Rangkuman Besaran, Satuan, & Kesalahan Pengukuran - Materi IPA SMP Kelas VII


A. BESARAN
Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan nilai ( dinyatakan dengan angka ).
Sesuatu dapat dikatakan sebagai besaran jika mempunyai 3 syarat yaitu :

  1. dapat diukur atau dihitung
  2. dapat dinyatakan dengan angka-angka atau mempunyai nilai
  3. mempunyai satuan.

Jika ditinjau dari arah dan nilainya, besaran dikelompokan menjadi dua, yaitu:
1. Besaran skalar, yaitu besaran yang hanya memiliki nilai tanpa memiliki arah. Contoh: massa, panjang, waktu, energi, usaha, suhu, kelajuan dan jarak.
2. Besaran vektor, yaitu besaran yang memiliki nilai dan arah. Contoh: gaya, berat, kuat arus, kecepatan, percepatan dan perpindahan.


Besaran berdasarkan cara memperolehnya dapat dikelompokkan menjadi 2 macam yaitu :

  1.  . 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.
  2. . 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.

Sedangkan, berdasarkan jenis satuannya, besaran dikelompokan menjadi dua, yaitu:


a. Besaran Pokok
Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan lebih dahulu dan tidak tersusun atas besaran lain. Besaran pokok terdiri atas tujuh besaran. Tujuh besaran pokok dan satuannya berdasarkan sistem satuan internasional (SI) sebagaimana yang tertera pada tabel berikut:

Tabel Besaran Pokok dan Satuannya
Besaran PokokSatuan SI
Massakilogram (kg)
Panjangmeter (m)
Waktusekon (s)
Kuat Arusampere (A)
Suhukelvin (K)
Intensitas Cahayacandela (Cd)
Jumlah Zatmole (mol)

Sistem satuan internasional (SI) artinya sistem satuan yang paling banyak digunakan di seluruh dunia, yang berlaku secara internasional.



Sistem satuan internasional telah disepakati pada tahun 1960 oleh Konferensi Umum Kesebelas mengenai berat dan ukuran, dengan nama Sistem international (SI).

Ada 7 besaran pokok yang  mempunyai satuan dan 2 besaran pokok yang tidak mempunyai satuan :



1.      Panjang

 Satuan Panjang = Meter (M)
Meter pertama kali didefinisikan pada 1973 dengan membagi jarak dari kutub utara sampai ke katulstiwa menjadi 10 juta bagian yang sama. Hasilnya diproduksi menjadi 3 batang platina dan beberapa batang besi. Karena selanjutnya diketahui bahwa pengukuran jarak dari kutub ke katulstiwa tidak akurat, maka pada 1960 standar ini ditinggalkan. Saat ini 1 meter didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya pada ruang hampa selama 1/299792458 detik

2.      Waktu
 Satuan Waktu = Detik/Sekon (S)
Satuan waktu awalnya didefinisikan sebagai 1/86400 dari waktu satu hari, namun karena rotasi bumi tidak konstan, maka definisi ini diganti menjadi 1/31556925.9747 dari tahun 1900. pada 1967, definisi ini kembali diganti.detik adalah selang waktu dari 9.192.631.770 periode radiasi yang disebabkan karena transisi 2 atom cesium – 133 pada ground state.
3.      Massa
 Satuan Massa = Kilogram (kg)
pada 1799, kilogram didefinisikan sebagai massa
air pada 4 derajat celcius yang menempati 1 desimeter kubik. Namun kemudian ditemukan bahwa volume air yang diukur ternyata 1,000028 desimeter kubik, sehingga standar ini ditinggalkan pada 1889.
Kilogram didefinisikan oleh sebuah benda silinder yang terbuat dari lempeng platina dan 10% indium pada ruang hampa di dekat paris Kilogram merupakan satu-satunya satuan standar yang tidak bisa dipindahkan. Tiruan-tiruan telah dibuat dengan ketelitian mencapai 1/108part, namun metalurgi abad 19 belum baik, sehingga ketidakmurnian pada logam menyebabkan kesalahan sekitar 0.5 part per billion setiap tahunnya.

4.      Arus listrik
Satuan Arus Listrik = Ampere (A)
Saat arus listrik mengalir lewat suatu kabel, maka bidang magnet akan berada di sekeliling kabel. Ampere didefinisikan pada 1948 dari kekuatan tarik-menarik dua kabel yang berarus listrik.
1 ampere adalah arus listrik konstan dimana jika terdapat dua kabel dengan panjang tak terhingga dengan circular cross section?? yang dapat diabaikan, ditempatkan dengan jarak 1 meter pada ruang hampa, akan menghasilkan gaya 2 x 10newton per meter.

5.      Suhu atau Temperature
Satuan Suhu atau temperature Termodinamis = Kelvin (K)
Definisi dari temperature didasarkan pada diagram fase air, yaitu posisi titik tripel air (suhu dimana 3 fase air berada bersamaan) yang didefinisikan sebagai 273,16 kelvin, kemudian nol mutlak didefinisikan pada 0 kelvin, sehingga 1 kelvin didefiniskan sebagai 1/273.16 dari temperature titik tripel air.
6.      Jumlah Zat
satuan Jumlah Zat = Mol (Mol)
mol adalah istilah yang digunakan sejak 1902, dan merupakan kependekan dari “gram-molecule”.1 Mol adalah jumlah zat yang mengandung zat elementer sebanyak atom yang terdapat pada 0.012 kg karbon – 12. saat istilah mol digunakan, zat elementernya harus dispesifikasikan, mungkin atom, molekul, electron, atau partikel lain.
Kita dapat membayangkan satu mol sebagai jumlah atom dalam 12 gram karbon 12. bilangan ini disebut bilangan Avogadro, yaitu 6.0221367 x 1023
7.      Intensitas Cahaya
satuan Intensitas Cahaya = Candela (C)
Satuan intensitas cahaya diperlukan untuk menentukan brightness (keterangan) dari suatu cahaya. Sebelumnya, lilin dan bola lampu pijar digunakan sebagai standar. Standar yang digunakan saat ini adalah sumber cahaya monokromatik(satu warna), biasanya dihasilkan oleh laser, dan suatu alat bernama radiometer digunakan untuk mengukur panas yang ditimbulkan saat cahaya tersebut diserap.1 candela adalah intensitas cahaya pada arah yang ditentukan, dari suatu sumber yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi 540 x 1012 per detik, dan memiliki intensitas radian pada arah tersebut sebesar (1/683) watt per steradian.

Berikut ini 2 macam besaran pokokn tak berdimensi :

1.      Sudut Datar
Satuannya Radian
2.      Sudut Ruang
Satuannya Steradian


b. Besaran Turunan
Besaran Turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok hasil dari kombinasi-kombinasi besaran pokok. contoh besaran turunan adalah luas suatu daerah persegi panjang. Luas sama dengan panjang dikali lebar, dimana panjang dan lebar keduanya merupakan satuan panjang. Perhatikan tabel besaran turunan, satuan dan dimensi di bawah ini.

Tabel Besaran Turunan dan Satuannya
Besaran TurunanSatuan SI
Gaya (F)kg.m.s-2
Massa Jenis (p)kg.m-3
Usaha (W)kg.m2.s-2
Tekanan (P)kg.m-1.s-2
Percepatanm.s-2
Luas (A)m2
Kecepatan (v)m.s-1
Volume (V)m3

B. SATUAN


Satuan adalah ukuran dari suatu besaran yang digunakan untuk mengukur. Jenis-jenis satuan yaitu:



a. Satuan Baku
Satuan baku adalah satuan yang telah diakui dan disepakati pemakaiannya secara internasional atau disebut dengan satuan internasional (SI).
Contoh: meter, kilogram, dan detik.
Sistem satuan internasional dibagi menjadi dua, yaitu:
1. Sistem MKS (Meter Kilogram Sekon)
2. Sistem CGS (Centimeter Gram Second)


Tabel Satuan Baku
Besaran PokokSatuan MKSSatuan CGS
Massakilogram (kg)gram (g)
Panjangmeter (m)centimeter (cm)
Waktusekon (s)sekon (s)
Kuat Arusampere (A)statampere (statA)
Suhukelvin (K)kelvin (K)
Intensitas Cahayacandela (Cd)candela (Cd)
Jumlah Zatkilomole (mol)mol

b. Satuan Tidak Baku
Satuan tidak baku adalah satuan yang tidak diakui secara internasional dan hanya digunakan pada suatu wilayah tertentu.
Contoh: depa, hasta, kaki, lengan, tumbak, bata dan langkah.

C. ALAT UKUR


Alat Ukur adalah sesuatu yang digunakan untuk mengukur suatu besaran.
Berbagai macam alat ukur memiliki tingkat ketelitian tertentu. Hal ini bergantung pada skala terkecil alat ukur tersebut. Semakin kecil skala yang tertera pada alat ukur maka semakin tinggi ketelitian alat ukur tersebut. Beberapa contoh alat ukur sesuai dengan besarannya, yaitu:


a. Alat Ukur Panjang 
1. Mistar (Penggaris)
Mistar adalah ala ukur panjang dengan ketelitian sampai 0,1 cm atau 1 mm. Pada pembacaan skala, kedudukan mata pengamat harus tegak lurus dengan skala mistar yang di baca.
penggaris_mistar
2. Jangka Sorong
Jangka sorong dipakai untuk mengukur suatu benda dengan panjang yang kurang dari 1mm. Skala terkecil atau tingkat ketelitian pengukurannya sampai dengan 0,01 cm atau 0,1 mm.
Umumnya, jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang suatu benda, diameter bola, ebal uang logam, dan diameter bagian dalam tabung.
Jangka sorong memiliki dua skala pembacaan, yaitu:
a). Skala Utama/tetap, yang terdapat pada rahang tetap jangka sorong.
b). Skala Nonius, yaitu skala yang terdapat pada rahang sorong yang dapa bergeser/digerakan.

jangka-sorong
3. Mikrometer Sekrup
Mikrometer sekrup merupakan alat ukur panjang dengan ingkat ketelitian terkecil yaiu 0,01 mm atau 0,001 cm.
Skala terkecil (skala nonius) pada mikrometer sekrup terdapat pada rahang geser, sedangkan skala utama terdapat pada rahang tetap.
Mikrometer sekrup digunakan untuk mengukur diameter benda bundar dan plat yang sangat tipis.

mikrometer-sekrup
b. Alat Ukur Massa
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur massa suatu benda adalah neraca. Berdasarkan cara kerjanya dan keelitiannya neraca dibedakan menjadi tiga, yaitu:
1. Neraca digital, yaitu neraca yang bekerja dengan sistem elektronik. Tingkat ketelitiannya hingga 0,001g.
neraca-digital

2. Neraca O'Hauss, yaitu neraca dengan tingkat ketelitian hingga 0.01 g.
neraca-ohauss

3. Neraca sama lengan, yaitu neraca dengan tingkat ketelitian mencapai 1 mg atau 0,001 g.
neraca-sama-lengan

c. Alat Ukur Waktu
Satuan internasional untuk waktu adalah detik atau sekon. Satu sekon standar adalah waktu yang dibuuhkan oleh atom Cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.
Alat yang digunakan untuk mengukur waktu, antara lain jam matahari, jam dinding, arloji (dengan ketelitian 1 sekon), dan stopwatch (ketelitian 0,1 sekon).
arloji
stopwatch





D. KESALAHAN DALAM PENGUKURAN

Kesalahan dalam pengukuran adalah penyimpangan nilai yang diukur dari nilai benar x0. Kesalahan dapat digolongkan menjadi empat golongan :

1. Keteledoran
Umumnya disebabkan oleh keterbatasan pada pengamat, diantaranya kurang terampil menggunakan instrumen, terutama untuk instrumen canggih yang melibatkan banyak komponen yang harus diatur atau kekeliruan dalam melakukan pembacaan skala yang kecil.


2. Kesalahan sistematik
Adalah kesalahan yang dapat dituangkan dalam bentuk bilangan (kuantitatif), contoh : kesalahan pengukuran panjang dengan mistas 1 mm, jangka sorong, 0,1 mm dan mikrometer skrup 0,01 mm

3. Kesalahan acak
Merupakan kesalahan yang dapat dituangkan dalam bentuk bilangan (kualitatif),
Contoh :
- kesalahan pengamat dalam membaca hasil pengukuran panjang
- pengabaian pengaruh gesekan udara pada percobaan ayunan sederhana
- pengabaian massa tali dan gesekan antar tali dengan katrol pada percobaan hukum II Newton.

4. Ketidakpastian pada Pengukuran
Ketika mengukur suatu besaran fisis dengan menggunakan instrumen, tidaklah mungkin akan mendapatkan nilai benar X0,melainkan selalu terdapat ketidakpastian. Ketidakpastian ini disebabkan oleh beberapa hal misalnya batas ketelitian dari masing-masing alat dan kemampuan dalam membawa hasil yang ditunjukkan alat ukur.

Beberapa istilah dalam pengukuran:
o   Ketelitian (accuracy)
adalah suatu ukuran yang menyatakan tingkat pendekatan dari nilai yang diukur terhadap nilai benar X0
o   Kepekaan
adalah ukuran minimal yang masih dapat dideteksi (dikenal) oleh instrumen, misal galvanometer memiliki kepekaan yang lebih besar daripada Amperemeter / Voltmeter
o   Ketepatan (precision)
adalah suatu ukuran kemampuan untuk mendapatkan hasil pengukuran yang sama.
o   Presisi
berkaitan dengan perlakuan dalam proses pengukuran, penyimpangan hasil ukuran dan jumlah angka desimal yang dicantumkan dalam hasil pengukuran.
o   Akurasi
yaitu seberapa dekat hasil suatu pengukuran dengan nilai yang sesungguhnya.


JENIS KESALAHAN DAN SUMBERNYA

Kesalahan sistematis (systematic errors)
Adalah ketidak-akuratan hasil pengukuran akibat alat, kalibrasi atau teknik ukur yang salah. Misalnya Kesalahan Alat.

> kesalahan nol (zero error) akibat tidak berimpitnya titik nol skala dengan titik nol jarum penunjuk.
> kelelahan (fatigue) alat karena misalnya pegas yang dipakai telah lembek.
> gesekan antar bagian yang bergerak.Kesalahan ini bisa dihindari bila alat ukur diganti dengan yang lebih baik jika mungkin.
> Kesalahan kalibrasi yaitu ketidak-tepatan pemberian skala ketika pertama kali alat dibuat .bisa dihindari dengan membandingkan alat tersebut dengan alat baku (standar).
Kesalahan pribadi pengamat:
> Kesalahan parallax yaitu kesalahan akibat posisi mata saat pembacaan skala tidak tepat tegak lurus di atas jarum.
> Kesalahan interpolasi yaitu salah membaca kedudukan jarum diantara dua garis skala terdekat.
> Kesalahan Rambangan (random errors)
Walupun kesalahan sistematis sudah berusaha dihindari, namun masih ada sumber kesalahan lain berasal dari luar sistem dan tak dapat dikuasai sepenuhnya:

Gerak brown molekul udara yang dapat mempengaruhi penunjukan alat-alat halus seperti galvanometer.
Fluktuasi tegangan listrik yang tak teratur yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran dengan alat-alat ukur listrik.
Landasan (meja, lantai atau dudukan lain) alat yang bergetar akibat lalu lintas atau sumber lain.
Dan untuk menghindari kesalahan dalam pengukuran kita harus melakukan pengukuran berulang Pengukuran berulang adalah pengukuran yang dilakukan berkali-kali tanpa ada perubahan penyetelan (setting) alat, misalnya lebar meja yang diukur 10 kali dengan mistar yang sama. Seandainya pengukuran sekali dan berulang telah dilakukan dengan sebaik-baiknya, sehingga tiap data masing-masing model pengukuran diperoleh dengan cara-cara yang sama baiknya, tetap saja kualitas data pengukuran berulang lebih baik dari pengukuran sekali. Dari data yang diperoleh dengan pengukuran berulang, akan dapat diperoleh tiga besaran yaitu nilai rata-rata (mean) sampel,nilai tengah (median) sampel, dan nilai terbanyak muncul(modus) sampel.

Bila distribusi data hasil pengukuran beberapakali dipercayai seperti distribusi Gauss (simetri), maka nilai ketiga besaran tersebut sama. Nilai pendekatan terbaik yang paling tepat adalah nilai rata-rata sample karena sesuai dengan asas kuadrat terkecil (Principle of Least Square) dalam statistik yang berbunyi “Nilai terbaik diantara sekumpulan nilai suatu besaran adalah nilai yang sedemikian rupa sehingga jumlah selisih nilai-nilai lain terhadap nilai tersebut setelah dikuadratkan adalah sekecil-kecilnya”.


Dirangkum dari berbagai sumber

Semoga Bermanfaat.

2 comments:

  1. Sip kak... bisa menambah ilmu + wawasan tentang fisika.. makasih kak..

    ReplyDelete