, yaitu poros tetap (skala utama) dan poros ulir (skala nonius). Mikrometer sekrup adalah alat yang digunakan untuk mengukur benda-benda berukuran kecil atau tipis. Mikrometer sekrup mempunyai tingkat ketelitian paling tinggi dari kedua alat yang telah disebutkan sebelumnya, yaitu 0,01 mm. Berikut merupakan gambar mikrometer sekrup.

Bagian-bagian pada mikrometer sekrup (gambar 2) terdiri atas Anvil (poros tetap), Spindel (poros geser), Frame berbentuk U, Lock nut (pengunci), Sleeve (skala utama), Rachet (poros geser, tetapi ukurannya lebih kecil), dan Thimble (skala putar/nonius)

Berikut merupakan contoh pengukuran dengan menggunakan mikrometer sekrup.

Hasil pengukurannya adalah :

Skala utama : 6,5 mm

Skala nonius : 9 × 0,01 mm = 0,09 mm

Maka, hasil pengukurannya : (6,5 + 0,09) mm = 6,59 mm

Pengukuran Massa

1)      Neraca Ohaus

Neraca ohaus merupakan jenis neraca yang sering digunakan dalam percobaan di laboratorium. Neraca ini memiliki tiga lengan yaitu lengan belakang, lengan tengah, dan lengan depan. Lengan belakang berskala antara 0 – 500 gram, lengan tengah berskala antara 0 – 100 gram, dan lengan depan berskala antara 0 – 10 gram. Neraca ohaus memiliki skala terkecil 0,1 gram. Berikut gambar dari neraca ohaus.

Bagian-bagian dari neraca ohaus yaitu :

§  Tombol kalibrasi : sebuah sekrup untuk mengkalibrasi atau mengenolkan neraca ketika akan digunakan.

§  Tempat beban : piringan logam untuk meletakkan benda yang akan diukur massanya.

§  Pemberat (anting) : logam yang mennggantung di lengan untuk menunjukkan hasil dari pengukuran.

§  Lengan neraca : plat logam yang terdiri dari skala dengan ukuran tertentu.

§ Garis kesetimbangan (titik nol) : untuk menentukan titik kesetimbangan pada proses penimbangan atau pengukuran massa suatu benda.

Berikut contoh pengukuran massa dengan neraca ohaus.

Hasil pengukuran = lengan belakang + lengan tengah + lengan depan

                             = 400 gram + 50 gram + 6,5 gram

                             = 456,5 gram

2)      Neraca Lengan

Neraca lengan merupakan neraca yang memiliki dua lengan yang dibentuk seimbang. Dalam neraca lengan terdapat dua piringan. Piringan pertama digunakan untuk meletakkan benda yang akan diukur, sedangkan piringan kedua digunakan untuk meletakkan beberapa anak timbangan. Massa benda diketahui nilainya jika lengan yang digantungi piringan pertama seimbang dengan lengan yang digantungi piringan kedua. Oleh karena itu besar massa benda diketahui dengan menjumlahkan anak timbangan. Berikut gambarnya.

Pengukuran Waktu

Alat ukur waktu yang umum yang digunakan adalah stopwatch. Terdapat dua macam stopwatch, antara lain :

1)      Stopwatch analog

Stopwatch analog berfungsi sebagai alat untuk mengukur lamanya waktu yang diperlukan dalam suatu kegiatan. Stopwatch analog mempunyai jarum penunjuk. Jarum panjang menunjukkan detik, sedangkan jarum pendek menunjukkan menit.

2)      Stopwatch digital

Stopwatch digital adalah stopwatch yang menggunakan layar sebagai penunjuk hasil pengukuran.

B.    Besaran dan Satuan.

§  Pengertian Besaran dan Satuan

    Besaran adalah segala sesuatu yang didapat dari hasil pengukuran yang dinyatakan dalam bentuk angka dan disertai satuannya. Satuan adalah suatu pembanding dalam pengukuran. Satuan Internasional (SI) merupakan satuan yang membahas berat dan ukuran. Besaran dibagi menjadi 2 macam, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

1)    Besaran Pokok.

Besaran pokok adalah dasar besaran untuk menetapkan besaran yang lain. Satuan besaran pokok disebut satuan pokok dan telah ditetapkan terlebih dahulu berdasarkan kesepakatan para ilmuwan. Sementara itu, dimensi besaran pokok diwakili dengan simbol.  

2)    Besaran Turunan.

Besaran turunan adalah besaran yang dapat diturunkan dari besaran pokok. Satuan besaran turunan disebut satuan turunan dan diperoleh dengan menggabungkan beberapa satuan besaran pokok. Berikut adalah contoh besaran turunan beserta satuan dimensinya.

3)      Besaran Skalar dan Vektor.

Berdasarkan ada tidaknya arah, besaran juga dikelompokkan menjadi 2, yaitu besaran skalar dan besaran vektor.

a.     Besaran Skalar

Besaran skalar adalah besaran yang hanya mempunyai nilai (besar). Contoh besaran skalar antara lain : massa, panjang, waktu, volume, energi, dan muatan listrik. Besaran skalar selalu bernilai positif.

Misalnya : massa Andi 45 kg, panjang pensil 25 cm, dan volume bak mandi 2000 liter.

b.      Besaran Vektor

Besaran vektor adalah besaran yang mempunyai nilai (besar) dan arah. Contoh besaran vektor antara lain perpindahan, kecepatan, percepatan, momentum, dan gaya. 

Misalnya : Anis berlari ke utara dengan kecepatan 5 km/jam dan Ariel menggeser lemari sejauh 4 meter ke barat.

Demikian sharing materi tentang pengukuran, besaran dalam fisika, dan satuannya. Semoga bermanfaat. Wassalamu'alaikum Warahmatullahi Wabarokatuh.....