Header Ads

Besaran dan satuan


Ilmu fisika digunakan untuk mendapatkan pemahaman yang lebih mendalam tentang alam semesta tempat kita tinggal. Sebagai contoh, hukum-hukum fisika mampu memprediksi semua hal dari gerak roket yang akan diluncurkan ke bulan hingga rangkaian chip dalam sebuah komputer dan laser yang digunakan dalam operasi katarak. Singkatnya, segala sesuatu di alam, dari atom-atom dan partikel sub atomik hingga tata surya dan galaksi, semua mematuhi hukum-hukum fisika. Fisika menjelaskan hukum-hukum alam dalam bentuk persamaan matematis.
Untuk mempelajari fisika, kita perlu memahami hal-hal penting yang mendasari masalah fisika. Salah satu hal penting dalam fisika adalah sistem satuan yang kita gunakan dalam pengukuran-pengukuran besaran-besaran fisika seperti massa, panjang dan selang waktu antara dua kejadian. Hal lain yng tak kalah pentingnya adalah metode perhitungan (kalkulasi) numerik dan sistem notasi matematis (simbol).

A. Besaran fisika

1. besaran pokok dan besaran turunan
Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan hasil pengukurannya dapat dinyatakn dengan angka. Besaran fisika dapat dibagi dalam dua kategori, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok merupakan besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu. Beberapa standar satuan yang telah ditetapkan diantaranya adalah satuan massa, panjang dan waktu. Ada beberapa besaran pokok dalam fisika yang dapat dilihat pada tabel 1.1.

tabel 1.1 besaran pokok dan besaran turunan
Besaran pokok Besaran turunan
Massa Kelajuan
Panjang Massa jenis
Waktu Gaya
Arus listrik Volum
Suhu Usaha
Jumlah zat Daya
Intensitas kilau cahaya Energi

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok
Beberapa besaran turunan dapat dilihat pada tabel 1.1 kita ulas contoh besaran turunan yaitu volume, massa jenis dan kelajuan. Volume balok dirumuskan sebagai hasil kali panjang, lebar dan tinggi balok tersebut. ketiganya merupakan besaran panjang. Jadi, volume ditunkan dari besaran panjang.
Massa jenis didefinisikan sebagai massa dibagi volum. Satuan massa adalah kilogram, sedangkan satuan volum adalah m3 sehingga satuan massa jenis adalah kg/m3. jadi, massa jenis diturunkan dari besaran massa dan besaran panjang.
Kelajuan didefinisikan sebagai jarak tempuh dibagi waktu tempuhnya. Jarak merupakan besaran panjang, sedangkan waktu tempuh merupakan besaran waktu. Jadi, kelajuan diturunkan dari besaran panjang dan besaran waktu.

2. Besaran Vektor dan Besaran Skalar
Selain terbagi menjadi besaran pokok dan besaran turunan, besaran fisika juga terbagi menjadi besaran vektor dan besaran skalar. Besaran vektor merupakan besaran yang memiliki besar (kuantitas) dan arah sekaligus, sedangkan besaran skalar hanya mempunyai besaran saja ta npa memiliki arah. Untuk mudah mengingatnya, kaitkan selalu istilah “vektor“ dengan istilah “memiliki arah” dibenak kalian.
Untuk mendiskripsikan besaran vektor, kamu perlu menyebut besar dan arahnya, sedangkan untuk mendeskripsikan besaran skalar, kamu cukup menyebut besarnya saja. Beberapa besaran vektor dan skalar dapat diamati pada tabel 1.2.

Tabel 1.2 besaran vektor dan besaran skalar
Besaran vektor Besaran skalar
Gaya Massa
Percepatan Panjang
Kecepatan Kelajuan
Perpindahan Jarak
Momentum Suhu


B. Satuan standar dan konversi satuan

Dengan banyaknya besaran dalam fisika, banyak pula satuan yang digunakan. Penggunaan bermacam-macam satuan akan akan menimbulkan beberapa kesulitan. Misalnya kita akan memerlukan bermacam-macam alat ukur (sebagai patokan) yang sesuai dengan satuan yang digunakan. Disamping itu, kita juga akan mengalami kesulitan dalam komunikasi ilmiah, khususnya jika kita ingin beralih dari satuan tertentu ke satuan yang lain. dengan adanya kesulitan-kesulitan ini, kalangan ilmuwan sepakat untuk menggunakan suatu sistem satuan yang berlaku diseluruh dunia. Sistem satuan ini disebut sistem metrik, dan sejak 1960 secara resmi diganti dengan sebutan Sistem Internasional atau SI (singkatan dari bahasa prancis, Systeme International)
Dalam satuan SI, satuan panjang adalah meter, satuan massa adalah kilogram, dan satuan waktu adalah sekon. Sistem ini dikenal dengan istilah sistem MKS (meter-kilogram-sekon). Disamping itu, dikenal pula istilah sistem cgs, dengan centimeter sebagai satuan panjang, gram sebagai satuan massa, dan sekon sebagai satuan waktu.
1. Satuan Standar
Tiap besaran pokok memiliki satuan standar. Satuan standar tersebut terkait demngan sbuah alat pengkalibrasi standar yang diakui secara internasional. Satuan standar diberikan untuk besaran-besaran pokok.
a. Satuan standar panjang
Satuan standar panjang adalah meter (m). Satu meter didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama selang waktu 1/299.792.458 s.
b. Satuan standar massa
Satuan standar massa adalah kilogram (kg). Satu kilogram di definisikan sebagai massa suatu silider campuran platinum-iridium yang tersimpan di lembaga internasional berat dan ukuran di serves, dekat paris. Meskipun besaran standar dibuat dari bahan yang awet dan tidak berubah, dalam periode tertentu besaran standar itu tetap ditera ulang. Peneraan tersebut dilakukan untuk menjamin nilainya tidak berubah.
c. Satuan standar waktu
Atuan standar waktu adalah sekon (s). Dengan menggunakan frekuensi radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium (133Cs) ketika melewati dua tingkat energi paling rendah, satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan untuk melakukan 9.192.631.770 siklus radiasi ini.
d. Satuan kuat arus (ampere)
Satuan ampere (disingkat A) adalah besar arus tetap yang jika mengalir dalam masing-masing dua penghantar lurus sejajar dengan panjang tak hingga dan penampang lintang lingkaran yang dapat diabaikan, dengan jarak pemisah 1 meter dalam ruang hampa akan menghasilkan gaya interaksi antara kedua penghantar sebesar 2 x 10-7 Newton setiap meter penghantar.
e. Satuan suhu termodinamika (kelvin)
Satu kelvin (disingkat K) adalah 1/273,16 kali suhu titik tripel air. Titik tripel air adalah suhu dimana air murni berada dalam kesetimbangan dengan fase es dan fase uap jenuhnya.
f. Satuan intensitas kilau cahaya (candela)
Satuan candela adalah intensitas cahaya suatu sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik pada frekuensi 540 x 1012 hertz dengan intensitas sebesar 1/638 watt per steredian dalam arah tersebut.
g. Satuan jumlah zat (mol)
Satu mol adalah jumlah zat yang mengandung unsur elementer zat tersebut dalam jumlah sebanyak jumlah atom karbon dalam 0,012 kg karbon -12.

2. Awalan satuan dalam sistem metrik
Dengan menggunakan sistem metrik, satuan yang lebih besar atau lebih kecil didefinisikan dalam bentuk perkalian (kelipatan) 10. misalnya, 1 kilometer = 1.000 meter, 1 sentimeter = 1/100 meter, dan 1 milimeter = 1/1000 meter. Awalan senti, kilo-, mili-, dan sebagainya disajikan pada tabel berikut:

Awalan sistem metrik
Awalan Simbol Faktor Awalan Simbol Faktor
exa- E 1018 desi- d 10-1
peta- P 1015 senti- c 10-2
tera- T 1012 mili- m 10-3
giga- G 109 mikro-  10-6
mega- M 106 nano- n 10-9
kilo- k 103 piko- p 10-12
hekto- h 102 femto- f 10-15
deka- da 101 atto- a 10-18




3. konversi satuan
Selain satuan-satuan standar yang sering digunakan, ada beberapa satuan yang hanya lazim digunakan dinegara tertentu. Kadang-kadang kita perlu mengubah suatu satuan kesatuan lain. dalam fisika, kedua ruas suatu persamaan harus mempunyai satuan yang sama. Jika satuan pada kedua ruas tidak sama, kita harus menyertakan faktor konversi disalah satu ruas pada persamaan. Andaikan kita akan mengkonversi ukuran panjang 5 kaki kedalam satuan meter. Dari tabel konversi satuan kita ketahui

1m = 3,281 kaki *

Persamaan diatas dapat juga ditulis dalam bentuk 1m/3,281 kaki= 1. selanjunya kita lakukan konversi, kita kalikan ukuran 5 kaki tadi dengan ruas kiri persamaan * hingga kita dapatkan


4. 5 kaki x (1m/3,281 kaki) = 1,52 m.

C. Analisis Dimensi

1. Dimensi suatu besaran
Apakah dimensi itu? Dalam fisika, istilah dimensi suatu besaran mengacu pada ungkapan besaran itu dalam besaran-besaran pokok tanpa memperhitungkan satuan yang digunakan untuk mengukurnya. Sebagai contoh, jarak yang diukur dengan satuan tahun cahaya dan jarak yang diukur dengan satuan meter, keduanya memiliki dimensi yang sama, yaitu dimensi panjang.

Tabel Dimensi Besaran Pokok
Besaran pokok Dimensi
Massa [M]
Panjang [L]
Waktu [T]
Arus listrik [I]
Suhu [θ]
Jumlah zat [N]
Intensitas terang cahaya [J]

Sebuah persamaan fisika dikatakan konsisten jika kedua ruas persamaan tersebut berdimensi sama. Hal ini juga berarti bahwa hanya besaran-besaran yang berdimensi sama yang bisa ditambahkan atau dikurangkan. Dimensi suatu besaran dilambangkan dengan notasi didalam kurung siku.

2. Manfaat dimensi dalam fisika
Dimensi dalam fisika dapat digunakan untuk membuktikan dua besaran fisis setara atau tidak. Dua besaran fisis hanya setara apabila keduanya memiliki dua dimensi yang sama. Disamping itu, dimensi dapat juga digunakan untuk menentukan persamaan yang pasti salah atau mungkin benar. Untuk lebih jelasnya, andaikan kita menggunakan rumus A = 2π r untuk menghitung luas. Dengan melihat dimensi kedua ruas persamaan , yaitu A = [L]2 dan 2π r = [L] kita dengan cepat dapat menyatakan bahwa rumus tersebut salah, karena dimensi kedua ruas tidak sama. Akan tetapi, apabila kedua ruas berdimensi sama bukan berarti kedua rumus tersebut benar. Kita hanya dapat menyatakan bahwa kemungkinan rumus itu benar. Hal ini disebabkan karena pada rumus itu mungkin terdapat suatu angka atau tetapan yang tidak berdimensi. Sebagai contoh, andaikan periode bandul sederhana dirumuskan dengan

T =  l/g

analisis dimensi menunjukkan bahwa kedua ruas persamaan ini memiliki dimensi yang sama. Akan tetapi, rumus diatas tidak benar, sebab periode ayunan bandul sederhana dirumuskan dengan

T = 2π l/g
Tetapan 2π ini tidak dapat diperoleh dari analisis dimensi.

Dengan analisis dimensi, kita dapat melihat kebenaran suatu rumus atau persamaan. Kedua ruas suatu persamaan harus mempunyai dimensi yang sama. Sebagai contoh, hubungan antara jarak x dan waktu t sebuah benda yang bergerak dengan percepatan a dari keadaan diam adalah x = ½ at2. dimensi jarak x adalah [L], dimensi percepatan a adalah [L] [T]-2, dan dimensi waktu t adalah [T]. Jadi,

x = ½ at2
[L] = [L] [T]-2 [T]2
[L] = [L]

Angka ½ merupakan tetapan yang tidak mempunyai dimensi. Karena ruas kiri sama dengan ruas kanan, rumus tersebut mungkin benar. Jadi, kita mestinya tidak membuat kesalahan dengan menulis rumus x = ½ at atau x = ½ at3 sebab analisis dimensi menunjukkan bahwa pada kedua rumus ini dimensi ruas kiri tidak sama dengan dimensi ruas kanan.

D. Notasi Ilmiah

Fisika sering berhubungan dengan bilangan yang sangat besar dan bilangan yang sangat kecil, untuk mengatasi persoalan ini kita dapat menggunakan notasi “pangkat 10” yang dikenal sebagai istilah notasi ilmiah.
Untuk menuliskan bilangan dengan notasi ilmiah, digunakana aturan sebagai berikut:
1. pindahkan tanda desimal (koma) sampai hanya tersisa satu angka disebelah kiri tanda desimal tersebut.
2. hitunglah jumlah angka yang dilalui oleh tanda desimal. Jumlah angka ini menunjukkan nilai n (pangkat dari 10)
contoh:
• 10n x 10m = 10(n+m)
• 10n /10m = 10(n-m)



E. Pengukuran

Fisika merupakan ilmu pengetahuan yang berdasarkan eksperimen. Eksperimen memerlukan pengukuran dan untuk menjalankan hasil pengukuran digunakan angka atau bilangan. Pengukuran merupakan kegiatan membandingkan suatu besaran yang diukur dengan besaran jenis yang digunakan sebagai patokan (standar).
1. Mengukur panjang
a. Mistar
Untuk mengukur panjang benda biasanya digunakan mistar atau penggaris. Ketika mengukur panjangdengan menggunakan mistar, posisi mata hendaknya berada pada tempat yang tepat, yaitu terletak pada garis yang tegak lurus mistar. Garis ini ditarik dari titik yang diukur. Jika posisi mata berada luar garis tersebut, pengukuran menjadi kurang teliti dan terjadilah kesalahan pengukuran.
b. Jangka sorong
Untuk mengukur panjang dengan ketelitian 0,1 mm digunakan jangka sorong. Jangka sorong dapat digunakan untuk mengukur diameter dalam dan diameter luar. Pada rahang tetap terdapat skala utama dalam satuan cm dan mm. Pada rahang geser terdapat skala pendek yang terbagi menjadi 10 bagian yang sama. Skala ini disebut nonius atau vernier. Panjang 10 skala nonius adalah 9 mm sehingga panjang 1 skalanya adalah 0,9 mm. Jadi, selisih antara skala nonius dan skala utama adalah 0,1 mm.
Ada dua jenis jangka sorong yaitu analog dan digital.
c. Mikrometer sekrup
Mikrometer sekrup adalah alat pengukur panjang. Mikrometer sekrup biasanya digunakan untuk mengukur ketebalan suatu benda yang tipis, contohnya kertas. Alat ukur ini lebih teliti dibandingkan jangka sorong. Ketelitiannya sampai 0,01 mm.
Pada mikrometer sekrup ada dua rahang,yaitu rahang tetap dan rahang outar. Pada rahang tetap dilengkapi dengan skala utama yang memiliki skala minimum 0,5 mm, sedangkan pada rahang putar dilengkapi dengan skala nonius. Besar skala nonius diperoleh dengan cara membagi skala rahang putar menjadi 50 bagian dan satu kali putaran rahang ini akan bergeser 0,5 mm. Jadi, setiap skala besarnya sama dengan 0,01 mm. Dalam pemakaiannya, rahang putar harus diputar sehingga menyebabkan rahang tetap akan bergeser dan bersama bagian landasan dapat menekan benda yang diukur.
d. Neraca
Neraca adalah alat pengukur massa. Jenis neraca cukup banyak, misalnya neraca pegas, neraca O’hauss, dan neraca analitis. Neraca yang banyak digunakan dilaboratorium sekolah adalah neraca O’hauss.
Cara membaca hasil pengukuran neraca O’hauss dilihat pada penunjukkan beban pembandingnya. Benda yang ditimbang diletakkan diatas tempat beban, kemudian beban pembanding diatur sehingga seimbang (posisi jarum tepat nol). Hasil pengukuran sama dengan jumlah semua penunjukkan beban pembanding. Neraca O’hauss memiliki ketelitian sampai 0,1 g.
e. stopwatch
alat yang dapat digunakan untuk mengukur waktu adalah semua alat yang diberi nama jam. Salah satu jam yang sering digunakan dalam pengukuran adalah arloji detik atau stopwatch.
Stopwatch memiliki tombol yang dapat digunakan untuk menghidupkan dan mematikan (On-Off) serta untuk menormalkan lagi (posisi 0). Jarum dan skala pada stopwatch ada dua. Jarum panjang menunjukkan datik (ketelitiannya sampai 0,2- 0,1 detik), sedangkan jarum pendek menunjukkan menit.
Saat ini sudah ada stopwatch digital yang mempermudah pembacaan hasil pengukuran

F. Ketidakpastian pada hasil eksperimen

1. ketidakpastian dalam pengukuran
Pengukuran yang akurat merupakan bagian terpenting dalam fisika. Akan tetapi, tidak ada pengukura n yang tepat secara mutlak. Dalam setiap pengukuran selalu muncul ketidakpastian, yaitu perbedaan antara dua hasil pengukuran. Ketidakpastian sering disebut juga dengan kesalahan sebab menunjukkan perbadaan antara nilai yang diukur dengan nilai sebenarnya. Setiap hasil pengukuran selalu mengandung sejumlah angka pasti dan satu angka yang tidak pasti.

2. sumber ketidakpastian
Ada beberapa sumber ketidakpastian pengukuran yang bersumber baik dari alat ukur ataupun dari cara pengukuran.
a. Ketidakpastian bersistem
Merupakan kesalahan yang bersumber pada kesalahan alat ukur. Ketidakpastian ini meliputi kesalahan kalibrasi, kesalahan posisi nol, kelelahan komponen alat, gesekan, paralaks dan perbedaan keadaan saat pengukuran.
b. Ketidakpastian acak
Ketidakpastian ini bersumber pada gangguan yang sifatnya acak, sehingga menghasilkan kepastian yang bersifat acak pula. Penyebabnya antara lain adalah gerak brown molekul udara, fluktuasi tegangan listrik, landasan yang bergetar, noise (gangguan sinyal), dan radiasi latar (radiasi sinar kosmis dari angkasa luar).
c. Skala terkecil alat ukur
d. Keterbatasan pengamat

Oleh : Mardiah
Sumber : http://mardiah-pembelajaranonline.blogspot.com/

Tidak ada komentar

Popular Posts

Diberdayakan oleh Blogger.