Pengukuran Fisika SMA

Dalam materi pengukuran ini, akan ada beberapa yang dibahas yakni konsep besaran (besaran pokok, besaran turunan), konsep satuan, konsep dimensi, aturan angka penting, konsep notasi ilmiah, dan konsep pengukuran. Pengu

Pernahkah anda mendengar istilah satu jengkal, satu hasta, atau satu kaki? Istilah satu jengkal, satu hasta, dan satu kaki merupakan istilah yang sering digunakan oleh masyarakat zaman dahulu untuk mengukur panjang suatu benda. Jika diperhatikan, penggunaan alat ukur tersebut kurang efektif ya, mengingat ukuran jengkal, hasta, maupun kaki setiap individu berbeda-beda. 

Oleh karena itu, para ilmuwan Fisika mulai membuat suatu alat ukur yang baku, misalnya penggaris, meteran, jangka sorong, dan sebagainya. Alat-alat ukur tersebut digunakan untuk mengukur suatu besaran, contohnya panjang. Nah, membahas masalah alat ukur dan besaran, tidak terlepas dari pembahasan kali ini, yaitu tentang pengukuran. Ingin tahu lebih lanjut tentang pengukuran? Check this out!

Konsep Besaran

Apakah yang dimaksud besaran? Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur, dihitung, dan dinyatakan dengan angka. Ternyata, besaran dibagi menjadi dua, lho. Apa saja itu?

1. Besaran pokok

Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditentukan terlebih dahulu dan tidak diturunkan dari besaran-besaran lain. Terdapat tujuh macam besaran pokok, yaitu panjang, massa, waktu, kuat arus listrik, suhu, intensitas cahaya, dan jumlah zat. Ingin tahu lebih lengkapnya, simak tabel berikut ini.

Untuk memudahkan Quipperian dalam mengingat ketujuh besaran pokok tersebut, Quipper Blog punya cara SUPER-nya alias “Solusi Quipper”.

2. Besaran turunan

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Artinya, untuk menentukan besaran ini, Quipperian harus menggunakan rumus-rumus tertentu yang memuat besaran-besaran pokok. Contoh besaran turunan adalah luas, volume, kecepatan, gaya, usaha, energi, tekanan, percepatan, dan sebagainya.

Konsep Satuan

Jika sebelumnya Quipperian sudah belajar tentang besaran, kali ini Quipper Blog akan mengajak untuk belajar satuan. Apa itu satuan?

Satuan adalah acuan atau pembanding suatu besaran. Satuan terdiri dari dua macam, yaitu satuan MKS (meter-kilogram-sekon) dan satuan CGS (centimeter-gram-sekon). Satuan besaran pokok yang meliputi, meter, kilogram, sekon, kelvin, ampere, candela, dan mol ditetapkan sebagai sistem Satuan Internasional (SI).

Saat menemukan besaran dengan nilai yang terlalu besar atau terlalu kecil, misalnya 0,0000001 atau 1.000.000, Quipperian bisa mengubahnya menjadi faktor pengali seperti pada tabel berikut.

Konsep Dimensi

Dimensi adalah bentuk penulisan suatu besaran menggunakan lambang besaran-besaran pokok. Penulisan lambang besaran pokok tersebut diapit oleh kurung siku, contohnya sebagai berikut.

1. Kecepatan

2. Percepatan

Lalu, apa manfaat dituliskannya dimensi besaran?

1. Untuk mengungkapkan adanya kesetaraan besaran, misalnya gaya gesek memiliki persamaan dimensi dengan gaya berat, usaha memiliki persamaan dimensi dengan energi, dan sebagainya.
2. Untuk menetapkan bahwa suatu persamaan tepat atau tidak.

Berikut ini tabel lambang dimensi untuk besaran-besaran pokok dan turunan.

Aturan Angka Penting

Selanjutnya, Quipperian akan belajar tentang pengertian angka penting dan aturan yang berlaku di dalamnya.

1. Pengertian angka penting

Angka penting adalah semua angka yang diperoleh dari hasil pengukuran, meliputi angka pasti dan angka taksiran. Penulisan angka penting menunjukkan ketelitian suatu hasil pengukuran.

2. Aturan angka penting

Dalam menulis angka penting, terdapat beberapa aturan yang perlu diperhatikan, yaitu sebagai berikut.

• Semua angka bukan nol merupakan angka penting, contohnya 2,34 memiliki tiga angka penting, 65,765 memiliki lima angka penting.
• Semua angka nol yang terletak di antara angka bukan nol merupakan angka penting, contohnya 3,009 memiliki empat angka penting, 70,6 memiliki tiga angka penting.
• Angka nol yang terletak di sebelah kanan angka bukan nol merupakan angka penting, contohnya 3.000 memiliki empat angka penting, 1,230 memiliki empat angka penting.
• Angka nol yang terletak di sebelah kiri angka bukan nol, baik di kiri maupun di kanan koma bukan termasuk angka penting, contohnya 0,1 memiliki satu angka penting, 0,005 memiliki 1 angka penting, 0,0567 memiliki tiga angka penting.
• Semua angka sebelum faktor pengali pada notasi ilmiah merupakan angka penting.

3. Operasi angka penting

a. Operasi penjumlahan dan pengurangan

Tidak ada aturan khusus pada operasi penjumlahan dan pengurangan, hanya saja pembulatan untuk bilangan desimal mengikuti angka taksiran paling sedikit. Contohnya adalah sebagai berikut. 

Untuk pembulatan, jika angka terakhir lebih besar dari lima, bulatkan ke atas. Jika angka terakhir lebih kecil dari lima, bulatkan ke bawah. Jika tepat lima, lihat angka sebelumnya, misal angka sebelumnya ganjil bulatkan ke atas dan sebaliknya. Contoh:

b. Operasi perkalian dan pembagian

Jika menggunakan aturan angka penting, hasil perkalian antara dua bilangan atau lebih menghasilkan bilangan yang jumlah angka pentingnya sama dengan angka penting paling sedikit. Contohnya sebagai berikut. 

Konsep Notasi Ilmiah

Jika Quipperian dihadapkan pada bilangan ratusan, ribuan, ratusan ribu, mungkin masih mudah untuk dimengerti nama bilangannya, ya. Bagaimana jika dihadapkan pada bilangan seperti 0,00000000000023 atau 1.000.000.000.000.000? Sungguh bilangan yang sulit untuk ditentukan jumlahnya secara langsung. 

Hal yang harus dipahami bahwa di dalam Fisika, besaran-besaran hasil pengukuran tidak hanya berupa puluhan, ribuan, atau ratusan ribu, tetapi juga skala makro dan mikro, contohnya saja massa Bumi atau massa elektron. Untuk menulis massa elektron yang tidak terlihat oleh mata telanjang tentulah sangat sulit karena ukurannya sangat kecil. 

Oleh karena itu, dibentuklah suatu notasi yang disebut notasi ilmiah. Notasi ilmiah ini bisa mempermudah Quipperian dalam menentukan suatu nilai besaran yang terlalu besar atau terlalu kecil. Penulisannya adalah sebagai berikut. 

Keterangan:

a = bilangan satuan, besarnya antara 1-10 dan boleh berupa desimal; dan

n = ordo atau pangkat.

Contoh soal tentang notasi ilmiah adalah sebagai berikut.

1) Tentukan bilangan 510.000.000 dalam bentuk notasi ilmiah!

2) Tentukan bilangan 0,000000087 dalam bentuk notasi ilmiah!

Konsep Pengukuran

Pengukuran merupakan proses membandingkan suatu besaran yang diukur menggunakan besaran lain yang sudah ditentukan skala dan satuannya. Hasil pengukuran tunggal biasa ditulis sebagai berikut. 

Keterangan:

x = nilai besaran yang diukur;

xo = hasil pengukuran yang terbaca; dan

∆x = ketidakpastian pengukuran = 1/2 skala terkecil alat ukur.

Berikut ini merupakan contoh pengukuran beberapa besaran di dalam Fisika.

1. Pengukuran panjang

Panjang merupakan salah satu besaran pokok yang dapat diukur menggunakan mistar, jangka sorong, atau mikrometer sekrup. Berikut ini contoh pengukurannya.

a. Mistar

Mistar atau biasa disebut penggaris memiliki skala terkecil 1 mm, sehingga ketelitian mistar 0,5 mm atau 0,05 cm. perhatikan contoh berikut.

Hasil pengukurannya = 3,1 – 0,3 = 2,8 cm

Penulisan hasil ukur = (2,8 ± 0,05) cm

b. Jangka sorong

Jangka sorong memiliki 0,1 mm atau 0,01 cm. Dengan demikian, jangka sorong memiliki ketelitian lebih baik daripada mistar. Perhatikan contoh berikut.

Berdasarkan gambar di atas:

Skala utama = 0,3 m

Skala nonius = 3 × 0,01 = 0,03 cm

Hasil pembacaan alat = skala utama + skala nonius

                = 0,3 + 0,03 = 0,33 cm

c. Mikrometer sekrup

Mikrometer sekrup memiliki ketelitian lebih baik daripada dua alat sebelumnya, yaitu 0,01 mm. Alat ini bisa digunakan untuk mengukur diameter kawat, ketebalan kertas, dan benda-benda kecil lainya. Perhatikan contoh berikut.

Skala utama = 3,5 mm

Skala nonius = (12 × 0,01) = 0,12 mm

Hasil pembacaan alat = skala utama + skala nonius 

     = 3,5 + 0,12 = 3,62 mm

2. Pengukuran massa

Massa merupakan salah satu besaran pokok yang bisa diukur menggunakan timbangan atau neraca. Neraca yang biasa digunakan pada skala laboratorium adalah neraca O’Hauss tiga lengan. Neraca tersebut memiliki tiga lengan dengan rincian sebagai berikut.

• Lengan belakang memiliki skala 0 – 500 gram.
• Lengan tengah memiliki skala 0 – 100 gram.
• Lengan depan memiliki skala 0 – 10 gram.

Perhatikan contoh berikut.

Hasil pengukuran massa di atas adalah 400 gram + 70 gram + 9,4 gram = 479,4 gram.

3. Pengukuran arus dan tegangan listrik

Alat untuk mengukur arus listrik disebut amperemeter, sedangkan untuk mengukur tegangan listrik disebut voltmeter. Adapun contoh gambar alatnya adalah sebagai berikut.

Hasil pengukuran amperemeter di atas adalah sebagai berikut.

4. Pengukuran volume benda tak beraturan

Untuk benda yang bentuknya tidak beraturan, Quipperian bisa menggunakan gelas ukur yang diisi oleh benda yang akan diukur volumenya. Pertambahan volume pada gelas ukur menunjukkan volume benda tersebut. Perhatikan contoh berikut.

Volume logam di atas adalah

5. Pengukuran waktu

Alat yang biasa digunakan untuk mengukur waktu adalah stopwatch. Perhatikan contoh berikut.

Hasil pengukuran waktu menggunakan stopwatch di atas adalah 2 menit + 12 sekon.

Bagaimana Quipperian, sudah paham kan dengan materi pengukuran? Ternyata, pengukuran dekat dengan kehidupan sehari-hari ya, misalnya saat Quipperian ingin mengukur tinggi badan, menimbang beras, menghitung lamanya waktu air mendidih, dan masih banyak lagi. Itulah sebabnya, belajar Fisika mudah dan menyenangkan karena Fisika dekat dengan kehidupan. Untuk meningkatkan pemahaman Quipperian tentang pengukuran, simak contoh soal berikut ini.

Contoh Soal

Andi akan mengukur volume sebuah kelereng. Setelah diukur, diameter kelereng Andi ditunjukkan oleh gambar berikut.

Berdasarkan aturan angka penting, tentukan volume kelereng Andi!

Pembahasan:

Pertama, Quipperian harus mencari panjang diameter kelereng yang telah tertulis di mikrometer sekrup berikut.

 

Selanjutnya, gunakan persamaan volume bola.

Berdasarkan aturan angka penting, hasil perkalian harus memiliki bilangan sebanyak bilangan angka penting paling sedikit.

Jika diuraikan kembali, perkalian volume di atas memiliki angka penting penting paling sedikit berjumlah 3, yaitu 1,33 (3AP) dan 3,14 (3 AP). Oleh karena itu, hasil perkaliannya harus memiliki angka penting berjumlah 3.

Jadi, berdasarkan aturan angka penting, volume kelereng Andi adalah 204 mm3.

Ingin mengerjakan latihan soal lebih banyak lagi? Silakan gabung dengan Quipper Video.

(sumber: Quipper Blog)