Materi Ajar :
PENGUKURAN
Untuk
memudahkan Anda mempelajari materi dalam bab ini, perhatikan peta konsep
berikut.
A. Prinsip Pengukuran
Dalam fisika hasil pengukuran
sangat penting karena berpengaruhi pada suatu hipotesis atau teori dari
penelitian yang dilakukan. Pengukuran adalah adalah kegiatan membandingkan
nilai suatu besaran dengan besaran
lain yang ditetapkan sebagai satuan. Saat melakukan pengukuran, hendaknya kita
harus memahami prinsip – prinsip pengukuran agar dapat meminimalisasi
kesalahan. Adapun prinsip – prinsip pengukuran meliputi :
a. Akurasi
Akurasi (ketepatan) menunjukkan
tingkat kedekatan hasil pengukuran dengan nilai yang sebenarnya. Semakin kecil
perbedaan antara nilai yang diperoleh dalam pengukuran, maka semakin tepat
hasil pengukurannya.
b. Presisi
Presisi (ketelitian) menunjukkan
seberapa dekat perbedaan (penyimpangan) hasil pengukuran suatu besaran pada
saat dilakukan pengulangan pengukuran. Semakin dekat perbedaan hasil pengukuran
yang dilakukan berulang, maka semakin teliti proses pengukuran.
B. Ketidakpastian Pengukuran
Semua pengukuran selalu diliputi
dengan kesalahan yang berkontribusi terhadap ketidakpastian hasil pengukuran
tersebut. Terdapat dua jenis kesalahan pengukuran, yaitu kesalahan acak dan
kesalahan sistematik.
Kesalahan acak
Kesalahan acak adalah kesalahan
dalam pengukuran yang memungkinkan nilai – nilai dari besaran yang diukur
menjadi tidak konsisten ketika pengukuran tersebut diulang.
Kesalahan sistematis
Kesalahan sistematis adalah
kesalahan pengukuran yang disebabkan oleh ketidaktepatan sistem pengukuran
tersebut. Kesalahan sistematis dapat dikurangi atau dihilangkan dengan usaha –
usaha berikut :
1) Lakukan
kalibrasi terhadap alat ukur yang digunakan dalam pengukuran dengan benar dan
pastikan bahwa kita telah memberikan skala yang tepat.
2) Atur
titik nol (0) skala alat ukur agar berimpit dengan titik nol (0) jarum penunjuk
skala.
3) Periksa
keadaan alat sebelum melakukan pengukuran.
4) Bacalah
skala secara tegak lurus.
5) Periksa
keadaan lingkungan, seperti suh, tekanan udara, dan kelembapan sebelum dan
sesudah pengukuran
C. Besaran, Satuan dan Dimensi
Besaran
Besaran
Fisika yaitu besaran yang diperoleh dari pengukuran. Karena diperoleh dari
pengukuran maka harus ada alat ukurnya. Sebagai contoh adalah massa. Massa
merupakan besaran fisika karena massa dapat diukur dengan menggunakan neraca.
Besaran non Fisika yaitu besaran
yang diperoleh dari penghitungan. Dalam hal ini tidak diperlukan alat ukur
tetapi alat hitung sebagai misal kalkulator. Contoh besaran non fisika adalah
Jumlah.
Besaran Fisika sendiri dibagi
menjadi 2, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.
1. Besaran
Pokok adalah besaran yang ditentukan lebih dulu berdasarkan kesepatan para ahli
fisika. Besaran pokok yang paling umum ada 7 macam. Selain itu, terdapat dua
besaran tambahan yang tidak memiliki dimensi, yakni sudut datar dan sudut ruang
(tiga dimensi).
Tabel 1.1 Besaran pokok dan satuannya
2. Besaran
Turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran ini ada
banyak macamnya.
Tabel 1.2 Contoh besaran turunan
dan satuannya
Satuan
Satuan adalah
suatu pembanding dalam
pengukuran atau membandingkan besaran dengan yang lain yang dipakai oleh
patokan. Satuan merupakan salah satu komponen besaran yang menjadi standar dari
suatu besaran. Adanya berbagai macam satuan untuk besaran yang sama akan
menimbulkan kesulitan. Kalian harus melakukan penyesuaian-penyesuaian tertentu
untuk memecahkan persoalan yang ada. Dengan adanya kesulitan tersebut, para
ahli sepakat untuk menggunakan satu sistem satuan, yaitu menggunakan satuan
standar Sistem Internasional, disebut Systeme Internationale d’Unites (SI).
Satuan Internasional adalah
satuan yang diakui penggunaannya secara internasional serta memiliki standar
yang sudah baku. Satuan ini dibuat untuk menghindari kesalahpahaman yang timbul
dalam bidang ilmiah karena adanya perbedaan satuan yang digunakan. Pada
awalnya, Sistem Internasional disebut sebagai Metre – Kilogram – Second (MKS).
Selanjutnya pada Konferensi Berat dan Pengukuran Tahun 1948, tiga satuan yaitu
newton (N), joule (J), dan watt (W) ditambahkan ke dalam SI. Akan tetapi, pada
tahun 1960, tujuh Satuan Internasional dari besaran pokok telah ditetapkan
yaitu meter, kilogram, sekon, ampere, kelvin, mol, dan kandela.
Sistem MKS menggantikan sistem
metrik, yaitu suatu sistem satuan desimal yang mengacu pada meter, gram yang
didefinisikan sebagai massa satu sentimeter kubik air, dan detik. Sistem itu
juga disebut sistem Centimeter – Gram – Second (CGS).
Satuan dibedakan menjadi dua
jenis, yaitu satuan tidak baku dan satuan baku. Standar satuan tidak baku tidak
sama di setiap tempat, misalnya jengkal dan hasta. Sementara itu, standar satuan
baku telah ditetapkan sama di setiap tempat.
Dimensi
Dimensi suatu besaran adalah cara
besaran tersebut tersusun atas besaran-besaran pokoknya. Pada sistem Satuan
Internasional (SI), ada tujuh besaran pokok yang berdimensi. Dimensi dari suatu
besaran dinyatakan dengan lambang huruf tertentu.
Tabel 1.3 Dimensi Besaran Pokok
Tabel 1.4 Dimensi besaran turunan
Alat – alat ukur
Alat ukur
yang biasa kita jumpai dalam kehidupan sehari ada lima yaitu alat ukur panjang,
massa, waktu, suhu, dan kuat arus listrik. Apakah kalian sudah pernah
menggunakan salah satu dari alat untuk mengukur besaran tersebut? Kalian
sebenarnya sering melihat kalau kalian bepergian ke mall ataupun pasar
tradisional. Ketika kamu akan membeli jeruk 1 kg misalnya, maka penjual jeruk
akan menimbang jeruk 1 kg dengan timbangan atau neraca.
A.
Alat ukur besaran panjang
Pada alat
ukur besaran panjang yang kita bahas adalah penggaris, rollmeter atau meteran,
jangka sorong, dan mikrometer sekrup.
- Penggaris
atau mistar
Penggaris
mempunyai skala terkecilnya 1 mm. Jadi ketelitian mistar adalah 0,5 mm.
Ketelitian ini diperoleh dengan cara setengah dari nilai skala terkecilnya.
Fungsi dari penggaris ini sering kita gunakan untuk mengukur panjang benda
dengan panjang kurang dari 30 cm karena penggaris yang tersedia di pasaran
hanya 30 cm. Kalau kita menggunakan rollmeter untuk mengukur benda yang
panjangnya 10 cm tentu akan susah. Tapi jika kamu menggunakan mistar untuk
mengukur panjang meja 2 meter juga akan susah kan?
Untuk mengukur menggunakan mistar, maka benda yang akan diukur diletakkan
pada ujung mistar. Posisi mata harus melihat tegak lurus terhadap skala. Hal
ini untuk menghindari kesalahan pembacaan hasil pengukuran akibat beda sudut
kemiringan dalam melihat atau disebut dengan kesalahan paralaks.
2.
Rollmeter
atau meteran
Apakah kamu
sudah pernah memakai rollmeter? Kalau belum, meteran atau rollmeter ini sering
digunakan oleh seorang tukang bangunan atau tukang kayu maupu petugas pengukur
tanah. Panjang meteran itu sendiri sekitar 7 meter hingga 50 meter. Tergantung
itu digunakan untuk mengukur apa. Kalau untuk mengukur panjang jalan, biasanya
petugas pengukur jalan menggunakan rollmeter yang panjangnya mencapai 100
meter. Ketelitian meteran sama seperti penggaris yakni 0,5 mm. Skala
terkecilnya juga sama dengan penggaris 1 mm.
3.
Jangka
sorong
Apakah
kalian pernah melihat orang menggunakan jangka sorong selain di laboratorium
fisika? Kita bisa melihatnya di tukang pembuat kunci atau ahli kunci dan di
bengkel mobil atau motor. Jangka sorong mempunyai skala terkecil 0,1 mm. Nilai
ketelitian jangka sorong itu berbeda-beda, tergantung dari nilai skala
noniusnya. Tapi rata-rata jangka sorong yang saat ini adalah 0,05 mm.
Fungsi
jangka sorong adalah untuk mengukur diameter luar maupun diameter dalam suatu
benda yang bentuknya lingkaran. Jangka sorong juga bisa digunakan untuk
mengukur kedalaman benda yang panjangnya tidak lebih dari 25cm. Pada mekanik
yang menggunakan jangka sorong untuk mengukur ukuran ring mesin atau bagian
dalam mesin mobil maupun motor yang rusak sehingga harus diganti yang sesuai
dengan ukuran yang baru.
Bagaimana
mengukur menggunakan jangka sorong? Perhatikan gambar berikut!
Untuk
menentukan hasil pengukurannya, maka tentukan dahulu skala utamanya.
- Pada
skala nonius, nol nonius terdapat di antara 2,4 cm dan 2,5 cm skala utama.
Sehingga skala utamanya adalah 2,4 cm.
- Kemudian
carilah skala nonius yang berhimpit dengan skala utama. Pada gambar skala
nonius yang berhimpit adalah angka 7. Nilai pada skala nonius adalah 7 x
0,01 cm = 0,07 cm.
- Jumlahkan
skala utama dengan skala nonius. 2,4 cm +0,07 cm = 2,47 cm.
Jadi
hasil pengukuran menggunakan jangka sorong adalah 2,47 cm
4.
Mikrometer
sekrup
Dalam kehidupan sehari-hari kita sulit menemukan orang
yang menggunakan mikrometer sekrup bahkan jarang sekali yah. Fungsi dari mikrometer sekrup adalah untuk mengukur ketebalan suatu benda yang
sangat tipis. Misalnya untuk mengukur ketebalan kertas maupun ketebalan suatu
logam. Skala terkecil mikrometer sekrup adalah 0,01 mm. Ketelitiannya adalah
0,005 mm. Kalau di pabrik kertas, seorang mekanik selalu memantau hasil cetakan
kertas agar hasil kertasnya mempunyai ketebalan yang sama. Nah cara memantaunya
bisa menggunakan mikrometer sekrup.
Pembacaan
hasil pengukuran mikrometer sekrup pada gambar berikut
Skala utama yang terlihat pada gambar di atas
adalah 2 mm
Skala nonius yang ditunjukkan pada gambar di
atas adalah 42, maka hasil pengukurannya adalah:
Skala utama = 2 mm
Skala nonius = 42 x 0,01 = 0,42 mm
Hasil pengukuran = skala utama + skala nonius
= 2 mm + 0,42 mm = 2,42 mm
Alat ukur besaran massa
Alat ukur
yang digunakan untuk mengukur besaran massa disebut dengan nerata atau
timbangan.
- Neraca ohaus
Neraca ohaus ini biasa kita jumpai di lab fisika, lab kimia, dan lab
biologi. Neraca ohaus memiliki skala terkecil 0,5 gram dan bisa digunakan untuk
mengukur beban maksimal 1 kg. Neraca ini digunakan untuk mengukur benda-benda
yang kecil. Jangan digunakan untuk menimbang beras dalam jumlah yang banyak
yah!
2.
Neraca pedagang
Nah kalau neraca pedagang ini biasa kita lihat di pasar tradisional. Kalau
kita maup beli kentang misalnya 2,5 kg, maka penjual kentang akan menimbang
dengan neracanya. Pedagang juga biasa menggunakan satuan ons atau 100 gram.
Skala terkecil dari neraca pedagang ini 500 gram atau 0,5 ons.
3.
Necara analog
Kalau kita ingin mengetahui berat badan kita, kita bisa menimbang dengan
neraca analog. Jarum neraca akan menunjukan besar masa kita misalnya 50 kg.
Biasanya wanita akan sensitif kalau lihat berat badannya naik.
4.
Neraca digital
Neraca digital ini sangat mudah menggunakanannya, kita tinggal letakan
benda saja di atasnya dan angka yang tertera pada neraca akan terlihat dan
itulah besar massa benda yang kita timbang.
Alat ukur besaran
waktu
- Jam
Ada banyak berbagai model jam,
diantaranya jam dinding, jam tangan atau arloji, dan jam gantung. Jaman yang
sekarang ini ada jam tangan digital yang anti air. Pada jam tersebut sudah ada
kalender, alaram dan sebagainya. Ketelitian dari jam dinding ataupun jam tangan
yang analog itu 1 detik. Fungsi dari jam tangan, kita bisa menghargai waktu
agar bisa beraktivitas sesuai dengan waktu yang kita jadwalkan.
2. Stopwatch
Kalau kalian lari, pak guru olahraga
akan mengukur waktu tempuh kalian dengan menggunakan stopwatch. Ketelitian dari
stopwach adalah 0,1 detik.
Alat ukur besaran kuat arus listrik
Alat yang digunakan untuk mengukur kuat
arus listrik adalah amperemeter. Cara menggunakan amperemeter adalah
dengan memasangnya secara seri. Ada juga yang namanya voltmeter untuk mengukur
tegangan listrik. Kalau dipasaran, ada yang namanya avometer multifungsi
yang bisa digunakan untuk mengukur kuat arus, tegangan, dan hambatan listrik.
Alat ukur besaran suhu
Jika pasien demam, seorang dokter akan
mengecek suhu badan. Alat tersebut bisa di pasangkan di ketiak, mulut dan
selangkangan. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu badan ini adalah
termometer. Ada berbagai jenis termometer. Termometer yang
terkenal dan sering kita lihat bahkan kita pakai adalah termometer raksa.
Karena di dalamnya ada air raksa. Mengapa pakai raksa? Karena raksa mudah
sekali memuai jika kena panas.
Angka Penting
Angka penting adalah
semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran. Angka penting terdiri dari
atas angka pasti dan angka taksiran (angka yang diragukan) sesuai dengan alat
ukur yang digunakan.
Misalnya panjang benda
yang diukur ditunjukan seperti gambar 13. Pada gambar tersebut, tampak bahwa
ujung benda terletak diantara angka 11,44 cm dan 11,45 cm. Sehingga, kita
akanmenyatakan bahwa panjang benda yang mendekati kebenaran adalah 15,45 cm.
angka terakhir, yakni angka 6 adalah angka perkiraan (taksiran), karena angka
ini tidak terbaca pada skala mistar.
Aturan angka penting
1. Semua angka bukan nol adalah angka penting.
Contoh: 836,5 gr memiliki empat angka
penting
2. Angka nol yang terletak di antara dua angka
bukan nol termasuk angka penting.
Contoh:
75,006 Kg memiliki lima angka
penting
3. Untuk bilangan desimal yang lebih kecil dari
satu, maka angka nol setelah angka bukan nol termasuk angka penting.
Contoh: 0,0060 m memiliki dua angka
penting
4. Untuk bilangan desimal yang lebih kecil dari
satu, maka angka nol sebelum angka bukan nol tidak termasuk angka penting.
Contoh: 0,006 m memiliki satu angka
penting
5.
Bilangan-bilangan puluhan, ratusan, ribuan dan seterusnya yang memiliki angka
nol harus ditulis dalam notasi ilmiah. Angka-angka pada notasi ilmiah merupakan
angka penting.
Contoh: 8900 gr ditulis
menjadi 8,9
x 103 gr memiliki dua angka
penting
Aturan Pembulatan Angka
Ketika angka-angka
ditiadakan sari suatu bilangan, nilai dari angka terakhir yang dipertahankan
ditentukan dengan suatu proses yang disebut pembulatan bilangan. Aturan
pembulatan bilangan tersebut, antara lain:
·
Angka-angka yang lebih kecil daripada 5 dibulatkan ke bawah
·
Angka-angka yang lebih besar daripada 5 dibulatkan ke atas
·
Angka 5 dibulatkan ke atas jika sebelum angka 5 adalah ganjil
dan dibulatkan ke bawah jika angka sebelum angka 5 adalah angka genap.
Operasi-operasi dalam angka
penting
1. Operasi penjumlahan dan
pengurangan
Dalam melakukan operasi
penjumlahan atau pengurangan, maka hasilnya hanay boleh mengandung satu angka
taksiran (angka terakhir dari suatu bilangan penting).
Contoh 1:
35,572
2 angka taksiran
2,2626 +
8 angka taksiran
37,8346
4 dan 6
merupakan angka taksiran, sehingga hasil penjumlahan ditulis 37,835 disesuaikan
dengan atuan pembulatan.
Contoh 2:
385,617
7 angka taksiran
13,2
–
2 angka taksiran
372,417
4 dan 7
merupakan angka taksiran, sehingga hasil penjumlahan ditulis 372,42 disesuaikan
dengan atuan pembulatan.
2. Operasi perkalian dan pembagian
Dalam operasi perkalian atau
pembagian, maka hasilnya hanya boleh memiliki angka penting sebanyak bilangan
yang jumlah angka pentingnya paling sedikit.
Contoh 1:
34,231
mengandung lima angka penting
0,250 x
mengandung tiga angka penting
8,557750
Penulisan hasil perkalian hanya boleh
mengandung tiga angka penting, sehingga hasil perkalian 8,557750 ditulis 8,56
(tiga angka penting).
Contoh 2:
46,532
mengandung lima angka penting
200
:
mengandung satu angka penting
0,2326
Hasil pembahian hanya boleh mengandung
satu angka penting, sehingga hasil perkalian 0,2326 ditulis 0,2.
Daftar
Pustaka
1.
Sunardi (2016), Fisika
untuk SMA/MA Kelas X, Yrama Widya, Bandung, halaman 16 – 42.
2.
Reva, Yulietta (2016), Fisika untuk SMA/MA Kelas X, CV Arya Duta,
Depok, halaman 21 – 48.
