A. Pendahuluan
Materi Besaran, Satuan, Pengukuran, dan vektor ini dirancang untuk membantu teman-teman memahami hakikat Fisika, besaran-besaran Fisika dan satuannya serta cara melakukan pengukuran dengan alat-alat ukuran beserta cara menyajikan hasil pengukuran, dan memahami cara penulisan vektor dan pengoperasian vektor.
Hal-hal yang disampaikan dalam materi ini penting dipelajari dan dipahami karena pada pembahasan-pembahasan selanjutnya tidak pernah terlepas dari besaran-besaran Fisika, yang terdiri dari besaran vektor dan besaran skalar, dan satuannya dan bahwa besaran-besaran ini tentunya perlu diukur untuk mengetahui nilainya. setelah memahami dasar ini, maka selanjutnya akan digunakan untuk membhasa materi lainnya.
Untuk membantu semakin memahami topik yang dibahas maka dalam modul ini teman-teman perlu:
1. Membaca uraian materi dengan seksama dan memahaminya.
2. Mengerjakan tugas secara mandiri.
3. Mengerjakan soal tes formatif untuk mengukur pemahaman.
4. Mencocokkan hasil pengerjaan tes formatif dan bila masih ada hal yang salah dan belum dipahami maka perlu membaca ulang uraian materi agar semakin paham.
5. Membaca referensi lain yang disarankan.
Selamat belajar teman-teman, semoga capaian pembelajaran dan sub capaian pembelajaran dapat terpenuhi setelah menyelesaikan pembelajaran dalam satu modul ini.
B. Inti
1. Capaian Pembelajaran
Menganalisis materi kinematika dan penerapannya untuk menyelesaikan permasalahan fisika dalam kehidupan sehari-hari. Setelah mempelajari modul ini diharapkan dapat mencapai Sub Capaian Pembelajaran:
1. Menganalisis langkah metode ilmiah yang benar
2. Menentukan variabel lain dari hasil pengukuran dengan menerapkan angka penting.
3. Menganalisis penerapan prinsip vektor dalam kehidupan sehari-hari.
2. Pokok-Pokok Materi
Dalam materi ini akan dipelajari beberapa hal antara lain:
1. Langkah Metode Ilmiah
2. Pengukuran dan Angka Penting
3. Prinsip Vektor dalam kehidupan sehari-hari
3. Uraian Materi
Fisika sangat dekat dengan kehidupan sehari-hari. Pengukuran merupakan dasar dalam Fisika. Saat sedang mengendarai motor misalnya, ada dua pengukuran yang dilakukan yaitu pengukuran panjang lintasan yang dilalui dan pengukuran kecepatan, kemudian saat pergi ke warung dan membeli beras maka pasti akan dilakukan pengukuran massa beras, saat memanggang kue biasanya ibu-ibu melakukan pengukuran waktu untuk menentukan kapan proses pemanggangan dapat dihentikan dan kue matang, dan masih banyak lagi hal-hal yang berkaitan dengan pengukuran yang lainnya. Oleh karena itu konsep pengukuran ini sangat penting karena bidang Fisika tidak terlepas dari proses pengukuran.
Pengukuran dilakukan untuk mengetahui sebuah nilai dari besaran dengan dibandingkan dengan suatu nilai standar yang biasa disebut dengan satuan. Besaran sendiri ada dua jenis yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Kemudian setelah itu kita juga akan melihat satuan-satuan dari beberapa besaran dan mengenal bagaimana satuan itu ditentukan. Setelah belajar tentang besaran dan satuan, maka kita juga perlu mengenal alat-alat yang dapat digunakan jenis alat ukur dan bagaimana cara menggunakannya.
Pada kesempatan kali ini kita akan mempelajari apa yang akan diukur, bagaimana cara mengukurnya, dan bagaimana menyajikan hasil pengukuran yangtelah dilakukan. Maka dari itu setelah mempelajari besaran dan satuan, lalu mempelajari cara menggunakan beberapa macam alat ukur, pada modul ini juga terdapat materi yang berisi tentang notasi ilmiah dan aturan angka penting serta bagaimana menentukan ketelitian atau ralat pengukuran. Setelah mempelajari modul ini diharapkan dapat melakukan pengukuran dengan benar dan dapat melaporkan hasil pengukuran dengan tepat.
3.1 Hakikat Fisika dan Prosedur Ilmiah
3.1.1 Hakikat Fisika
Fisika merupakan ilmu yang berdasarkan pada hasil eksperimen. Para ilmuan mengamati fenomena alam dengan melakukan percobaan, agar dapat menjelaskan fenomena tersebut, dan dapat menjawab pertanyaan "mengapa". Jadi untuk bisa menjelaskan fenomena maka diperlukan rasa keingintahuan tentang fenomena-fenomena di sekitar. Kemduain ras ingin tahu ini harus didukung dengan kemauan untuk melakukan pengamatan. Setelah melakukan pengamatan diharapkan dapat menarik kesimpulan dari hasil pengamatannya. Proses-proses itu merupakan hakikat Fisika.
Secara umum terdapat tiga hakikat Fisika yaitu Fisika sebagai produk, Fisika sebagai proses, dan Fisika sebagai sikap. Produk di dalam Fisiak antara lain prinsip, hukum, rumus, teori, model. Sehingga Fisika sebagai produk merupakan hasil akhir dari proses pengamatan. Sedangkan pengamatan itu sendiri merupakan hakikat Fiska sebagai proses. Proses merupakan bagaimana cara mendapatkan produk-produk Fisika tersebut. Hakikat yang terakhir adalah Fisika sebagai sikap. Sikap inilah yang mendasari adanya proses sehingga diperoleh produk. Sehingga dengan bertindak dan bersikap maka proses dapat dilakukan hingga akhirnya diperoleh produk.
Oleh karena itu, salah satu hal penting yang perlu dipelajari dalam Fisika adalah proses mengamati. Proses mengamati biasanya tidak terlepas dari proses pengukuran. Sehingga mengukur merupakan kemampuan dasar yang harus dimiliki agar dapat melakukan proses dengan benar sehingga nantinya dapat menghasilkan produk yang bermanfaat.
3.1.2 Prosedur Ilmiah
Dalam kehidupan sehari-hari pernahkan kalian menanyakan sesuatu yang belum diketahui? Misalnya saat membuat roti atau pun memasak makanan lainnya. Pada saat pertama membuat roti ternyata Anda menghasilkan roti yang tidak dapat mengembang dengan baik sehingga terasa keras. Kemudian Anda pasti akan berpikir "apakah yang menyebabkan roti saya tidak dapat mengembang dengan baik?", lalu berangkat dari situ Anda mencari-cari berbagai resep dan mencoba-cobanya hingga diperoleh roti yang sesuai dengan keinginan Anda.
Proses ini sebenarnya merupakan prosedur ilmiah. Tanpa disadari Anda telah melakukannya dalam keseharian, tetapi mungkin prosedurnya tidak sistematis atau tidak lengkap langkahnya. Lalu apa itu prosedur ilmiah? Prosedur ilmiah merupakan langkah-langkah sistematis yang dilakukan untuk mendapatkan suatu pengetahuan. Tahap-tahap dari metode ilmiah adalah:
a. Merumuskan masalah
b. Mengumpulkan Informasi
c. Menyusun Hipotesis
d. Menguji hipotesis
e. Mengolah data (hasil) percobaan/Analisis Data
f. Menarik kesimpulan
Untuk lebih memahami tentang metode ilmiah mari kita amati contoh berikut ini. Pada suatu hari andi sedang menyiram tanaman menggunakan selang. Agar air yang keluar dari selang dapat menjangkau tempat yang jauh, Andi memencet ujung selang sehingga lubang selang mengecil dan ternyata benar air yang keluar dapat menjangkau tanaman yang berada agak jauh. Dari situ Andi ingin mengetahui apakah jangkauan air yang keluar dari selang dipengaruhi oleh diameter lubang selang?
Mari bantu Andi untuk memecahkan masalahnya dengan menggunakan tahapan-tahapan metode ilmiah.
1. Tahap pertama adalah mengidentifikasi masalah. Masalah yang ingin Andi pecahkan adalah "bagaimana hubungan jangkauan air terhadap diameter selang?" Diameter selang di sini merepresentasikan Andi yang sedang memencet ujung selang, ketika ujung selang dipencet air keluar dari ujung selang yang lubangnya menjadi lebih kecil dibandingkan ketika tidak dipencet.
2. Langkah kedua adalah mencari informasi. Andi kemudian mencari informasi mengenai jangkaun air ternyata dipengaruhi oleh kecepatan air yang keluar dari ujung selang. Selain itu Andi juga mencari informasi tentang hubungan antara diameter pipa dengan kecepatan aliran fluida dari buku Fisika SMA yang dia miliki.
3. Langkah ketiga adalah menyusun hipotesis. Berdasarkan hasil pencarian informasi Andi menduga bahwa semakin kecil diameter selang maka jangkaun air akan semakin jauh karena air semakin besar.
4. Langkah keempat adalah menguji hipotesis. Untuk dapat menguji hipotesisnya, Andi kemudian melakukan percobaan sederhana. Andi mengambil beberapa selang dengan diameter berbeda. Kemudian Andi menggunakan selang-selang itu untuk mengalirkan air dari kran. Setelah itu Andi mengukur jarak dari selang sampai ke air yang menyentuh tanah. Untuk semua selang yang dimiliki, Andi melakukan langkah yang sama.
5. Langkah kelima adalah mengolah data (hasil) percobaan. Setelah melakukan pengukuran, Andi kemudian melihat catatatn hasil pengukuran diameter selang dan jarak dari selang sampai air yang menyentuh tanah. Dari data terlihat bahwa semakin kecil diameter selang, semakin jauh pula jarak dari selang sampai ke air yang sampai di tanah.
6. Langkah selanjutnya adalah menarik kesimpulan. Dari hasil percobaan dan melihat data, Andi menyimpulkan bahwa semakin kecil lubang selang maka jangkauan air akan semakin jauh, begitu pula sebaliknya.
Nah, contoh ini merupakan salah satu contoh prosedur ilmiah lengkap yang dilakukan Andi untuk memecahkan masalah yang Andi hadapi dalam kehidupan sehari-hari.
3.2 Besaran, Satuan, Pengukuran
Besaran merupakan segala sesuatu yang dapat diukur. Besaran dikelompokkan menjadi dua yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok merupakan besaran yang satuannya telah ditentukan terlebih dahulu dan tidak diturunkan dari besaran-besaran lain. Sedangkan besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari satu atau lebih besaran pokok. Besaran-besaran ini dalam Fisika digunakan untuk menyatakan hukum-hukum Fisika. Terdapat tujuh besaran pokok yaitu panjang, massa, waktu, suhu, intensitas cahaya, kaut arus, dan jumlah zat. Sedangkan contoh besaran turunan antara lain kecepatan, volume, luas, dll.
Untuk menyatakan hukum-hukum Fisika, besaran biasanya diukur. Pengukuran besaran ini dilakukan dengan membandingkannya terhadap acuan standar. Sebagai contoh misalnya mengukur besaran panjang dari sebuah buku dan diperoleh nilai 15 cm. Saat melakukan pengukuran dan mendapatkan nilai 15 cm itu artinya bahwa panjang buku tersebut 15 kali panjang sesuatu yang panjangnya didefinisikan sebagai satu cm. Supaya hasil pengukuran ini dapat diterima oleh orang lain maka perlu ada suatu standar yang disepakati bersama untuk menyatakan besaran-besaran yang diukur seperti Sistem Satuan Internasional.
3.3 Besaran Pokok dan Besaran Turunan
Besaran pokok bisa dikatakan sebagai besaran dasar karen besaran pokok ini tidak diturunkan dari besaran lainnya. Terdapat tujuh besaran pokok yang ditampilkan pada Tabel 1.1
Tabel 1.1 Besaran-besaran pokok
Besaran turunan merupakan besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan ini dapat diturunkan dari satu atau lebih besaran pokok. Beberapa contoh besaran turunan ditampilkan pada Tabel 1.2. Bila diperhatikan pada kolom rumus maka terlihat bahwa besaran turunan merupakan operasi hitung terhadap satu atau lebih besaran pokok. Misalnya besaran luas yang merupakan operasi perkalian dari dua besaran panjang, sehingga satuan dan dimensinya juga merupakan hasil perkalian dari satuna besaran panjang dan dimensi besaran panjang. Bila diperhatikan satuan dan dimensi besaran turunan ini tidak ada yang tunggal, artinya terdiri dari satuan dan dimensi besaran-besaran pokok. Berbeda dengan besaran pokok yang satuan dan dimensinya tunggal. Tabel 1.2 Beberapa contoh besaran turunan
3.4 Pengukuran
Setiap besaran diukur dengan banyak cara dan banyak alat. Misalnya untuk besaran panjang sendiri terdapat banyak alat ukur yang dapat digunakan antara lain mistar, jangka sorong, mikrometer, sekrup dan masih banyak lagi alat ukur yang lainnya. Misalnya untuk mengukur panjang sebuah buku alat ukur yang digunakan adalah mistar. Mengapa tidak menggunakan jangka sorong atau mikrometer sekrup? Masing-masing alat ukur memiliki ketelitian yang berbeda sehingga dapat disesuaikan dengan kebutuhan. Mengukur panjang buku menggunakan jangka sorong terasa berlebihan dan justru menyulitkan karena pada saat mengukur pankang buku tidak diperlukan tingkat ketelitian yang sangat tinggi. Oleh karen itu mari kita lihat beberapa contoh alat ukur dan bagaimana cara menggunakannya.
3.4.1 Mistar
Mistar merupakan salah satu alat ukur panjang yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Biasanya mistar digunakan untuk mengukur panjang benda-benda yang besar. Perhatikan Gambar 1.1, terlihat bahwa skala mistar terdiri dari garis-garis panjang dan pendek. Garis-garis panjang menunjukkan setiap satu cm kemudian dalam satu cm itu terdapat 10 garis-garis pendek sehingga setiap jarak antara dua garis pendek ini panjangnya adalah satu mm. Maka berapa panjang terkecil yang dapat diukur oleh mistar? Dapatkah mistar digunakan untuk mengukur diameter sebuah kelereng? atau mengukur tebal sebuah pelat?
Gambar 1.1 Mistar
Jawabnya adalah bisa saja, tetapi apakah hasil pengukuranya tepat? Maka apa alat ukur yang tepat untuk mengukur diameter kelereng? salah satu alat ukur yang dapat digunakan adalah jangka sorong.
3.4.2 Jangka Sorong
Jangka sorong seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1.2 merupakan salah satu alat ukur panjang. Biasanya jangka sorong ini digunakan untuk mengukur diameter luar, diameter dalam, atau kedalaman. Berbeda dengan mistar yang hanya terdapat skala utama, pada jangka sorong terdapat skala utama dan skala nonius. Selain itu terdapat beberapa bagian lain dari jangka sorong yaitu rahang tetap atas dan bawah yang tidak bergeser saat melakukan pengukuran. Sedangkan rahang sorong atas dan bawah akan bergeser saat melakukan pengukuran. Saat rahang sorong bergeser maka skala nonius dan tangkai ukur kedalaman akan ikut bergeser.
Gambar 1.2 Jangka Sorong
Gambar 1.3 Bagian-bagian Jangka Sorong
Untuk membaca hasil pengukuran menggunakan jangka sorong, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut. Setelah melakukan pengukuran dengan tepat maka hasil pengukurannya dapat diketahui dengan pertama-tama menentukan besarnya skala utama terlebih dahulu dengan melihat garis 0 dari skala nonius. Bila hasil pengukuran seperti ditunjukkan Gambar 1.3, maka perhatikan garis skala 0 pada skala nonius yang berada di antar 4,1 dengan 4,2 cm itu artinya hasil pengukurannya menunjukkan lebih dari 4,1 tapi kurang dari 4,2 cm. Nah, berapa lebihnya? Nilai lebih ini ditentukan dengan melihat skala nonius, yaitu carilah garis skala utama yang berimpit dengan skala nonius (lihat Gambar 1.4). Nilai skala nonius yang berimpit ini kemudian dikalikan dengan 0,01 cm. Karena yang berimpit adalah skala ke-6 maka hasil pengukurannya adalah 4,16cm.
Gambar1.4 Skala Utama dan Skala Nonius Jangka Sorong
Pernahkah teman-teman melihat jangka sorong yang skala noniusnya sampai pada skala 20 atau bahkan 50? Lalu berapa nilai ketelitiannya? Untuk mengetahuinya silakan simak video tutorial berikut.
Video tutorial Modul 1 KB 1 - Jangka Sorong
Setelah melihat video, coba jelaskan cara mengukur menggunakan jangka sorong! Bila anda menemukan jangka sorong dengan skala nonius sejumlah 30 garis, berapa ketelitiannya?
3.4.3 Mikrometer Sekrup
Mikrometer sekrup seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1.5 juga merupakan alat ukur panjang yang bagian-bagiannya ditunjukkan oleh Gambar 1.6. Biasanya mikrometer sekrup ini digunakan untuk mengukur panjang yang ordenya kecil, misalnya untuk mengukur tebal kertas atau mengukur panjang suatu benda yang kecil. Hal ini dilakukan karena kemampuan mikrometer sekrup mengukur hingga 0,01 mm.
Gambar 1.5 Mikrometer Sekrup
Gambar 1.6 Bagian-bagian mikrometer sekrup
Gambar 1.7 Skala Utama dan Skala Nonius Mikrometer Sekrup
Saat melakukan pengukuran dengan mikrometer sekrup, maka yang dilakukan adalah menjepit benda yang diukur di antara landasan dan sekrup. Landasan ini tetap tidak bergerak, yang bergerak adalah sekrup. Saat memutar timbal searah skala timbal (dari 0 - 50) maka sekrup ini akan bergerak menjauhi landasan. Setelah itu kemudian dibaca hasil pengukurannya. Cara membaca hasil pengukuran dengan menggunakan mikrometer sekrup adalah dengan menentukan skala utama terlebih dahulu, kemudian melihat skala nonius. Skala utama ditentukan dari angka terakhir yang terlihat. Garis yang menghadap ke atas menunjukkan setiap satu milimeter, sedangkan garis ke bawah menunjukkan setiap setengah milimeter. Gambar 1.7 menunjukkan bahwa skala utama terakhir yang terlihat adalah 4 pada garis ke atas, tapi masih ada lebih. Itu artinya hasil pengukuran harusnya 4 mm lebih tetapi kurang dari 4,5 mm. Lalu berapa lebihnya? Lebihnya ini dapat dilihat dari skala noniusnya. Skala nonius yang dilihat adalah garis skala nonius yang berimpitan dengan garis horizontal pada skala utama. Terlihat pada gambar 1.7, garis skala nonius yang berimpitan dengan garis horizontal skala utama adalah skala ke 30. Berapa nilai skala 30 ini?
Skala terkecil dari skala utama pada mikrometer sekrup ini adalah 0,5 mm sedangkan skala nonius jumlahnya adalah 50 skala. Ini artinya setiap 0,5 mm sedangkan skala nonius jumlahnya adalah 50 skala. ini artinya setiap 0,5 mm dibagi ke 50 skala nonius, sehingga untuk satu skala nonius mewakili0,01 mm. Maka, bila pada skala nonius yang berimpit adalah skala ke -30 sehingga lebihnya adalah 0,3 mm. Sehingga hasil pengukurannya adalah 4,3 mm.
3.4.4 Neraca
Neraca atau dalam bahasa sehari-hari biasa disebut timbangan adalah salah satu alat yang digunakan untuk mengukur massa. Neraca ini banyak sekali jenisnya. ada neraca dua lengan ada pula neraca satu lengan yang ditunjukkan oleh gambar 1.8, atau bahkan tidak berlengan seperti neraca digital.Neraca-neraca ini memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda bergantung pada spesifikasinya. Salah satu neraca yang sering digunakan di laboratorium adalah neraca tiga lengan.
Gambar 1.8 Neraca Tiga Lengan
Gambar 1.9 Bagian-bagian Neraca tiga lengan
Bagian-bagian neraca tiga lengan seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1.9terdiri dari piringan wadah beban untuk meletakkan bahan yang akan diukur, sekrup/knop kalibrasi ini digunakan untuk mengatur kalibrasi titik nol, beban geser digunakan untuk menyeimbangkan sekaligus menunjukkan hasil pengukuran, tiga lengan merupakan skala-skala pengukuran, dan titik nol merupakan penunjuk kalibrasi neraca tiga lengan. sebelum melakukan pengukuran menggunakan neraca tiga lengan maka pengguna perlu melakukan kalibrasi terlebih dahulu. Kalibrasi dilakukan dengan mengukur titik nol sehingga garis putih mendatar dari tiga lengan berimpit dengan garis nol seperti yang ditunjukkan oleh Gambar 1.10.
Gambar 1.10 Neraca tiga lengan yang terkalibrasi
Prosedur melakukan kalibrasi neraca tiga lengan ini dilakukan mulai dari menggeser beban geser sehingga ketiganya menunjuk pada skala nol, kemudian melihat pada titik nol apakah kedua garis horizontal sudah berimpit. Apabila sudah berimpit maka neraca siap digunakan, tetapi bila belum berimpit maka perlu mengatur skerup/knop kalibrasi dengan cara memutarnya sehingga kedua garis putih horizontal berimpit seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1.10.
Gambar 1.11 Hasil Pengukuran menggunakan neraca tiga lengan
Setelah melakukan kalibrasi maka neraca tiga lengan siap digunakan. Pertama letakkan bahan yang akan diukur pada piringan wadah beban kemudian seimbangkan tiga lengan dengan menggeser-geser beban geser sehingga garis horizontal putih di titik nol berimpit, setelah itu bacalah hasil pengukuran. Misalnya hasil pengukuran diperoleh seperti yang ditunjukkan oleh gambar 1.11, maka hasil pengukurannya adalah:
3.4.5 Multimeter
Salah satu alat ukur yang sering digunakan adalah multimeter seperti yang ditunjukkan Gambar 1.12. Multimeter ini merupakan alat ukur besaran-besaran listrik yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan AC maupun DC, mengukur arus, mengukur hambatan. Namun, setiap multimeter mungkin dapat memiliki tambahan mode sehingga dapat digunakan untuk mengukur besaran-besaran lainnya. Pada multimeter juga terdapat batas ukur. Batas ukur ini merupakan nilai maksimla yang dapat diukur menggunakan multimeter yang dipakai, artinya multimeter tersebut tidak dapat mengukur nilai besaran yang lebih besar dari batas ukurnya. Bila dipaksakan dapat merusak alat. Batas ukur biasanya tidak hanya satu, sehingga dapat disesuaikan dengan kebutuhan pengukuran.
Gambar 1.12. Multimeter
Sebelum menggunakan multimeter untuk mengukur, multimeter ini perlu dikalibrasi terlebih dahulu. Cara mengalibrasi multimeter adalah dengan memutar selektro sehingga memilih mode pengukuran hambatan. Kemudian hubungkan probe merah dan hitam, pada saat ini seharusnya jarum menunjuk angka nol. Bila jarum tidak menunjuk angka nol, putar pengatur jarum penunjuk sampai jarum menunjuk angka nol. Bila kedua probe bersentuhan dan jarum telah menunjuk angka nol, maka multimeter telah terkalibrasi dan siap digunakan. Setelah multimeter siap digunakan, maka tentukan dulu multimeter ini akan digunakan untuk mengukur besaran apa. Kemudian putar selektor pada mode pengukuran besaran yang sesuai dan pilih batas ukur yang paling besar. Bila rentang nilai pengukuran sudah diketahui, batas ukur tidak perlu dimulai dari yang paling besar. Semakin besar batas ukur, maka keteliannya semakin berkurang. Bayangkan misalnya pada multimeter terdapat 10 skala. Bila kita memilih batas ukur 1 volt maka kita dapat mengukur tegangan sampai 0,1 volt. Sedangkan bila kita memilih batas ukur 100 artinya tegangan terkecil yang dapat kita ukur adalah 10 volt. Oleh karena itu menaikkan batas ukur artinya mengurangi ketelitian. Sehingga penting untuk menggunakan batas ukur yang tepat agar alat mampu mengukur dengan baik dan sesuai.
Setelah menentukan batas ukur yang sesuai dengan kebutuhan pengukuran, maka kita dapat segera melakukan pengukuran. Pada saat melakukan pengukuran, untuk multimeter analog maka kita perlu mengetahui bagaimana cara menentukan hasil pengukuran. Misalnya kita melakukan pengukuran tegangan, maka besarnya tegangan yang terukur sesuai dengan persamaan (1.1):
Persamaan (1.1) berlaku untuk pengukuran besaran-besaran listrik lainnya menggunakan multimeter analog. Selain multimeter analog, terdapat multimeter digital. Cara menggunakan multimeter digital sama seperti menggunakan multimeter analog, hanya untuk multimeter digital tidak perlu menggunakan persamaan (1.1) untuk menentukan hasil pengukuran karena nilai hasil pengukuran sudah langsung ditampilkan pada layar. Setelah mengenal alat-alat ukur dan cara menggunakannya maka diharapkan teman-teman dapat menggunakan alat-alat ukur tersebut untuk melakukan pengukuran. Dalam melakukan pengukuran biasanya ada keadaan-keadaan yang menimbulkan keraguan terhadap hasil pengukurannya. Keadaan ini digolongkan dalam dua kategori yaitu kesalahan acak dan kesalahan sistematis.
3.5 Ralat dan Ketidakpastian
3.5.1 Kesalahan Acak (rambang)
Kesalahan acak pada umumnya disebabkan oleh adanya hal yang tidak tepat yang halus selama melakukan pengukuran. Hal yang tidak tepat ini tidak dapat diketahui secara pasti, misalnya karena adanya faktor pengganggu. Faktor-faktor pengganggu ini biasanya bersumber dari gejala yang tidak mungkin dikendalikan karena pengganggu ini berlangsung sangat cepat dan periodenya tidak teratur. Beberapa contoh faktro pengganggu antara lain fluktuasi tegangan jarum listrik, getaran yang periodenya tidak teratur, atau bising yang biasanya mengganggu alat elektronik.
3.5.2 Kesalahan Sistematis
Sedangkan kesalahan sistematis merupakan kesalahan yang terjadi secara konsisten. Kesalahan sistematis ini biasanya dapat diketahui penyebabnya dan dapat diperhitungkan atau ditentukan. Contoh kesalahan sistematis misalnya kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, atau kesalahan arah pandang dalam membaca skala (paralak) seperti pada Gambar 1.13 dan Gambar 1.14. Kesalahan sistematis ini dapat dikurangi dengan mengkalibrasi ulang alat ukur mengatur ulang titik nol.
Pengukuran yang dilakukan ternyata memiliki banyak kemungkinan untuk mengalami kesalahan. Oleh karena itu biasanya pengukuruan tidak hanya dilakukan satu kali untuk meyakinkan dan agar diperoleh hasil pengukuran yang lebih akurat. Namun, terkadang pengulangan pengukuran tidak dapat dilakukan. Maka akan kita bahas bagaimana menentukan ketidakpastian dari pengukuran tunggal dan pengukuran berulang.
Gambar 1.13 Paralak
Gambar 1.14 Kesalahan dalam melakukan pengukuran menggunakan jangka sorong
3.5.3 Ketidakpastian Pengukuran Tunggal
Pengukuran tunggal artinya pengukuran hanya dilakukan satu kali. Ada beberapa hal yang menyebabkan pengukuran hanya dilakukan satu kali, misalnya dalam pengukuran curah hujan tentunya tidak dapat dilakukan pengulangan karena sulit untuk mengatur agar hujan yang sama terjadi berulang, atau misalnya mengukur tebal buku menggunakan mistar maka biasanya akan diperoleh nilai yang sama meskipun dilakukan berulang-ulang karena alat ukur yang digunakan ketelitiannya kurang. Maka untuk menyatakan ketidakpastian pengukuran tunggal digunakan nilai setengah skala terkecil dari alat ukur yang dipakai untuk mengukur seperti persamaan (1.2).
Misalnya dilakukan pengukuran menggunakan mistar yang skala terkecilnya adalah 0,1 cm maka ketidakpastian pengukuran tunggal untuk mistar adalah 0,05 cm.
3.5.4 Ketidakpastian Pengukuran Berulang
Pengukuran berulang adalah pengukuran besaran yang sama pada satu obyek yang sama menggunakan alat ukur yang sama namun dilakukan lebih dari satu kali. Dalam pengukuran biasanya hasil yang diperoleh tidak selalu sama. Pengukuran pertama menghasilkan nilai X1 kemudian pengukuran kedua menghasilkan x2 dst. sampai pengukuran selesai. Untuk pengukuran berulang ini dihasilkan nilai yang mungkin berbeda, lalu berapa nilai hasil pengukurannya? Hasil mana yang harus digunakan untuk menyatakan hasil pengukuran? Nilai hasil pengukuran ditentukan dengan persamaan (1.3) berikut.
Sedangkan nilai ketidakpastian pengukuran berulang ini mengikuti persamaan (1.4) berikut :
3.6 Angka Penting
Setelah melakukan pengukuran dan menghitung nilai ketidakpastiannya, maka selanjutnya adalah bagaimana cara melaporkan hasil pengukurannya. Untuk pengukuran tunggal hasil pengukuran dapat dinyatakan sebagai
dan untuk pengukuran berulang dinyatakan sebagai Nilai dari hasil perhitungan dapat mengandung banyak angka akibat dari perhitungan rata-rata. misalnya telah dilakukan 10 kali pengukuran panjang dan diperoleh nilai rata-rata hasil pengukuran sebesar 3,159056284. Nilai rata-rata ini tentunya kurang informatif dan sulit untuk diterima sebagai hasil pengukuran yang tepat, oleh karena itu perlu dipelajari tentang aturan notasi ilmiah dan angka penting untuk melaporkan hasil pengukuran sehingga dapat memberikan informasi yang lebih mudah diterima dan diyakini kebenarannya.
3.6.1 Notasi Ilmiah
Dalam bidang fisika, ada banyak sekali hal yang diukur. Hasil pengukurannya pun sangat beragam mulai dari hasil pengukuran yang sangat kecil misalnya massa atom sampai hasil pengukuran yang sangat besar misalnya massa bumi. Penyajian hasil pengukuran yang sangat besar atau sangat kecil ini biasanya terdiri dari deretan angka yang banyak sehingga sering menyebabkan kesalahan dalam penulisannya, oleh karena itu diberikan aturan notasi ilmiah untuk menyatakan hasil-hasil pengukuran ini. Notasi ilmiah berbentuk
dengan a adalah angka penting.
Pada penulisan massa elektron, indeks n bernilai negatif karena elektron massanya kurang dari satu. Selain itu penggeseran koma dari kiri ke kanan menghasilkan indeks n bernilai negatif.
Pada penulisan massa bumi, indeks n bernilai positif karena bumi massanya lebih dari satu. Selain itu penggeseran koma dari kanan ke kiri menghasilkan indeks n bernilai positif.
3.6.2 Angka Penting
Angka penting merupakan angka hasil pengamtan atau angka-angka yang diperoleh dari hasil pengukuran. Untuk menentukan apakah suatu angka merupakan angka penting atau bukan, perhatikan aturan-aturan angka penting berikut ini:1. Semua angka bukan nol adalah angka penting
2. Angka nol yang terletak di antara dua angka bukan nol adalah angka penting.
3. Semua angka nol yang terletak pada deretan akhir dari angka-angka yang ditulis di belakang koma desimal termasuk angka penting.
4. Angka-angka nol yang digunakan hanya untuk tempat titik desimal adalah bukan angka penting.
5. Bilangan-bilangan puluhan, ratusan, ribuan dan seterusnya yang memiliki angka-angka nol pada deretan akhir harus dituliskan dalam notasi ilmiah agar jelas apakah angka-angka nol tersebut termasuk angka penting atau bukan.
3.6.3 Penjumlahan dan Pengurangan Angka Penting
Dalam penjumlahan dan pengurangan angka penting hanya boleh mengandung satu angka taksiran. Oleh karena itu bila dalam hasil operasi perhitungan terdapat lebih dari satu angka taksiran, dalam penyajiannya perlu dilakukan pembulatan sehingga hanya mengandung satu angka taksiran. Seperti contoh-contoh berikut:
Contoh merupakan operasi pengurangan antara suatu hasil pengukuran yaitu 123,46 dan 6 merupakan angka taksiran dikurangi dengan suatu hasil pengukuran 88 dan 8 sebagai angka taksiran. Hasil pengurangan yaitu 35,46. Angka 5 merupakan angka taksiran karen 8 adalah angka taksiran dan 6 juga angka taksiran. Hasil ini memperlihatkan ada dua angka taksiran. Bila angka 5 sudah merupakan angka taksiran maka angka-angka di belakangnya merupakan angka yang tidak pasti sehingga hasil pengurangannya harus dinyatakan sebagai 35, dengan angka 5 adalah angka taksiran. Untuk lebih memahami, perhatikan contoh berikutnya. Contoh ini merupakan contoh perhitungan
Komentar
Posting Komentar