Pengukuran Besaran Fisika

Transkripsi

1 Pengukuran Besaran Fisika Seseorang melakukan pengukuran artinya orang itu membandingkan sesuatu dengan suatu acuan. Sehingga mengukur didefinisikan sebagai kegiatan membandingkan sesuatu yang diukur dengan besaran tertentu yang telah ditetapkan sebagai acuan. Dalam fisika acuan pengukuran ini disebut satuan. Dengan pengertian bahwa satuan merupakan sesuatu yang digunakan sebagai pembanding dalam pengukuran. Contoh : Seorang penjahit mengukur panjang lengan baju pelanggannya sepanjang 52 cm. pengukuran atau satuan disini adalah cm. Acuan Sebelum mulai melakukan pengukuran, langkah awal yang paling penting adalah memeriksa kondisi alat yang akan dipakai untuk mengukur dan mempertimbangkan aspek ketepatan dan kesalahan yang mungkin terjadi. Misalnya bila memakai jangka sorong atau micrometer sekrup maka teliti terlebih dahulu apakah skala kedua alat tersebut cukup jelas atau tidak dan apabila memakai voltmeter atau amperemeter maka periksa dahulu titik nolnya. Berikut ini dijelaskan beberapa contoh pengukuran besaran-besaran pokok : Alat ukur adalah alat yang digunakan untuk mengukur suatu besaran dalam fisika. Pada umumnya ada tiga besaran yang paling banyak diukur dalam dunia fisika untuk tingkat SMA yaitu panjang, massa dan waktu. Macam-macam alat ukur panjang, massa dan waktu dapat dilihat sebagai berikut : a. Alat Ukur Panjang Alat-alat ukur panjang meliputi mistar, jangka sorong, dan mikrometer skrup. Berikut masing-masing alat ukur tersebut & penjelasannya. 1) Mistar / Penggaris Mistar, atau yang lebih dikenal dengan sebutan penggaris adalah alat yang digunakan untuk mengukur barang yang berukuran sedang dan berukuran besar. Mistar ini dapat mengukur dengan ketelitian hingga 1 mm. Alat ukur panjang yang banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari adalah mistar. Skala terkecil dari mistar adalah 1 mm (0,1 cm) dan ketelitiannya setengah skala terkecil 0, 5 mm (0,05 cm). Mistar

2 2) Jangka Sorong Dalam prakteknya, mengukur panjang kadang-kadang memerlukan alat ukur yang mampu membaca hasil ukur sampai ketelitian 0,1 mm (0,01 cm). Untuk pengukuran semacam ini kita bisa menggunakan jangka sorong. Jangka sorong adalah alat yang digunakan untuk mengukur diameter dimensi luar suatu benda, dan dimensi dalam suatu benda. Jangka sorong memiliki 2 bagian, yaitu rahang tetap yang fungsinya sebagai tempat skala tetap yang tidak dapat digerakkan letaknya, dan rahang sorong yang fungsinya sebagai tempat skala nonius dan dapat digeser-geser letaknya untuk menyesuaikan dan mengukur benda. Jangka sorong ini dapat mengukur dengan ketelitian hingga 0,1 mm Jangka sorong digunakan untuk mengukur ketebalan benda, diameter luar, diameter dalam dan kedalaman lubang suatu benda. Alat ini memiliki tingkat ketelitian alat sebesar 0,1 mm atau 0,01 cm. Jangka sorong terdiri dari sepasang rahang. Satu rahang bersifat tetap dan satu lagi dapat digeser (bergerak). Pada rahang tetap terdapat skala utama (dalam satuan cm), sedangkan pada rahang geser terdapat 10 skala yang nilai 1 skalanya 0,9 mm dan skala ini yang disebut skala nonius. Perhatikan pengukuran dengan jangka sorong berikut ; Benda yang akan diukur ditempatkan diantara kedua rahang. Ketebalan benda adalah jumlah dari skala utama dan skala nonius. Pengukuran diatas bila diperbesar akan menghasilkan gambar berikut: 5 6 S. utama 0 10 S. nonius Cara membaca skala pada alat ini adalah sebagai berikut : 1) Baca skala utama sampai pada skala yang terdekat sebelum ke nol pada skala nonius. Misalnya pada gambar diatas skala utamanya menunjukan angka 5,7 cm.

3 2) Baca skala nonius dimulai dari nol sampai pada garis yang berimpit dengan skala utama. Pada gambar, skala nonius yang berimpit dengan skala utama terletak pada skala 7. Maka nilai skala noniusnya : 7 x 0,01 = 0,07 cm. 3) Maka ketebalan benda = angka skala utama + angka skala nonius = 5,7 + 0,07 = 5,77 cm Dengan demikian, penulisan hasil pengukurannya adalah = (5,77 0,01) cm 3) Mikrometer Skrup Mikrometer skrup adalah alat yang digunakan untuk mengukur ketebalan benda yang tipis, panjang benda yang kecil, dan dimensi luar benda yang kecil. Mikrometer skrup memiliki 3 bagian, yaitu selubung utama yang fungsinya sebagai tempat skala utama yang akan menunjukkan berapa hasil pengukuran dan bagian ini sifatnya tetap dan tidak dapat digeser-geser, lalu selubung luar yang fungsinya sebagai skala nonius yang dapat diputar-putar untuk menggerakkan selubung ulir supaya dapat menyesuaikan dengan benda yang diukur, dan selubung ulir yang fungsinya sebagai bagian yang dapat digerakkan dengan cara memutar-mutar selubung luar sehingga dapat menyesuaikan dengan bentuk benda yang diukur. Mikrometer skrup ini dapat mengukur dengan ketelitian hingga 0,01 mm. Untuk mengukur benda dengan ketelitian yang tinggi harus menggunakan mikrometer sekrup. Alat ini digunakan untuk mengukur ketebalan benda dan alat ini terdiri dari poros bersilinder yang masuk pada silinder pemutar. Poros bersilinder dihubungkan dengan skala utama dalam satuan mm (atas) dan 0,5 mm (bawah). Sedangkan pada silinder pemutar terdapat garis-garis skala nonius yang terdiri dari 50 skala. Bila silinder pemutar diputar satu putaran penuh, maka silinder akan bergerak sebesar 0,5 mm. Karena silinder memiliki 50 skala maka bila silinder berputar 1 skala, silinder akan bergerak sebesar 0,01 mm. Dengan demikian tingkat ketelitian mikrometer sekrup adalah 0,01 mm. Perhatikan pengukuran dengan mikrometer sekrup berikut ; Pada pengukuran gambar diatas bila diperbesar menghasilkan gambar sebagai berikut :

4 Cara membaca skala pada alat ini adalah sebagai berikut : 1) Baca skala utama sampai pada batas silinder pemutar. Misalnya pada gambar diatas skala utamanya bernilai 5,5 mm (garis atas pada skala 5 & garis bawah pada skala 0,5). 2) Baca skala nonius pada silinder pemutar sampai pada garis yang berimpit dengan garis horizontal pada skala utama. Pada gambar diatas, skala yang berimpit terletak pada garis ke 30, maka nilai skala noniusnya : 30 x 0,01 = 0,30 mm. 3) Maka ketebalan benda = angka skala utama + angka skala nonius = 5,5 + 0,30 = 5,80 mm Dengan demikian, penulisan hasil pengukurannya adalah = (5,80 0,01) mm b. Alat Ukur Massa Hanya ada satu jenis alat ukur massa, yaitu neraca. Meski begitu, sebenarnya neraca jenisnya bermacam-macam. Berikut penjelasannya. Neraca, atau yang lebih dikenal dengan sebutan timbangan adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa suatu benda. Ada beberapa jenis neraca, yaitu : 1) Neraca Pasar, yaitu neraca yang biasa digunakan di pasar-pasar tradisional, bentuknya seperti pada gambar di bawah. Cara pemakaian neraca ini yaitu dengan meletakkan benda yang akan ditimbang di bagian yang berbentuk mirip baskom, lalu di bagian sebelahnya yang datar diletakkan bandul neraca yang hampir seimbang dengan bobot benda, selanjutnya lengan neraca akan bergerak dan hasil pengukuran dapat diketahui. 2) Neraca Dua Lengan, yaitu neraca yang biasanya terdapat di laboratorium, bentuknya seperti pada gambar di atas. Cara pemakaian neraca ini hampir sama dengan cara pemakaian neraca pasar, bedanya bandul neraca yang terdapat pada neraca pasar dapat digantikan dengan barang lain. 3) Neraca Tiga Lengan, yaitu neraca yang juga biasanya terdapat di laboratorium, bentuknya seperti pada gambar di samping. Cara pemakaian neraca ini yaitu dengan cara menggeser ketiga penunjuk ke sisi paling kiri (skalanya menjadi nol), kemudian letakkan benda yang akan diukur pada bagian kiri yang terdapat tempat untuk benda yang akan diukur, lalu geser ketiga penunjuk ke kanan hingga muncul keseimbangan, dan hasil pengukuran dapat diketahui.

5 c. Alat Ukur Waktu Waktu adalah selang antara dua kejadian/peristiwa. Misalnya, waktu siang adalah sejak matahari terbit hingga matahari tenggelam, waktu hidup adalah sejak dilahirkan hingga meninggal. Untuk peristiwaperistiwa yang selang terjadinya cukup lama, waktu dinyatakan dalam satuan-satuan yang lebih besar, misalnya menit, jam, hari, bulan, tahun, abad dan lain-lain. Stop Watch Ticker Timer 1 hari = 24 jam ; 1 jam = 60 menit ; 1 menit = 60 sekon Sedangkan, untuk kejadian-kejadian yang cepat sekali bisa digunakan satuan milisekon (ms) dan mikrosekon (μs). Untuk keperluan sehari-hari, telah dibuat alat-alat pengukur waktu, misalnya stopwatch dan jam tangan. d. Pengukuran dan ketakpastian pengukuran Dalam melakukan pengukuran pasti terdapat kesalahan, baik kesalah alat maupun kesalahan si pengukur. Dengan kata lain pasti akan ada ketidakpasitian dalam pengukuran. Kesalahan adalah penyimpangan nilai ukur dari nilai benar. Kesalahan pengukuran ada tiga macam: a. Kesalahan Sistematis 1. Kesalahan Kalibrasi (Faktor alat) Penyesuaian kembali perangkat pengukuran agar sesuai dengan besaran dari standar akurasi semula. 2. Kesalahan Titik Nol (0) Hal ini terjadi karena titik nol skala tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk. 3. Kelelahan Alat Dikarenakan alat sering dipakai terus menerus sehingga alat tidak akurat lagi. Contoh: pegas yang mulai mengendur; jarum penunjuk pada voltmeter bergesekan dengan garis skala. 4. Kesalahan Paralaks/Paralax (Sudut Pandang) Ketika membaca nilai skala, pembaca berpindah tempat / tidak tepat melihatnya / obyek yang dilihat berbeda dengan obyek pertama yang diamati.

6 b. Kesalahan Rambang (Kesalahan yang Tidak Dapat Dikendalikan) Disebabkan karena adanya sedikit fluktuasi pada kondisi-kondisi pengukuran. contoh fluktuasi tegangan listrik; gerak brown molekul udara; landasan obyek bergetar. c. Keteledoran Pengamat Keterbatasan pengamat dalam membaca hasil pengukuran. Besaran dan Satuan 1. Besaran pokok dan besaran turunan Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan di nyatakan dengan angka atau nilai dan memilki satuan. Dalam fisika ada dua besaran yaitu : a. Besaran pokok Besaran pokok adalah besaran yang satuannya didefenisikan terlebih dahulu dan tidak dijabarkan dari besaran lain. Perhatikan tabel besaran pokok berikut ini : No. Nama Besaran Satuan Lambang Satuan 1 Panjang Meter M 2 Massa Kili gram kg 3 Waktu Sekon s 4 Suhu Kelvin K 5 Kuat arus Ampere A 6 Intensitas cahaya Candela Cd 7 Jumlah zat Mol mol b. Besaran turunan Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Contoh : Luas Satuan luas = panjang x lebar = satuan besar panjang x satuan besar panjang = m x m = m 2 Contoh lain dapat dilihat ditabel berikut : No. Besaran turunan Rumus Satuan Symbol 1 Luas A = p x l Meter 2 m 2 2 Volume V = p x l xt Meter 3 m 3 3 Percepatan m/s 2 4 Gaya F = m x a 5 Usaha W = F x s 6 Daya

7 2. Satuan dan konversinya a. Satuan standar Ada tujuh satuan standar yaitu sebagai berikut : 1) Panjang, adalah jarak antara dua titik dalam ruang. Lebar, tinggi, jari-jari lingkaran termasuk dalam besaran panjang. Dalam SI panjang adalah meter. 2) Satuan standar massa adalah kilogram 3) Satuan waktu dalam SI adalah sekon 4) Satuan suhu. 1 kelvin adalah 1/276,16 suhu titik tripel air 5) Satuan kuat arus adalah ampere 6) Satuan intensitas cahaya adalah candela 7) Satuan jumlah zat adala mol b. Satuan besaran turunan No Besaran turunan Nama satuan Simbol Turunan 1 Massa jenis ( ) - - kg m -3 2 Kecepatan (v) - - m s -2 3 Gaya (F) Newton N kg m s -2 4 Tekanan (P) Pascal Pa N m -2 5 Usaha, energi, kalor Joule J N m 6 Daya (P) Watt W J s -2 7 Muatan listrik (Q) Coulumb C A s 8 Beda potensial listrik (V) Volt V W A -1 9 Hambatan listrik (R) Ohm V A Frekuensi (f) herzt Hz s Luas Hektar ha 10 2 m 2 12 Volume Liter I 10-3 m 3 13 Sudut datar Radian rad - 14 Sudut ruang steradian sr - c. Sistem Satuan Untuk keseragaman satuan, maka diberlakukan penggunaan SI. System SI diambil metrics dalam bentuk MKS. Perhatikan table berikut : Contoh : Dalam bentuk CGS : Dalam bentuk MKS : Panjang = 20 cm (CGS) Panjang = 0,2 meter (MKS) Lebar = 10 cm (CGS) Lebar = 0,1 meter (MKS) Tebal = 5 CM (CGS) Tebal = 0,05 meter (MKS) Volume = 2x10x5 = cm 3 (CGS) Volume = 0,02x0,1x0,05=0,001m 3 (MKS)

8 d. Konversi Satuan Besaran Pokok 1) Konversi satuan panjang dan satuan massa Mengubah/konversi satuan panjang/massa adalah mengubah satuan panjang/massa yang satu ke satuan yang lain. Cara mengunakan tangga konversi : o Setiap turun satu anak tangga maka bilangan asal di kalikan 10 o Setiap naik satu anak tangga maka bilangan asal dibagi 10. 2) Konversi satuan dari system imperia ke SI o Konversi satuan panjang 1 mil = yard = 1,609 km 1 liter = 10-3 m 3 = 1 dm 3 1 yard = 3 feet = 0,9144 m 1 ml = 1 cm 3 = 1 cc 1 feet = 12 inch = 0,3048 m 1 atm = 1,013 x 10 5 pascal 1 inch = 2,54 cm = 0,0254 m 1 gauss = 10-4 tesla o Konversi satuan waktu 1 hari = 24 jam 1 kwh = 3,6 x 10 6 joule 1 jam = 60 menit 1 kalori = 0,24 joule 1 menit = 60 detik 1 erg = 10-7 joule o Konversi satuan massa 1 ton = kg 1 dyne = 10-5 Newton 1 kwintal = 100 kg 1 pound = 0,4536 kg

9 e. Penggunaan awalan Hasil pengukuran maupun perhitungan biasanya menghasilkan angka-angka yang sangat kecil maupun sangat besar. Untuk mempermudah penulisan, maka di gunakan awalan yang mempunyai kelipatan tertentu. Perhatikan tabel berikut : 3. Dimensi Dimensi suatu besaran menyatakan cara besaran itu tersusun atas besaran-besaran pokok. Lambang dimensi besaran-besaran pokok, sebagai berikut : Dimensi besaran turunan : No Besaran Pokok Dimensi Satuan 1 Panjang L meter (m) 2 Massa M kilogram (kg) 3 Waktu T sekon (s) 4 Kuat arus listrik I ampere (A) 5 Suhu kelvin (K) 6 Intensitas cahaya J candela (Cd) 7 Jumlah zat N mol (mol) No Besaran Turunan Satuan Dimensi 1 Luas m 2 [ L ] 2 2 Volume m 3 [ L ] 3 3 Kecepatan m/s [ L ] [ T ] -1 4 Percepatan m/s 2 [ L ] [ T ] -2 5 Gaya kg.m/s 2 [ M ] [ L ] [ T ] -2 6 Usaha kg. m 2 /s 2 [ M ] [ L ] 2 [ T ] -2 7 Daya kg. m 2 /s 3 [ M ] [ L ] 2 [ T ] -3