Hallo sahabat Artikel pandai, pada pembahasan kali ini Admin akan membahas mengenai pelajaran fisika Pengukuran Besaran,Satuan dan Dimensi ,Ketidakpastian Pengukuran, Notasi Ilmiah dan Angka Penting (aturan angka penting).Langsung saja ya semoga bermanfaat dan menambah referensi belajar kita. Salam Artikel Pandai.
A. Besaran, Satuan, dan Dimensi
Besaran
Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur, mempunyai nilai yang dapat dinyatakan dengan angka-angka, dan memiliki satuan tertentu. Contoh : Panjang, massa, dan waktu. Besaran-besaran dalam fisika dapat dikelompokan menjadi dua macam, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.
a. Besaran Pokok
Besaran pokok adalah besaran yang satuannya ditetapkan terlebih dahulu dan tidak diturunkan dari besaran lain. Satuan besaran pokok disebut satuan pokok dan telah ditetapkan terlebih dahulu berdasarkan kesepakatan para ilmuan. Dalam fisika ada tujuh besaran pokok dan satuan dalam SI (Sistem Internasional) seperti ditunjukan kepada tabel berikut.
b. Besaran Turunan
Besaran turunan adalah besaran yang dapat diturunkan dari besaran pokok. satuan besaran turunan disesuaikan dengan satuan besaran pokoknya
Contoh beberapa besaran turunan, rumus, dan satuannya dalam satuan SI (sistem internasional) ditunjukan pada tabel berikut.
2. Satuan
Satuan merupakan salah satu komponen besaran yang menjadi standar dari suatu besaran atau pernyataan yang menjelaskan arti dari suatu besaran. Banyaknya satuan untuk satu jenis besaran memberikan kesulitan hingga digunakan satuan standar sistem internasional yang disebut Systeme Internationale d'Unites (SI).
a. Satuan Internasional
Satuan internasional adalh satuan yang diakui penggunanya secara internasional serta memiliki standar yang sudah baku, dimana pada awalnya sistem internasional disebut sebagai sistem meter-kilogram-sekon (MKS). Sistem itu juga disebut sistem sentimeter-gram-sekon (GGS). sistem matrik memiliki keunggulan, yaitu bahwa satuan tiap besara, baik besaran pokok maupun besaran turunannya dapat dinyatakan dalam besaran SI, hanya dengan menggunakan awalan.
b. Satuan Baku dan Tak Baku
Standar satuan tidak baku tidak sama di setiap tempat, misalnya untuk mengukur panjang dengan jengkal dan hasta, untuk mengukur luas dengan tumbak atau bata, untuk mengukur massa dengan pikul atau dacin. Standar satuan baku nilai satuan harus tetap artinya nilai satuan tidak bergantung pada cuaca panas atau dingin, tidak bergantung tempat, tidak bergantung waktu dan sebagainya. Mudah diperoleh kembali, artinya siapapun akan mudah memperoleh satuan tersebut jika memerlukannya untuk mengukur sesuatu.
3. Dimensi
Dimensi adalah cara penulisan suatu besaran menggunakan simbol (lambang) besaran pokok. Hal ini berarti dimensi suatu besaran menunjukan cara besaran itu tersusun dari besaran-besaran pokok. Cara penulisan dimensi dari suatu besaran dinyatakan dengan lambang huruf tertentu dan diberi tanda kurung persegi [].
a.Dimensi Besaran Pokok
Pada sistem satuan internasional (SI), ada tujuh besaran pokok yang berdimensi. Untuk lebih jelasnya perhatikan tabel berikut.
b. Dimensi Besaran Turunan
Dimensi dari besaran turunan dapat disusun dari dimensi besaran-besaran pokok. Tabel berikut menunjukan bebrbagai dimensi besaran turunan.
c. Keunggulan Dimensi
Dimensi mempunyai dua kegunaan, yaitu untuk menentukan satuan dari suatu besaran turunan dengan cara analisis dimensional dan menunjukan kesetaraan beberapa besaran yang sepintas tampak berbeda.
1) Analisis Dimensional
Analisis dimensional adalah suatu cara untuk menentukan satuan dari suatu besaran turunan, dengan cara memperhatikan dimensi besaran tersebut.
2) Kesetaraan Beberapa Besaran
Selain digunakan untuk mencari satuan, dimensi juga dapat digunakan untuk menunjukan kesetaraan beberapa besaran yang terlihat berbeda. Duan besaran dikatakan setara jika keduanya memiliki dimensi yang sama dan keduanya termasuk besaran skalar maupun besaran vektor.
B. Pengukuran
Pengukuran adalah suatu proses membandingkan nilai suatu besaran dengan beberapa nilai satuan besaran tersebut yang telah ditentukan. Hasil pengukuran akan akurat jika kita mengukur dengan alat ukur yang tepat. Karena setiap alat ukur memiliki skala tertentu , maka penggunaan suatu jenis alat ukur ditentukan oleh beberapa faktor ketelitian hasil ukur yang diinginkan, ukuran besaran yang diukur, dan bentuk benda yang akan diukur. Semakin kecil skala yang akan digunakan, semakin teliti hasil yang diperoleh. Berikut dijelaskan beberapa alat ukur yang sering digunakan untuk mengukur panjang, massa, dan waktu.
1. Alat Ukur Besaran Panjang
a. Mistar (Penggaris)
Mistar atau penggaris adalah alat ukut=r yang paling sering digunakan.
Skala pengukuran terkecil : 1 ilimeter
ketelitian :setengah dari skala terkecil yaitu 0,5 mm.
Jenis mistar : penggaris yang berbentuk lurus, berbentuk segitiga yang terbuat dari plastik atau logam, mistar tukang kayu.
Cara membaca yang tepat akan mendapatkan hasil pengukuran yang akurat. Ketika melakukan pengukuran dengan mistar , posisi mata harus melihat tegak lurus terhadap skala mistar. Hal ini untuk menghindari kesalahan pembacaan hasil pengukuran akibat beda sudut kemiringan. Kesalahan pengukuran semacam ini disebut kesalahan paralaks.
b. Rolmeter (Meter Kelos)
Rolmeter merupakan alat ukur panjang yang biasanya terbuat dari plastik atau pelat besi. Panjang rolmeter dapat mencapai 25-50 meter dengan ketelitian pengukuran sampai 0,5 mm.
c. Jangka Sorong
Jangka sorong pertama kali ditemukan oleh seorang ahli teknik berkebangsaan Prancis yang bernasma Pierre Vernier. Jangka sorong adalah alat ukur panjang yang mempunyai batas ukur sampai 10 cm dengan ketelitiannya 0,1 mm atau 0,01 cm. Disebut jangka sorong karena ujungnya mirip jangka yang dapat digeser (disorong). Kegunaan dari jangka sorong adalah untuk mengukur diamaeter luar, diameter dalam, kedalaman tabung , dan panjang benda. Bagian-bagian penting jangka sorong yaitu sebagai berikut
1) Rahang tetap yang dilengkapi dengan skala utama. Skala utama jangka sorong memiliki skala dalam cm dan mm dengan skala terkecil 1 mm.
2) Rahang geser yang dilengkapi skala nonius atau skala vernier. skala nonius ini dapat di geser-geser. Skala nonius merupakan skala yang menentukan ketelitian pengukuran. Panjang 10 skala nonius adalah 9mm dan dibagi dalam 10 skala. Ini berarti 1 skala nonius (jarak antara dua garis skala nonius yang berdekatan) sama dengan 0,9 mm. Selisih skala utama dengan skala nonius adalah 1 mm - 0,9 mm = 0,1 mm atau 0,01 cm. Jadi, skala terkecil pada jangka sorong adalah 0,1 mm atau 0,01 cm.
Hasil pengukuran menggunakan jangka sorong berdasarkan angka pada skala utama ditambanh angka pada skala nonius yang dihitung dari 0 sampai dengan garis skala nonius yang berimpit dengan garis skala utama.
c. Mikrometer Sekrup
Mikrometer sekrup merupakan alat ukur ketebalan benda yang relaif tipis, misalnya kertas, seng, dan karbon. Bagian-bagian dari mikrometer adalah rahang putar, skala utama, skala putar, dan silinder bergerigi.
1) Skala tetap (skala utama)
Skala tetap terbagi dalam satuan militer (mm). Skala ini terdapat pada laras dan terbagi menjadi dua skala, yaitu skala atas dan skala bawah.
2) Skala putar (skala nonius)
Skala putar terdapat pada besi penutup laras yang dapat berputar dan dapat bergeser le depan atau belakang. Skala ini terbagi menjadi 50 skala atau bagian ruaas yang sama. Satu putaran pada skala ini menyebabkan skala utama bergeser 0,5 mm. Jadi, satu skala pada skala putar mempunyai ukuran 1/50 x 0,5 mm= 0,01 mm. ukuran ini merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup.
2. Alat Ukur Besaran Massa
Massa benda menyatakan banyaknya zat yang terdapat dalam suatu benda. Massa tiap benda selalu sama di mana pun benda tersebut berada. Satuan SI untuk massa adalah kilogram (kg). Secara umum alat ukur massa disebut neraca atau timbangan. Prinsip kerja timbangan adalah keseimbangan kedua lengan, yaitu keseimbangan antara massa benda yang diukur dan anak timbangan yang digunakan.
- Neraca Ohaus, neraca ini untuk mengukur massa benda atau logam. Batas ketelitian neraca ohaus adalah 0,1 gram.
- Neraca analitis dua lengan, neraca ini untuk mengukur massa benda, kristal benda, dan lain-lain. Batas ketelitian neraca analitis dua lengan yaitu 0,1 gram.
- neraca digital, massa benda yang diukur menggunakan neraca digital hasilnya dapat langsung ditunjuk dan terbaca pada layarnya. Ketelitian pada neraca digital sampai 0,001 gram.
- Neraca lengan gantung, untuk menentukan massa benda menggunakan neraca gantung dengan cara menggeser beban pemberat di sepanjang batang.
3. Alat Ukur Besaran Waktu
Waktu memiliki standar satuan yaitu sekon. Besaran waktu diukur dengan jam atau arloji dan stopwacth. Stopwatch memiliki ketelitian sampai 0,1 sekon. Jam ada bermacam-macam , antara lain jam analog, jam digital, jam dinding, jam atom, dan jam matahari.
- jam atau arloji, memiliki ketelitian 1 sekon.
- Stopwatch, memiliki ketelitian 0,1 sekon, karena skala pada stopwatch dibagi menjadi 10 bagian.
- jam atom sesium, memiliki ketelitian 1 sekon tiap 3.000 tahun, artinya kesalahan pengukuran jam ini kira-kira satu sekon dalam kurun waktu 3.000 tahun.
4. Alat ukur besaran Kuat Arus
Alat untuk mengukur kuat arus listrik disebut ampremeter. Ampremeter mempunyai hambatan dalam yang sangat kecil, pemakaiannya harus dihubungkan secara seri pada rangkaian yang diukur sehingga jarum menunjuk angka yang merupakan besarnya arus listrik yang mengalir.
5. Alat Ukur Besaran suhu
satuan besaran suhu menurut sistem Si adalah Kelvin (K). Namun selain kelvin masih ada lagi satuan yang lain, yaitu Cellcius (°C) , fahrenheit (°F), dan Reamur (ºR). alat yang digunakan untuk mengukur suhu adalah termometer. Sebuah termometer terdiri dari sebuah pipa kapiler (pada bagian bawah berisi air raksa atau alkohol dan ruang hampa diatasnya) dan dinding kaca yang berskala. Cara penggunaan termometer adalah dengan mencelupkan termometer pada zat yang diukur. Termometer yang baik harus memenuhi dua syarat , yaitu sebgai berikut.
- Nilai suhu yang ditunjukkan tidak dipengaruhi oleh nilai suhu pada pengukuran sebelumnya.
- Nilai suhu dapat dibaca dengan cepat walaupun digunakan untuk mengukur suhu yang sangat tepat berbeda.
Prinsip kerja termometer adalah bahwa volume zat cair akan berubah apabila dipanaskan atau didinginkan. Volume zat cair akan bertambah apabila dipanaskan, sedangkan apabila didinginkan volume zat cai akan berkurang. Naik atau turunnya zat cair tersebut digunakan sebagai acuan untuk menentukan suhu suatu benda.
Celcius
|
Reamur
|
Fahrenheit
|
Kelvin
|
|
Titik tetap atas
|
100 °C
|
80 ºR
|
212 °F
|
373K
|
Titik tetap bawah
|
0 °C
|
0 ºR
|
32 °F
|
273K
|
Dibuat oleh
|
Anders Celcius dari Swedia
|
Reamur dari Prancis
|
Daniel Gabriel Fahrenheit dari Jerman
|
Kelvin dari Inggris
|
Tahun
|
1701-1744
|
1731
|
1986-1736
|
1848-1945
|
Perbandingan skala
|
100
|
80
|
180
|
100
|
hubungan antara Celcius, Reamur, fahrenheit, dan Kelvin sebagai berikut.
C : R : (F-32) : (K-273)
100 : 180 : 180 : 100
5 : 4 : 9 : 5
C. Ketidakpastian Pengukuran
Hasil dari suatu pengukuran yang dilakukan tidak mutlak benar atau akurat. Banyak faktor yang menyebabkan hasil pengukuran itu memiliki tingkat kesalahan tertentu. Oleh karena itulah, dalam proses pengukuran terdapat ketidakpastian pengukuran.
1. Penyebab Ketidakpastian Pengukuran
Secara umum penyebab ketidakpastian hasil pengukuran ada tiga, yaitu kesalahan umum, kesalahan sistematik, dan kesalahan acak.
a. Kesalahan Umum
Kesalahan umum adalah kesalahan yang disebabkan oleh keterbatasan pada pengamat saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat disebabkan oleh kesalahan membaca skala kecil dan kekurangterampilan dalam menyusun dan memakai alat, terutama untuk alat yang melibatkan banyak komponen.
b. Kesalahan Sistematik
Kesalahan sistematik merupakan kesalahan yang disebabkan oleh alat yang digunakan dan/atau lingkungan disekitar alat yang memengaruhi kinerja alat, misalnya kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan komponen alat atau kerusakan alat,kesalahan paralaks, perubahan suhu dan kelembapan.
1) Kesalahan Kalibrasi
Kesalahan kalibrasi terjadi karena pemberian nilai skala pada saat pembuatan atau kalibrasi (standarisasi) tidak tepat. Hal ini mengakibatkan pembacaan hasil pengukuran menjadi lebih besar atau lebih kecil dari nilai sebenarnya. Kesalahan ini dapat diatasi dengan mengkalibrasi ulang alat menggunakan alat yang telah terstandarisasi.
2) Kesalahan Titik Nol
Kesalahan titik nol terjadi karena titik nol skala pada alat yang digunakan tidak tepat berimpit dengan jarum penunjuk atau jarum penunjuk yang tidak bisa kembali tepat pada skala nol. Akibatnya, hasil pengukuran dapat mengalami penambahan atau pengurangan sesuai dengan selisih dari skala nol semestinya. Kesalahan titik nol dapat diatasi dengan melakukan koleksi pada penulisan hasil pengukuran.
3) Kesalahan Komponen Alat
Kerusakan pada alat jelas sangat berpengaruh pada pembaca alat ukur. Sebagai contoh pada neraca pegas. Jika pegas yang digunakan sudah lama dan aus akan berpengaruh pada pengurangan konstanta pegas.Hal ini menjadikan jarum atau skala penunjuk tidak tepat pada angka nol yang membuat skala berikutnya bergeser.
4) Kesalahan Paralaks
Kesalahan paralaks terjadi bila ada jarak antara jarum penunjuk dengan garis-garis skala dan posisi mata pengamat tidak tegak lurus dengan jarum .
c. Kesalahan Acak
Kesalahan acak adalah kesalahan yang terjadi karena adanya fluktasi-fluktasi halus pada saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat disebabkan oleh adanya gerak Brown molekul udara, fluktuasi tegangan listrik, landasan bergetar, bising, dan radiasi.
2. Kesalahan pada Pengukuran tunggal
Pengukuran tunggal merupakan pengukuran yang hanya dilakukan sekali saja.
Ketidakpastian = Δ x = 1/2 x skala terkecil
Hasil pengukuran = x0 ± Δ x
3. Kesalahan pada Pengkukuran berulang
Ketidakpastian pada pengukuran berulang dapat dirumuskan sebagai berikut.
keterangan ;
x0 = hasil pengukuran yang mendekati nilai benar
Δ x = ketidakpastian pengukuran
N = banyaknya pengukuran yang dilakukan
4. Ketidakpastian Relatif
Dengan adanya ketidakpastian dalam pengukuran, maka tingkat ketelitian hasil pengukuran dapat dilihat dari ketidakpastian relatif yang diperoleh dari hasil bagi nilai ketidakpastian (Δ x) dengan nilai benar dikalikan 100%.
Ketidakpastian relatif
Δx
| . 100% | |||||
| x |
ketidakpastian relatif dapat digunakan untuk mengetahui tingkat ketelitian pengukuran. Semakin kecil nilai ketidakpastian relatif, semakin tinggi ketelitian pengukuran.
D. Notasi Ilmiah dan Angka Penting
1. Notasi Ilmiah
Untuk mengatasi kesulitan yang timbul ketika harus menuliskan bilangan yangsangat besar (misalnya kecepatan cahaya kurang lebih besar c = 300.000.000 m/s), atau sebaliknya sangat kecil (misalnya massa elektron e = 0,00000000000000000016 coulumb) digunakan notasi ilmiah atau awalan metrik. Penulisan dengan cara ini tidak mengubah angka penting bilangan yang bersangkutan. Bentuk baku atau notasi ilmiah hasil pengukuran dapat dinyatakan dengan :
Keterangan :
a = bilangan asli murni dari 1 sampai dengan 9
n = eksponen dan merupakan bilangan bulat
Aturan penulisan hasil pengukuran dengan notasi ilmiah yaitu sebagai berikut.
- Untuk bilangan yang lebih dari 10, pindahkan koma desimal ke kiri dan eksponennya positif. Contoh : c = 300.000.000m/s = 3 . 108 m/s.
- Untuk bilangan yang kurang dari 1 pindahkan koma desimal ke kanan dan eksponennya negatif. Contoh : e = 0,0000000000000000016 = 1,6 . 10-19 C.
2. Angka Penting
Angka penting disebut juga angka berarti atau angka signifikan, yaitu angka yang menunjukan ketelitian atau ketidakpastian alat ukur yang digunakan. Semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran disebut angka penting atau disebut angka tidak eksak, sedangkan angka yang bukan berasal dari pengukuran disebut angka eksak, misalnya jumlah siswa dala satu kelas 40 anak.
Semakin banyak angka penting dalam suatu hasil pengukuran, semakin telitilah alat ukurnya. Angka penting terdiri dari angka pasti dan angka taksiran (angka perkiraan atau angka diragukan). Sebagai contoh pada pembacaan panjang rusuk kubus dengan mistar diperoleh angka 17,8 cm. Angka 1 dan 7 adalah angka pasti karena jelas terdapat pada skala. Angka 8 diperoleh dari perkiraan sehingga disebut angka perkiraan atau angka diragukan. Angka perkiraan selalu berada pada posisi terakhir atau diberi tanda khusus (misalnya garis bawah atau dicetak tebal). Di belakang angka perkiraan bukan angka penting lagi dan tidak mempunyai arti.
a. Aturan-Aturan Angka Penting
1) Semua angka bukan nol adalah angka penting.
Contoh: 12,5 cm memiliki 3 angka penting
43,51 kg memiliki 4 angka penting
2) Angka nol yang diapit angka bukan angka nol termasuk angka penting
Contoh : 1,067 gram memiliki 4 angka penting
405 km memiliki 3 angka penting
3) Angka nol yang terletak di sebelah kiri angka bukan nol tidak termasuk angka penting.
Contoh : 0,077 gram memiliki 2 angka penting
0,308 gram memiliki 3 angka penting
4)Angka nol disebelah kanan angka bukan nol bukan angka penting, kecuali angka nol di sebelah kanan angka yang diberi tanda khusus (biasanya garis bawah) termasuk angka penting
Contoh : 1.000 kg memiliki 1 angka penting
1.000 km memiliki 2 angka penting
b. Operasi Angka Penting
1) Aturan pembulatan
Angka lebih kecil dari 5 dibulatkan ke bawah, lebih besar dari 5 dibulatkan ke atas.
Contoh : 2,724 dibulatkan menjadi 2,72
2,736 dibulatkan menjadi 2,74
Angka tepat sama dengan 5, dibulatkan ke bawah jika angka sebelumnya genap dan dibulatkan ke atas jika ankga sebelumnya ganjil.
Contoh : 93,245 dibulatkan menjadi 93,24
93,275 dibulatkan menjadi 93,28
2) Hasil operasi matematis angka penting hanya boleh mengandung satu angka perkiraan. Ankgka ragu-ragu.