Pengukuran, Besaran, dan Satuan - Fisika Kelas 10
Seberapa besarkah massa tubuh Anda, 40 kg, 60 kg, atau 80 kg? Bagaimana Anda dapat mengetahui massa Anda tersebut? Anda dapat mengetahui massa Anda tersebut dengan cara mengukur massa tubuh Anda dengan menggunakan timbangan badan. Timbangan badan atau neraca adalah alat yang dapat digunakan untuk mengukur massa suatu benda.
Dalam kehidupan sehari -hari, selain neraca, banyak sekali alat ukur yang dapat membantu Anda untuk mengetahui besaran yang Anda ukur. Ketika ingin mengukur tinggi badan Anda, mistar atau meteran pita dapat Anda gunakan. Ketika suhu tubuh Anda panas, Anda dapat menggunakan termometer untuk mengetahui seberapa panas suhu tubuh Anda. Demikian pula, ketika Anda ingin mengetahui berapa lama suatu peristiwa berlangsung, Anda dapat menggunakan jam atau stopwatch. Selain itu Anda pun dapat mengukur diameter sebuah benda dengan menggunakan jangka sorong atau mikrometer sekrup. Sebenarnya, masih banyak alat ukur lainnya yang dapat Anda temukan. Dapatkah Anda menyebutkan dan menggunakannya? Supaya Anda lebih memahami cara mengukur besaran Fisika, seperti massa, panjang, dan waktu, pelajarilah bab ini dengan saksama.
A. SISTEM PENGUKURAN
Amatilah tinggi badan teman Anda, apakah terlihat lebih tinggi atau lebih pendek daripada badan Anda? Anda dapat mengetahui jawabannya dengan membandingkan tinggi badan Anda dengan teman Anda. Akan tetapi, Anda akan mengalami kesulitan dalam menentukan secara tepat seberapa besar perbedaan tinggi yang ada pada Anda dan teman Anda. Dalam menentukan besarnya perbedaan ini, Anda tentunya membutuhkan alat bantu yang dapat memberikan solusinya dengan tepat.
Dalam kasus ini, secara tidak langsung Anda telah melakukan suatu proses pengukuran. Membandingkan suatu besaran dengan besaran lain yang telah ditetapkan sebagai standar pengukuran disebut mengukur. Alat bantu dalam proses pengukuran disebut alat ukur. Berikut ini akan dijelaskan proses pengukuran dengan menggunakan beberapa alat ukur, antara lain alat ukur panjang (mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup), alat ukur massa, dan alat ukur waktu.
1. Alat Ukur
Ketika Anda akan melakukan pengukuran suatu besaran Fisika, dibutuhkan alat ukur untuk membantu Anda mendapatkan data hasil pengukuran. Untuk mengukur panjang suatu benda, dapat menggunakan mistar, jangka sorong, atau mikrometer ulir (sekrup) . Untuk mengukur massa suatu benda dapat menggunakan timbangan atau neraca. Adapun untuk mengukur waktu, Anda dapat menggunakan jam atau stopwatch. Dapatkah Anda menyebutkan alat ukur lainnya selain alat ukur tersebut?
Selain faktor alat ukur, untuk mendapatkan data hasil pengukuran yang akurat perlu juga dipertimbangkan faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi proses pengukuran, antara lain benda yang diukur, proses pengukuran, kondisi lingkungan, dan orang yang melakukan pengukuran.
a. Mistar Ukur
 |
| Mistar Ukur |
b. Jangka Sorong
Pernahkah Anda melihat atau menggunakan alat ukur yang memiliki skala nonius? Salah satu alat ukur ini adalah jangka sorong. Anda dapat menggunakan alat ukur ini untuk mengukur diameter dalam, diameter luar, serta kedalaman suatu benda yang akan diukur.
Jangka sorong merupakan alat ukur panjang yang terdiri atas skala utama, skala nonius, rahang pengatur garis tengah dalam, rahang pengatur garis tengah luar, dan pengukur kedalaman. Rahang pengatur garis tengah dalam dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian dalam sebuah benda. Adapun rahang pengatur garis tengah bagian luar dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian luar sebuah benda.
 |
| Jangka Sorong |
Coba Anda ukur panjang sebuah benda dengan menggunakan alat ukur ini. Ketika Anda menggunakan jangka sorong, Anda akan menemukan nilai skala terkecil pada alat ukur tersebut. Tahukah Anda apakah nilai skala terkecil itu? Nilai skala terkecil pada jangka sorong, yakni perbandingan antara satu nilai skala utama dengan jumlah skala nonius. Skala nonius jangka sorong pada Gambar diatas, memiliki jumlah skala 1mm / 20 = 0,05 mm. Nilai ketidakpastian jangka sorong ini adalah setengah dari skala terkecil sehingga jika dituliskan secara matematis, diperoleh
b. Mikrometer Ulir (Sekrup)
Seperti halnya jangka sorong, mikrometer ulir (sekrup) terbagi ke dalam beberapa bagian, di antaranya landasan, poros, selubung dalam, selubung luar, roda bergerigi, kunci poros, dan bingkai (Gambar dibawah ini). Skala utama dan nonius terdapat dalam selubung bagian dalam dan selubung bagian luar.
 |
| Mikrometer Ulir (Sekrup) |
Selubung bagian luar adalah tempat skala nonius yang memiliki 50 bagian skala. Satu skala nonius memiliki nilai 0,01 mm. Hal ini dapat diketahui ketika Anda memutar selubung bagian luar sebanyak satu kali putaran penuh, akan diperoleh nilai 0,5 mm skala utama. Oleh karena itu, nilai satu skala nonius adalah 0,5/50 mm = 0,01 mm sehingga nilai ketelitian atau ketidakpastian mikrometer ulir (sekrup) adalah Δx =1/2 × 0,01 mm = 0,005 mm atau 0,0005 cm.
c. Stopwatch
 |
| Stopwatch |
Pernahkah Anda mengukur,berapa lama Anda berlari? Menggunakan apakah Anda mengukurnya? Banyak sekali macam dan jenis alat ukur waktu. Salah satu contohnya adalah stopwatch. Stopwatch merupakan alat pengukur waktu yang memiliki skala utama (detik) dan skala terkecil (milidetik). Pada skala utama, terdapat 10 bagian skala terkecil sehingga nilai satu skala terkecil yang dimiliki oleh stopwatch analog adalah 0,1 detik. Ketelitian atau ketidakpastian (Δx) dari alat ukur stopwatch analog adalah Δx=1/2 × 0,1 detik = 0,05 detik. Selain stopwatch analog, terdapat juga stopwatch digital. Menurut Anda samakah pengukuran stopwatch analog dengan stopwatch digital? Manakah yang lebih akurat?
d. Neraca
 |
| Neraca |
2. Pengukuran Tunggal dan Pengukuran Berulang
Dalam melakukan pengukuran, mungkin Anda pernah merasa bahwa dengan hanya sekali mengukur, data yang diperoleh sudah memiliki tingkat ketelitian yang cukup. Akan tetapi, adakalanya pengukuran tidak dapat dilakukan hanya sekali, melainkan berulang-ulang. Oleh karena itu, pengukuran dibagi menjadi dua cara, yakni pengukuran tunggal dan pengukuran berulang.
a) Pengukuran Tunggal
1)Pengukuran tunggal menggunakan mistar
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ketelitian pengukuran mistar adalah 0,5 mm. Setiap pengukuran selalu disertai dengan ketidakpastian sehingga nilai ini selalu diikutsertakan dalam hasil pengukuran. Coba perhatikan Gambar dibawah.
Misalkan, hasil pengukuran adalah 2,1 cm. Oleh karena ketidakpastian memiliki nilai dua angka di belakang koma, yakni 0,05 cm maka hasil pengukuran ditulis pula dalam dua angka di belakang koma sehingga menjadi 2,10 cm. Panjang pengukuran dapat dituliskan menjadi:
2) Pengukuran tunggal menggunakan jangka sorong
Anda telah mempelajari pengukuran tunggal menggunakan mistar. Sekarang, Anda akan belajar bagaimana melakukan pengukuran tunggal menggunakan jangka sorong.
Perhatikan Gambar dibawah. Hasil pengukuran panjang sebuah logam yang terbaca pada skala utama, yakni berada di antara 2,3 cm dan 2,4 cm. Nilai ini didapat dari pembacaan posisi nilai nol pada skala nonius yang berada di antara nilai 2,3 cm dan 2,4 cm pada skala utama. Perhatikan skala nonius pada Gambar dibawah. Skala atau garis ke-12 pada skala nonius berhimpit dengan skala atau garis pada skala utama, yakni pada nilai 4,7 cm. Oleh karena nilai terkecil dari skala nonius adalah 0,05 mm atau 0,005 cm, penulisan panjang logam menjadi 2,3 cm + (12 × 0,005 cm) = 2,36 cm.
 |
| Pengukuran tunggal menggunakan jangka sorong |
Seperti yang Anda ketahui bahwa setiap alat ukur memiliki nilai tingkat ketelitian atau ketidakpastian. Nilai ketelitian yang dimiliki oleh jangka sorong adalah setengah dari nilai skala terkecil, yakni 0,025 mm atau 0,0025 cm. Seperti halnya pengukuran tunggal menggunakan mistar, nilai di belakang koma pada nilai ketelitian harus sama dengan nilai di belakang koma pada nilai hasil pengukuran. Oleh karena itu, panjang logam dapat ditulis kembali menjadi 2,3600 cm. Panjang hasil pengukuran secara matematis dapat ditulis:
3) Pengukuran tunggal menggunakan mikrometer ulir (sekrup)
Pada Gambar dibawah ini terlihat nilai skala utama yang terbaca dari hasil pengukuran panjang dari benda adalah 5 mm. Nilai skala utama yang terbaca tersebut diperoleh dari nilai yang berhimpit dengan selubung bagian luar. Skala nonius yang berhimpit dengan sumbu utama pada skala utama me-nunjukkan nilai nonius yang terbaca, yakni bagian skala ke-45.
 |
| Pengukuran tunggal menggunakan mikrometer ulir (sekrup) |
Oleh karena nilai terkecil yang dimiliki mikrometer ulir pada skala nonius adalah 0,01 mm, nilai yang terbaca pada skala nonius menjadi 0,45 mm dan panjang benda menjadi 5 mm + 0,45 mm = 5,45 mm. Nilai ketelitian yang dimiliki mikrometer ulir (sekrup) adalah 0,005 mm, yakni setengah dari skala terkecil yang dimiliki skala nonius pada mikrometer ulir. Nilai ketelitian mikrometer ulir memiliki tiga nilai di belakang koma sehingga nilai pengukurannya harus ditulis 5,450 mm dan panjang pengukuran adalah
dan secara matematis, dapat ditulis
Setelah Anda memahami mengenai pengukuran tunggal pada mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup, bagaimanakah caranya jika Anda melakukan pengukuran tunggal dengan menggunakan stopwatch dan neraca? Coba diskusikan bersama teman dan guru Anda.
b) Pengukuran Berulang
Setelah Anda mempelajari pengukuran tunggal, sekarang Anda akan belajar pengukuran berulang. Pengukuran berulang adalah pengukuran yang dilakukan tidak hanya sekali, melainkan berulang-ulang supaya mendapatkan ketelitian yang maksimal dan akurat. Pengukuran berulang digunakan ketika dalam proses mengukur, Anda mendapatkan hasil yang berbeda-beda dari segi pandang, baik dari segi pengamat (pengukur) maupun dari segi objek yang diukur. Ketika Anda melakukan pengukuran tunggal, ketelitian atau ketidakpastian yang diperoleh adalah setengah dari skala terkecil. Dalam pengukuran berulang, pernyataan ini tidak berlaku melainkan menggunakan simpangan baku (Sx).Hasil pengukuran panjang suatu benda dapat berbeda-beda jika dilakukan berulang-ulang. Laporan hasil pengukurannya berupa rata-rata nilai hasil pengukuran dengan ketidakpastian yang sama dengan simpangan bakunya. Sebagai contoh, hasil pengukuran panjang sebuah benda sebanyak n kali adalah x1, x2, x3, …, xn. Nilai rata-ratanya, yaitu
dengan n adalah jumlah data yang diukur dan
adalah nilai rata-rata hasil pengukuran. Simpangan bakunya dapat ditulis sebagai berikut.
Adapun untuk menentukan ketidakpastian gabungan dapat Anda lihat pada Tabel berikut ini.
 |
| Rumus Ketidakpastian Gabungan |
B. ANGKA PENTING
Hasil pengukuran yang telah Anda lakukan dengan menggunakan alat ukur adalah nilai data hasil pengukuran. Nilai ini berupa angka-angka dan termasuk angka penting. Jadi, definisi dari angka penting adalah semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran, termasuk angka terakhir yang ditaksir atau diragukan. Angka-angka penting ini terdiri atas angka-angka pasti dan satu angka taksiran yang sesuai dengan tingkat ketelitian alat ukur yang digunakan.Semua angka-angka hasil pengukuran adalah bagian dari angka penting. Namun, tidak semua angka hasil pengukuran merupakan angka penting. Berikut ini merupakan aturan penulisan nilai dari hasil pengukuran.
- Semua angka bukan nol merupakan angka penting. Jadi, 548 memiliki 3 angka penting dan 1,871 memiliki 4 angka penting.
- Angka nol yang terletak di antara dua angka bukan nol termasuk angka penting. Jadi, 2,022 memiliki 4 angka penting.
- Angka nol yang terletak di sebelah kanan tanda koma dan angka bukan nol termasuk angka penting.
- Angka nol yang terletak di sebelah kiri angka bukan nol, baik yang terletak di sebelah kiri maupun di sebelah kanan koma desimal, bukan angka penting. Jadi, 0,63 memiliki 2 angka penting dan 0,008 memiliki 1 angka penting. Hal ini akan lebih mudah terlihat jika ditulis 63 × 10–2 dan 8 × 10–3.
C. BESARAN DAN SATUAN
Cobalah Anda ukur panjang, lebar, dan tinggi buku Anda menggunakan mistar. Berapa hasilnya? Tentu hasilnya akan berbeda antara satu buku dan buku lainnya. Misalnya, buku pertama panjangnya 20 cm, lebarnya 15 cm, dan tebalnya 4 cm. Panjang, lebar, dan tinggi buku yang Anda ukur tersebut, dalam fisika, merupakan contoh-contoh besaran. Sementara itu, angka 20, 15, dan 4 menyatakan besar dari besaran tersebut dan dinyatakan dalam satuan centimeter (cm). Dengan demikian, besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka, sedangkan satuan adalah ukuran suatu besaran.Banyak besaran-besaran dalam fisika. Akan tetapi, secara umum, besaran dikelompokkan menjadi dua, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Untuk lebih memahaminya, pelajari bahasan-bahasan berikut ini.
1. Besaran Pokok dan Turunan
Setiap besaran memiliki satuan yang berbeda sesuai dengan yang telah ditetapkan. Besaran dalam Fisika dikelompokkan menjadi besaran pokok dan besaran turunan.a. Besaran Pokok
Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu dan tidak bergantung pada besaran lainnya. Terdapat tujuh besaran pokok yang telah ditetapkan, yakni massa, waktu, panjang, kuat arus listrik, temperatur, intensitas cahaya, dan jumlah zat. Selain itu, terdapat dua besaran tambahan yang tidak memiliki dimensi, yakni sudut datar dan sudut ruang (tiga dimensi). Satuan dan lambang satuan dari besaran pokok dapat Anda lihat pada Tabel berikut.Tabel Tujuh Besaran Pokok dalam Sistem Internasional
| Besaran Pokok | Satuan | Lambang Satuan |
|---|---|---|
| Panjang | meter | m |
| Massa | kilogram | kg |
| Waktu | sekon (detik) | s |
| Arus Listrik | ampere | A |
| Suhu | kelvin | K |
| Intensitas Cahaya | kandela | cd |
| Jumlah Zat | mole | mol |
Tabel Dua Besaran Tambahan dalam Sistem Internasional
| Besaran Tambahan | Satuan | Lambang Satuan |
|---|---|---|
| Sudut datar | radian | rad |
| Sudut ruang | steradian | sr |
b. Besaran Turunan
Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari beberapa besaran pokok. Sebagai contoh, volume sebuah balok adalah panjang × lebar × tinggi. Panjang, lebar, dan tinggi adalah besaran pokok yang sama. Dengan kata lain, volume diturunkan dari tiga besaran pokok yang sama, yakni panjang. Contoh lain adalah kelajuan, yakni jarak dibagi waktu. Kelajuan diturunkan dari dua besaran pokok yang berbeda, yakni panjang (jarak) dan waktu.Selain memiliki satuan yang diturunkan dari satuan besaran pokok, besaran turunan juga ada yang memiliki nama satuan tersendiri. Beberapa contoh besaran turunan dan satuannya ditampilkan pada Tabel berikut.
Tabel Besaran Turunan yang Memiliki Satuan Tersendiri
| Besaran Turunan | Satuan | Lambang Satuan |
|---|---|---|
| Gaya | newton | N |
| Energi | joule | J |
| Daya | watt | W |
| Tekanan | pascal | Pa |
| Frekuensi | hertz | Hz |
| Muatan Listrik | coulomb | C |
| Beda Potensial | volt | V |
| Hambatan Listrik | ohm | Ω |
| Kapasitas Kapasitor | farad | F |
| Fluks Magnetik | weber | Wb |
| Induksi Magnetik | esla | T |
| Induktansi | henry | H |
| Fluks Cahaya | lumen | ln |
| Kuat Penerangan | lux | lx |
2. Satuan
Ada dua macam sistem satuan yang sering digunakan dalam ilmu Fisika dan ilmu teknik, yakni sistem metrik dan sistem Inggris. Satuan yang akan dibahas dalam materi ini adalah sistem metrik saja. Sistem metrik kali pertama digunakan di negara Prancis yang dibagi menjadi dua bagian, yakni sistem MKS (meter - kilogram - sekon) dan CGS (centimeter - gram - sekon). Akan tetapi, satuan internasional menetapkan sistem MKS sebagai satuan yang dipakai untuk tujuh besaran pokok.a.Penetapan Satuan Panjang
Kali pertama, satu meter didefinisikan sebagai jarak antara dua goresan yang terdapat pada kedua ujung batang platina-iridium pada suhu 0°C yang disimpan di Sevres dekat Paris. Batang ini disebut meter standar. Meskipun telah disimpan pada tempat yang aman dari pengaruh fisik dan kimia, meter standar ini akhirnya mengalami perubahan panjang walaupun sangat kecil. Pada 1960, satu meter standar didefinisikan sebagai jarak yang sama dengan 1.650.763,73 kali riak panjang gelombang cahaya merah-jingga yang dihasilkan oleh gas kripton.b.Penetapan Satuan Massa
Kilogram standar adalah sebuah massa standar, yakni massa sebuah silinder platina-iridium yang aslinya disimpan di Sevres dekat Paris. Di Kota Sevres terdapat tempat kantor internasional tentang berat dan ukuran. Selanjutnya, massa kilogram standar disamakan dengan massa 1 liter air murni pada suhu 4°C.c.Penetapan Satuan Waktu
Satuan waktu dalam SI adalah detik atau sekon. Pada awalnya, 1 detik atau 1 sekon didefinisikan dengan 1/86.400 hari Matahari rata-rata. Oleh karena 1 hari Matahari rata-rata dari tahun ke tahun tidak sama, standar ini tidak berlaku lagi. Pada 1956, sekon standar ditetapkan secara internasional, yakni
d.Penetapan Satuan Arus Listrik
Arus listrik yang diukur memiliki satuan ampere. Satu ampere didefinisikan sebagai jumlah muatan listrik satu coulomb (1 coulomb = 6,25 × 1018 elektron) yang melewati suatu penampang dalam waktu 1 sekon.e. Penetapan Satuan Suhu
Sebelum 1954, titik acuan suhu diambil sebagai titik lebur es pada harga 0°C dan titik didih air berharga 100°C pada tekanan 76 cmHg. Kemudian pada 1954, dalam kongres Perhimpunan Internasional Fisika, diputuskan bahwa suhu titik lebur es pada 76 cmHg menjadi T = 273,15 K dan titik didih air pada 76 cmHg menjadi T = 373,15 K.
f. Penetapan Satuan Intensitas Cahaya
Sumber cahaya standar kali pertama menggunakan sumber cahaya buatan, yang ditetapkan berdasarkan perjanjian internasional yang disebut sebagai lilin. Pada 1948, ditetapkan sumber cahaya standar yang baru, yakni cahaya yang dipancarkan oleh benda hitam pada suhu titik lebur platina (1.773°C) yang dinyatakan dengan satuan kandela.
Satuan kandela didefinisikan sebagai benda hitam seluas satu meter persegi yang bersuhu titik lebur platina (1.773°C). Benda ini akan me-mancarkan cahaya dalam arah tegak lurus dengan kuat cahaya sebesar 6 × 105 kandela.
g. Penetapan Satuan Jumlah Zat
Jumlah zat dalam satuan internasional memiliki satuan mol. Satu mol zat terdiri atas 6,025 × 1023 buah partikel (bilangan 6,025 × 1023 disebut dengan bilangan Avogadro).
3. Faktor Pengali
Dalam sistem internasional, faktor pengali dari sebuah besaran pokok dengan besaran pokok yang lainnya adalah sama. Contoh untuk besaran panjang dan besaran massa, yakni seperti pada tabel berikut.Tabel Contoh Faktor Pengali Panjang dan Massa
| Besaran Panjang | Besaran Massa |
|---|---|
| kilometer | kilogram |
| hektometer | hektogram |
| dekameter | dekagram |
| meter | gram |
| desimeter | desigram |
| centimeter | centigram |
| milimeter | miligram |
Satuan-satuan panjang dan massa tersebut telah Anda pelajari di sekolah dasar. Faktor pengali lainnya yang akan didapatkan dalam pengukuran, yakni seperti pada tabel berikut.
Contoh penggunaanya sebagai berikut.
1 pikometer = 10-12 meter
1 mikrogram = 10-6 gram
1 megahertz = 106 hertz
1 gigawatt = 109 watt
4. Dimensi
Dalam Fisika, ada tujuh besaran pokok yang berdimensi dan dua besaran pokok tambahan yang tidak berdimensi. Semua besaran dapat ditemukan dimensinya. Jika dimensi sebuah besaran diketahui, dengan mudah dapat diketahui pula jenis besaran tersebut. Tujuh besaran pokok yang berdimensi dapat Anda lihat pada tabel berikut ini.
Dimensi suatu besaran menunjukkan bagaimana cara besaran tersebut tersusun oleh besaran-besaran pokok. Besaran pokok tambahan adalah sudut datar dan sudut ruang, masing-masing memiliki satuan radian dan steradian, tetapi keduanya tidak berdimensi.
5. Konversi Satuan
Adakalanya ketika Anda ingin melakukan operasi suatu besaran, baik penjumlahan, pengurangan, perkalian, ataupun pembagian, Anda akan mengalami kesulitan dalam melakukannya dikarenakan satuan dari besaran yang sejenis tidak sama. Misalnya, Anda akan menjumlahkan dua buah besaran kelajuan 72 km/jam + 30 m/s, penjumlahan tersebut tidak dapat Anda lakukan sebelum Anda konversi salah satu satuan dari besaran satu ke satuan besaran lainnya. Nilai 72 km/jam dapat Anda konversi menjadi m/s dengan cara sebagai berikut1 km = 1.000 m
1 jam = 3.600 s
maka 72 km/jam =72.000 m/3.600 s = 20 m/s
Jadi, Anda dapat dengan mudah menjumlahkan kedua nilai kelajuan tersebut. 20 m/s + 30 m/s = 50 m/s.
Contoh soal beserta pembahasan Pengukuran, Besaran, dan Satuan - Fisika Kelas 10 dapat dilihat DISINI
(ref: bse Departemen Pendidikan Nasional 2009)
Get notifications from this blog