Ilmu fisika dilandasi oleh pengukuran besaran fisika. Setiap pengukuran dimaksudkan untuk menghasilkan nilai ukur yang tepat dan benar

Transkripsi

1 KETELITIAN DAN KETEPATAN Ilmu fisika dilandasi oleh pengukuran besaran fisika. Setiap pengukuran dimaksudkan untuk menghasilkan nilai ukur yang tepat dan benar Ketelitian menyatakan tingkat kesesuaian atau dekatnya suatu hasil pengukuran terhadap harga yang sebenarnya, sedangkan ketepatan (presisi) menyatakan tingkat kesamaan di dalam sekelompok pengukuran atau sejumlah instrumen. Untuk menunjukkan perbedaan ketelitian dan ketepatan, bandingkan dua buah voltmeter yang pembuatan dan modelnya sama. Kedua voltmeter tersebut mempunyai jarum penunjuk yang ujungnya tajam dan juga dilengkapi dengan cermin untuk menghindari beda lihat (paralaksis); selain itu skala masing-masing voltmeter telah dikalibrasi (ditera) secara seksama. Dengan demikian, kedua alat ini dapat dibaca pada ketepatan yang sama. Jika nilai tahanan deret di dalam salah satu voltmeter berubah banyak, pembacaannya bisa mengakibatkan kesalahan yang cukup besar. Karena itu ketelitian kedua voltmeter tersebut dapat berbeda sama sekali (untuk menentukan voltmeter mana yang menghasilkan kesalahan, diperlukan perbandingan terhadap voltmeter standar). Ketepatan terdiri dari dua karakteristik, yaitu kesesuaian (conformity) dan jumlah angka yang berarti (significant figure) terhadap mana suatu pengukuran dapat dilakukan. Sebagai contoh, sebuah tahanan yang besarnya ohm setelah diukur dengan ohm meter secara konsisten dan berulang menghasilkan 1,4 mega ohm. Yang menjadi pertanyaan, apakah orang yang mengukur (pengamat) tersebut telah membaca harga yang sebenarnya? Sebetulnya yang dilakukannya adalah memperkirakan pembacaan skala yang menurut dia secara konsisten menghasilkan 1,4 mega ohm. Dalam hal ini hasil yang diberikannya adalah pembacaan yang lebih mendekati harga yang sebenarnya berdasarkan penaksiran. Walaupun dalam pengamatan ini tidak terduga penyimpangan-penyimpangan, kesalahan yang diakibatkan oleh pembatasan terhadap pembacaan skala adalah suatu kesalahan presisi (precision). Contoh yang telah diberikan menunjukkan bahwa kesesuaian adalah suatu persyaratan yang perlu tetapi belum cukup untuk memperoleh ketepatan sebab angka-angka yang berarti belum dibicarakan. Dengan cara yang sama presisi merupakan sesuatu yang perlu, tetapi belum cukup untuk persyaratan ketelitian.

2 Siswa pemula cenderung mencatat pembacaan alat ukur berdasarkan harga yang dilihatnya. Mereka tidak sadar bahwa ketelitian suatu pembacaan tidak perlu dijamin oleh ketepatannya. Kenyataannya, cara-cara pengukuran yang baik menuntut sikap yang selalu ragu tentang ketelitian hasil pengukuran. Dalam pekerjaan yang kritis, latihan yang baik menunjukkan bahwa pengamat yang melakukan satu rentetan pengukuran yang tidak saling bergantungan dengan menggunakan instrumen atau cara-cara pengukuran yang berbeda, tidak dipengaruhi oleh kesalahan-kesalahan sistematis yang sama. Ia juga harus memastikan bahwa instrumen-instrumen yang digunakannya berfungsi dengan baik dan telah dikalibrasi terhadap suatu standar yang telah diketahui, dan tidak ada pengaruh luar yang mempengaruhi ketelitian pengukuran Dalam suatu pengukuran, tidak ada pengukuran yang menghasilkan ketelitian yang sempurna, tetapi adalah penting untuk mengetahui ketelitian yang sebenarnya dan bagaimana kesalahan yang berbeda digunakan dalam pengukuran. Langkah pertama yang diperlukan untuk menguranginya adalah mempelajari kesalahan-kesalahan tersebut, di mana dari hal ini juga dapat ditentukan ketelitian hasil akhir. Menurut William (1991), adapun kesalahan-kesalahan dapat terjadi karena berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam tiga jenis utama, yaitu: 1. Kesalahan-kesalahan umum (gross-errors): Kelompok kesalahan ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia, di antaranya adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen yang tidak sesuai, dan dalam penaksiran hasil-hasil pengukuran (kesalahan penaksiran). Selama manusia terlibat dalam pengukuran, kesalahan jenis ini tidak dapat dihindari, namun walaupun jenis kesalahan ini tidak mengkin dihilangkan secara keseluruhan, usaha untuk mencegah dan memperbaikinya perlu dilakukan. Beberapa kesalahan umum dapat mudah diketahui tetapi yang lainnya mungkin sangat tersembunyi. Kesalahan umum yang sering dilakukan oleh para pemula adalah pemakaian instrumen yang tidak sesuai. Umumnya instrumen-instrumen penunjuk berubah kondisi sampai batas tertentu setelah digunakan mengukur sebuah rangkaian yang lengkap, dan akibatnya besaran yang diukur akan berubah. Sebagai contoh, sebuah voltmeter yang telah dikalibrasi dengan baik dapat menghasilkan pembacaan yang salah bila dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah

3 rangkaian tahanan tinggi, sedang bila voltmeter tersebut dihubungkan ke sebuah rangkaian yang tahananya rendah, pembacaannya bisa bergantung pada jenis voltmeter yang digunakan. Contohconntoh berikut menunjukkan bahwa voltmeter menimbulkan suatu efek pembebanan (loading effect) terhadap rangkaian, yakni mengubah keadaaan awal rangkaian tersebut sewaktu mengalami proses pengukuran. Kesalahan-kesalahan yang disebabkan oleh efek pembebanan voltmeter dapat dihindari dengan menggunakan alat tersebut secermat mungkin. Misalnya, sebuah voltmeter yang tahananya kecil tidak akan digunakan untuk mengukur-mengukur tegangan tegangan di sebuah penguat tabung hampa. Untuk pengukuran khusus seperti ini diperlukan sebuah voltmeter dengan impedansi masukan yang tinggi. Kesalahan-kesalahan umum dalam jumlah besar dapat dikenali dari keteledoran atau kebiasaan-kebiasaan yang buruk seperti: pembacaan yang tidak tepat, pencatatan yang berbeda dari aktual yang diambil, atau penyetelan instrumen yang tidak tepat. Pandang sebagai contoh sebuah voltmeter rangkuman ganda yang menggunakan satu papan skala dengan angka-angka (tanda yang berbeda untuk setiap rangkuman). Dalam hal ini adalah muda untuk untuk menggunakan sebuah skala yang tidak bersesuaian terhadap penyetelan sakelar pemilih rangkuman volmeter tersebut. Kesalahan umum juga dapat terjadi bila instrumen tersebut tidak dikembalikan ke angka nol sebelum melakukan pengukuran dan akibatnya semua pembacaan menjadi salah. Kesalahan-kesalahan seperti ini tidak dapat dinyatakan secara matematis tetapi hanya dapat dihindari dengan melakukan pembacaan yang cermat dan juga pencatatan data pengukuran yang benar.hasil yang baik memerlukan pembacaan yang lebih dari satu kali, atau mungkin dengan pengamat yang berbeda. Dalam hal ini sama sekali tidak boleh bergantung pada satu pembacaan saja, tetapi paling sedikit harus melakukan tiga pembacaan yang terpisah. 2. Kesalahan-kesalahan sistematis (systematic errors): Jenis kesalahan-kesalahan ini biasanya dibagi dalam dua bagian: 1) Kesalahan-kesalahan instrumen yakni kekurangan-kekurangan dari instrumen itu sendiri seperti kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus. Kesalahan-kesalahan instrumental (instrumental errors) merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindarkan dari instrumen karena struktur mekanisnya. Misalnya tarikan pegas yang tidak teratur, perpendekan pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan

4 instrumen secara berlebihan, juga akan mengakibatkan kesalahan-kesalahan. Jenis kesalahan instrumental lainnnya adalah keslahan kalibrasi yang mengakibatkan pembacaan instrumen yang terlalu tinggi atau rendah sepanjang seluruh skala (kegagalan mengembalikan jarum penunjuk ke nol sebelum melakukan pengukuran, memiliki efek yang serupa). Kesalahan-kesalahan instrumental terdiri dari beberapa macam bergantung pada jenis instrumen yang digunakan. Yang selalu harus diperhatikan adalah memastikan instrumen yang digunakan tersebut bekerja baik dan tidak menambah kesalahan-kesalahan lainnya. Kesalahan pada instrumen dapat diketahui dengan melakukan pemeriksaan terhadap tingkah laku yang tidak biasa terjadi, terhadap kestabilan dan terhadap kemampuan instrumen untuk memberikan hasil pengukuran yang sama. Suatu cara yang cepat dan mudah untuk memeriksa instrumen tersebut adalah membandingkannya terhadap instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap suatu alat ukur yang diketahui lebih akurat (teliti). Kesalahan-kesalahan instrumen dapat dihindari dengan cara pemilihan instrumen yang tepat untuk pemakaian tertentu, menggunakan faktor-faktor koreksi setelah mengetahui banyaknya kesalahan instrumental dan mengalibrasi instrumen tersebut terhadap sebuah instrumen standar. 2) Kesalahan-kesalahan lingkungan, yakni yang disebabkan oleh keadaan-keadaan luar yang mempengaruhi pengukuran (peralatan atau pemakai). Keadaan luar yang mempengaruhi alat ukur termasuk keadaan-keadaan di sekitar instrumen seperti: efek perubahan temperatur, kelembaban, tekanan udara luar atau medan-medan magnetik atau medan elektrostatik. Dengan demikian, suatu perubahan pada temperatur sekeliling instrumen menyebabkan perubahan sifat-sifat kekenyalan pegas yang terdapat di dalam mekanisme kumparan putar yang dengan demikian mempengaruhi pembacaan instrumen. Cara-cara yang tepat untuk mengurangi efek-efek ini diantaranya adalah penkondisian udara, penyegelan komponen-komponen instrumen tertentu secara rapat sekali, pemakaian pelindung maknetik, dan lain-lain. Kesalahan-kesalahan sistematik dapat juga dibagi dalam kesalahan statis dan kesalahan dinamis. Kesalahan statis disebabkan oleh pembatasan-pembatasan alat-alat ukur atau hukum-

5 hukum fisika yang mengatur tingkah laku alat ukur tersebut. Suatu kesalahan statis akan dihasilkan dalam sebuah mikrometer bila diberikan tekanan yang berlebihan untuk memutar poros. Kesalahan-kesalahan dinamis disebabkan oleh ketidakmampuan instrumen untuk memberikan respon (tanggapan) yang cukup cepat bila terjadi perubahan-perubahan dalam variabel yang dikur. 3. Kesalahan-kesalahan yang tak disengaja (random errors) diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat langsung diketahui sebab perubahanperubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak dan terjadi walaupun semua kesalahan-kesalahan telah diperhitungkan. Kesalahan-kesalahan ini biasanya hanya kecil pada percobaan/pengukuran yang telah direncanakan dengan baik, tetapi menjadi penting pada pekerjaan-pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi. Misalkan suatu tegangan akan diukur oleh sebuah voltmeter yang dibaca setiap setengah jam. Walaupun instrumen dioperasikan pada kondisi-kondisi lingkungan yang yang sempurna dan telah dikalibrasikan secara tepat sebelum pengukuran, akan dioperasikan hasil-hasil pembacaan yang sedikit berbeda selama periode pengamatan. Perubahan ini tidak dapat dikoreksi dengan cara kalibrasi apapun dan juga oleh cara pengontrolan yang ada. Cara satu-satunya untuk membetulkan kesalahan ini adalah dengan menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistik untuk mendapatkan pendekatan paling baik terhadap harga yang sebenarnya. NURKHAERATI MUHYIRUNG 15B08013