Muhammad Ihsan Al Qabri H0421001 besaran dan satuan

Besaran dan Satuan

• besaran fisika

• pengukuran & satuan

• satuan SI

• penetapan nilai satuan SI untuk besaran poko

​Muhammad Ihsan Al Qabri

• ​awalan satuan

• konversi satuan

• pengukuran

• pengukuran luas tanah

​Besaran Fisika

Besaran fisika adalah sifat benda atau gejala alam yang dapat diukur. Panjang, massa, lama waktu pertandingan bola, suhu udara, kekerasan benda, kecepatan mobil, terang cahaya, energi yang tersimpan dalam bensin, arus listrik yang mengalir dalam kabel, tegangan listrik PLN, daya listrik lampu ruangan, dan massa jenis air adalah contoh sifat-sifat benda yang dapat dikur. Maka semuanya merupakan besaran fisika.

​

​Jika didaftar, jumlah besaran fisika yang ada saat ini sangat banyak. Namun, dari besaran yang banyak tersebut, ternyata satu besaran dapat diperoleh dari besaran-besaran fisika yang lainya

Mikrajuddin Abdullah 2016, FISIKA DASAR 1 institut teknologi bandung

Kelompok besaran ini selanjutknya dinamakan besaran pokok. Berdasarkan sejumlah pertemuan para ahli fisika seluruh dunia, akhirnya ditetapkan tujuh besaran pokok dalam fisika. Tujuh besaran tersebut tampak dalam Tabel 1.1

​

​

Besaran Pokok	​penggunaan
​panjang	mengukur panjang benda​
massa​	​mengukur massa atau kandungan materi benda
waktu​	​mengukur selang waktu dua peristiwa atau kejadian
kuat arus listrik​	​mengukur arus listrik atau aliran muatan listrik dari berbagai tempat
suhu​	​mengukur seberapa panas suatu benda
intensitas cahaya​	​mengukur seberapa terang cahaya yang jatuh pada benda
jumlah zat​	mengukur jumlah partikel yang terkandung dalam benda

​Tabel 1. besaran pokok

Mengapa Besaran pokok hanya tujuh ?

Tujuh besaran tersebut merupakan jumlah paling sedikit yang masih memungkinkan  besaran-besaran lain  dapat  diturunkan.  Jika  kurang  dari  tujuh  maka  ada  besaran  lain  yang  tidak  dapat  diperoleh  dari besaran pokok.

​Tujuh besaran yang ada dalam Tabel 1.1 dapat diukur dengan ketelitian sangat tinggi. Karena besaran pokok akan menurunkan besaran lain maka besaran-besaran tersebut harus dapat ditentukan dengan sangat teliti.

 

​Besaran massa, pajang, dan waktu telah memiliki sejarah penggunaan yang sangat lama dalam mekanika. Maka dalam penentuan besaran pokok, ketiga besaran tersebut dimasukkan

​Mikrajuddin Abdullah 2016, FISIKA DASAR 1 institut teknologi bandung

pengukuran dan satuan

Tampak bahwa satuan sangat penting dalam fisika. Hasil pengukuran tanpa satuan hanya membingungkan orang. Hasil pengukuran yang disertai satuan akan ditafsirkan sama oleh siapa pun dan di mana pun. Jika kalian melakukan pengukuran besaran fisika, kalian wajib menyertakan satuan yang sesuai. Ketika  kaidah  ilmiah belum dibangun,  masyarakat  sebenarnya telah melakukan pengukuran.

 

​Gambar 1. Jengkal  merupakan  alat  ukur  yang  tidak baku (kaskus.us). Orang berbeda memiliki panjang jengkal berbeda sehingga hasil pengukuran yang dilaporkan berbeda.

 

Satuan sistem internasional

Untuk  menyeragamkan  penggunaan  satuan  di  seluruh  dunia,  pada Konferensi Umum Berat dan Pengukuran ke-14 tahun 1971 ditetapkan satuan internasional untuk tujuh besaran pokok. Satuan tersebut selanjutnya dinamakan satuan SI (Le Systeme Internationale).

​Cabang fisika yang paling awal berkembang adalah mekanika. Di dalam mekanika, besaran fisika yang digunakan hanayalah panjang, massa, dan waktu. Satuan SI untuk ketiga besaran terebut adalah meter, kilogram, dan sekon. Kelompok tiga satuan ini diberi nama khusus yaiu satuan MKS (M = meter, K = kilogram, dan S = second).

​Penetapan nilai satuan SI untuk besaran pokok

Setelah para ahli menetapkan satuan SI untuk besaran-besaran pokok, yang harus dilakukan selanjutnya adalah menentukan nilai untuk tiap satuan tersebut

​besaran pokok	​satuan SI	​singkatan
panjang ​	meter​	​m
massa​	kilogram​	kg​
waktu​	sekon​	s​
kuat arus listrik​	ampere​	A​
suhu​	kelvin​	K​
intensitas cahaya​	kandela​	Cd​
​jumlah zat	mol​	mol​

logam tersebut disimpan   pada   kondisi   yang   dikontrol   secara   ketat   utuk   menghindari perubahan  dimensi  akibat  perubahan  kondisi  lingkungan  seperti  suhu,kelembaban  udara,  tekanan  udara,  intensitas  cahaya,  reaksi  kimia,  dan sebagainya.

Pada akhir abad ke-19, panjang satu meter didefinisikan ulang. Panjang satu meter ditetapkan sama dengan jarak dua goresan pada batang campuran logam platina dan iridium yang tersimpan di International Bureau of Weight and Measures di kota Sevres, Prancis (Gambar 1.4 kanan atas).

satuan panjang

Setelah laju cahaya dapat diukur dengan sangat teliti, pada Konferensi Umum Tentang Berat dan Pengukuran ke -17 tahun 1983, panjang satu meter didefinisikan ulang sebagai jarak tempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458 sekon (Gambar 1.4 bawah). Ini berarti pula bahwa selama satu sekon cahaya merambat dalam ruang hampa sepanjang 299.792.458 meter.

 

 

​

​Gambar 2. pengukuran logam

Masa standar satu kilogram adalah massa silinder logam yang terbuat dari campuran logam platina dan iridium. Massa standar ini disimpan dalam kondisi yang dikontrol secara ketat di  International  Bureau  of  Weights  and Measures di kota Sevres, Prancis. Sejak awal penetapan hingga saat ini, definisi massa standar tidak pernah berubah.

satuan massa

​gambar 3. Duplikat massa standar yang disimpan di National Institute of Standard and Technology (NIST), Amerika Serikat

​Pada Konferensi Umum tentang Berat dan Pengukuran ke-13 tahun 1967 telah ditetapkan bahwa standar waktu satu detik didasarkan pada frekuensi  gelombang  yang  dipancarkan  atom.  Atom  Cesium  dengan nomor atom 133 (Cesium-133) dipilih sebagai atom standar karena frekuensi gelombang  yang  dipancarkan  dapat  dihasilkan  dengan  mudah  dan  dapat diukur  dengan  ketelitian  sangat  tinggi.  Cahaya  yang  dipancarkan  atom Cesium-

​satuan waktu

​Dengan   demikian,   satu   sekon   didefinisikan   sebagai   waktu   yang diperlukan  oleh   gelombang  yang  dipancarkan  atom  Cesium-133  untuk berosilasi sebanyak 9.192.631.770 kali.

​gambar 4. Atom Cesium-133 memancarkan gelombang dengan frekuensi osilasi sebanyak 9 192 631 70 kali  per     sekon

​Untuk  memproduksi waktu  standar tersebut  maka  dibuat  jam  yang didasarkan getaran gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133. Jam tersebut dinamakan jam atom. Contoh jam atom pertama tersimpan di NIST, Amerika tampak pada Gambar 1.7. Jam atom menghasilkan ketelitian yang sangat tinggi. Kesalahan yang terjadi kurang dari 1 sekon dalam waktu 30.000 tahun.

 

​

​gambar 5.Jam atom yang didasarkan atas frekuensi gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133. Jam pada foto ini tersimpan di NIST, Amerika Serikat

Informasi waktu dan posisi yang dipancarkan sejumlah satelit GPS ditangkap oleh alat GPS yang ada di bumi. Alat GPS yang ada di bumi melakukan perhitungan berdasarkan waktu dan posisi yang dipancarkan oleh minimal tiga satelit GPS. Dari hasil perhitungan tersebut maka dapat diketahui secara akurat di mana posisi alat GPs tersebut

Saat ini jam atom dipasang pada satelit-satelit GPS (global positioning system). Satelit GPS mengelilingi bumi dan membentuk konstelasi yang terdiri dari 24 atau 32 satelit (Gambar 1.8). Setelit ini terus menerus memancarkan informasi yang berupa waktu dan posisi setiap saat. Waktu yang dipancarkan adalah waktu yang dihasilkan jam atom sehingga memiliki ketelitian yang sangat tinggi.

​gambar 6. atas) konstelasi satelit GPS yang mengitari bumi pada ketinggan 20.200 km dari permukaan bumi (www.extremetech.com). Jumlahnya 32 satelit sehingga setiap alat GPS yang ada di permukaan bumi dapat menangkap minimal sinyal dari tiga satelit. Sinyal yang berasal dari tiga satelit tersebut yang dihitung sehingga dapat diketahui secara akurat di mana lokasi alat GPS tersebut berada. (bawah) Proses penerimaan sinyal satelit oleh alat GPS

​contoh

Dalam satu menit, berapa kali jumlah osilai gelombang yang dipancarkan atom

Cesium-133?

 

​jawab ;

​Jumlah getaran dalam satu detik = 9.192.631.770 kali. Lama satu menit = 60 detik.   Dengan   demikian,   jumlah   getaran   dalam   satu   menit   =   60   ´

9.192.631.770 = 551.557.906.200 kali.

 

 

​Awalan satuan

Satuan SI juga memperkenalkan kita pada penggunaan awalan dalam penulisan besaran fisis. Penggunaaan awalan tersebut merupakan alternatif penggunaan  bilangan  pangkat  sepuluh. 

​contoh;

 

Diameter sebuah atom adalah 3,2 ´ 10^-10m. Nyatakan diameter tersebut dalam awalan yang terdekat.

jawaban

3,2 ´ 10^-10 m = 0,32 ´ 10^-9 m

= 0,32 nm atau 3,2 ´ 10^-10 m

= 320 ´ 10-12 m

= 320 pm

​konversi satuan

Sebuah  mobil bergerak  dengan  kecepatan 72  km/jam.  Berapa jarak tempuh mobil selama 40 sekon? Tentu kamu tidak bisa langsung mengalikan 72 ´ 40 = 2 880 km karena satuan waktu dalam kecepatan tidak sama dengan satuan waktu perhitungan. Hasil tersebut salah!! Satuan waktu dalam kecepatan  adalah  jam  sedangkan  satuan  waktu  yang  diberikan  untuk menghitung jarak adalah sekon. Perhitungan baru dapat dilakukan jika satuan waktu keduanya disamakan dulu. Bisa sama-sama dalam jam atau sama-sama dalam sekon.

 

Karena 1 jam = 3 600 s maka 1 s = (1/3 600) jam. Dengan demikian, 40 s = 40 ´ (1/3 600) jam = 0,0111 jam. Jarak tempuh mobil menjadi 72 km/jam ´ 0,0111 jam = 0,8 km.

 

satuan waktu diubah ke jam

Kita dapat menulis 72 km/jam = 72 km /1 jam. Karena 1 jam = 3 600 s maka 72 km /1 jam = 72 km/3 600 s = 0,02 km/s. Dengan demikian, jarak tempuh mobil selama 40 s adalah 0,02 km/s ´ 40 s = 0,8 km.

satuan waktu diubah kesekon

Kita kembali ke persoalan mobil di atas. Untuk melakukan perhitungan, kita harus samakan satuan waktu. Kita coba dua cara berikut ini.

 

contoh

Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama satu tahun. Jika kecepatan cahaya 3 ´ 108  m/s dan satu tahun sama dengan 365,25 hari, berapakah panjang satu tahun cahaya dinyatakan dalam Mm?

​jawab

Karena satuan waktu dalam kecepatan cahaya dan satuan waktu dalam hari berbeda maka kita perlu melakukan konversi satuan terlebih dahulu  agar satuan  menjadi  sama.  Jika  menggunakan  satuan  sekon  maka  kita  ubah 365,25 hari dalam sekon.

365,25 hari = 365,25 x 24 jam = 365,25 x 24 x3 600 s = 3,15576 x 107 s. Dengan demikian, jarak tempah cahaya selama satu tahun adalah (3 x 10⁸ m/s) x (3,15576 x 10⁷ s) = 9,47 x 10¹⁵ m

 = (9,47 ´ 10⁹) ´ 10⁶ m = 9,47 ´ 10⁹ Mm

Mengingat pentingnya pengukuran dalam fisika dan dalam ilmu dan teknologi secara umum, pada bagian selanjutnya kita membahas secara detail beberapa jenis alat ukur sederhana dan cara penggunaannya. Seperti yang telah dejalskan sebelumnya, pengukuran pada dasarnya adalah membandingkan nilai besaran fisis yang dimiliki benda dengan nilai besaran fisis alat ukur yang sesuai.

​Jadi dalam setiap pengukuran diperlukan alat ukura yang sesuai. Pengukuran besaran panjang memerlukan alat ukur panjang, pengukuran besaran massa memerlukan alat ukur massa, dan sebagainya.

 

 

​​pengukuran

Cara mengukur dengan mistar atau meteran sangat sederhana yaitu: (a) tempatkan satu ujung mistar tepat sejajar dengan salah satu ujung benda yang akan diukur;

(b) Baca skala pada mistar yang berimpitan dengan ujung kedua benda. Skala tersebut mengungkapkan panjang benda yang diukur

pengukuran panjang

gambar 7. 10   (atas) Mengukur panjang buku dengan mistar. Ujung kanan buku dan ujung kanan mistar sejajar. Skala pada mistar yang sejajar dengan ujung kiri buku menyatakan panjang buku. (bawah) Mengkur tebal buku dengan mistar. Ujung bawah buku dan ujung bawah mistar sejajar. Skala pada mistar yang sejajar dengan ujung atas buku menyatakan tebal buku.

​Cara penggunaan jangka sorong ada yang mudah dan ada yang agak sulit. Jangka sorong jenis lama, seperti pada Gambar 1.13 (kiri atas) memiliki skala goresan pada bagian yang digeser. Skala ini sering disebut skala nonius atau vernier. Ketika menentukan panjang benda maka dua skala yang harus dibaca sekaligus.

jangka sorong

​gambar 8. Sejumlah bentuk jangka sorong. Semua jangka sorong memiliki skala pada batang tetap. Skala ini dikenal dengan skala utama. Bagian yang digeser juga memiliki skala. Skala pada bagian yang digeser bermacam- macam. Ada yang digores langsung pada bagian yang digeser (kiri atas), ada yang berupaka skala jarum (kanan atas), atau skala digital (bawah) (dari berbagai sumber).

 

contoh

Berdasarkan  posisi  skala  nonius seperti  pada  Gambar  1.16, berapakah panjang benda yang terukur?

 

Skala nonius yang berimpit dengan skala utama adalah skala nonius ke-8. Karena jumlah skala nonius pada jangka sorong tersebut sepuluh maka kelebihan panjang yang ditunjukkan skala nonius adalah 8 ´  0,1 mm = 0,8 mm. Dengan demikian panjang yang diukur adalah 16 mm + 0,8 mm

= 16,8 mm.

​​Jawab

Skala utama yang dilewati skala nol nonius adalah 16mm.

Mikrometer

Hasil pengukuran panjang yang lebih teliti lagi dapat diperoleh dengan menggunakan mikrometer. Mikrometer sekrup dapat mengukur hingga ketelitian 0,01 mm. Namun, jangkauan panjang pengukuran yang dapat dilakukan sangat terbatas. Beberepa mikrometer hanya mampu mengukur hingga  panjang  maksimum  sekitar  1  inci.  Gambar  1.22  adalah  beberapa contoh mikrometer yang digunakan orang.

mikroskop

Mikroskop adalah alat untuk menghasilkan bayangan yang ukurannya jauh lebih besar daripada benda. Ukuran bayangan yang dihasilkan bisa beberapa kali hingga jutaan kali ukuran benda aslinya. Dengan mikroskop maka benda yang sangat kecil menjadi terlihat lebih besar dan benda yang tidak tampak menjadi tampak jelas. Berapa kali mikroskop memperbesar bayangan tergantung pada jenis mikroskop yang digunakan. Mikroskop optik bisa memperbesar  bayangan  hingga  ratusan  kali  sedangkan mikroskop elektron dapat memperbesar bayangan hingga jutaan kali

pengukuran massa

Prinsip kerja neraca ini adalah membandingkan berat benda yang akan diukur dengan berat anak timbangan. Gambar 1.29 adalah contoh neraca dua lengan.

Neraca dua lengan

​Gambar 9. Contoh neraca dua lengan. Penggunaan neraca ini adalah menyeimbangkan dua lengan. Satu lengan besisi benda yang diukur dan lengan yang lain berisi anak-anak timbang. Saat dua lengan dalam keadaan setimbang maka massa benda sama dengan jumlah massa anak timbangan di lengan sebelahnya

Neraca Ohaus serupa dengan neraca dua lengan. Namun, timbangan sudah  terpasang  pada  neraca.  Penentuan  massa  benda  hanya  dilakukan dengan menggeser sejumlah anak timbangan yang telah berada pada lengan neraca

Neraca Ohauss

​gambar 10. Contoh neraca Ohaus. Prinsip kerja neraca Ouahus serupa dengan neraca dua lengan. Namun, pada neraca Ohaus anak timbangan sudah terpasang pada lengan dan dapat digeser sepanjang lengan. Massa benda yang ditimbang ditentukan oleh angka-angka yang ditempati oleh anak timbangan

 

​Neraca Elektronik

Neraca elektronik adalah neraca yang sangat mudah penggunaannya. Hasil pengukuran tampak pada angka-angka di layar. Secara otomatis, hasil pengukuran sesuai dengan angka yang tertera pada display tersebut. Neraca ini banyak digunakan dalam laboratorium maupun di pasar swalayan dan hasil pengukurannya sangat teliti

​Gambar 11. Contoh neraca elektronik. Nilai terkecil yang dapat diukur adalah 0,01 g

Pengukuran Waktu

Arloji adalah penunjuk waktu yang terus bertambah tampilan waktunya. Arloji lebih sering digunakan untuk menunjukan waktu pada saat tertentu. Namun, dengan mencatat waktu dua peristiwa masa selang waktu terjadinya dua peristiwa tersebut dapat ditentukan. Selang waktu tersebut adalah selisih waktu yang ditampilkan oleh arloji.

 

​Gambar 12.Contoh   alat   ukur   waktu:     jam   tangan, stopwatch   jarum dan stopwatch digital

Pengukuran Volume

Volume  zat  cair dapat  diukur dengan  mudah  menggunakan  silinder ukur (juga sering disebut gelas ukur). Silinder ukur adalah terbuat dari gelas atau plastic berbentuk tabung yang dilengkapi skala.dalam garis horizontal dengan lekukan bawah permukaan zat cair.

​Pengukuran Volume Zat Cair

​Cara   pengukuran   volume   dengan   silinder   ukur   sangat   mudah. Masukkan zat cair di dalamnya, lalu amati skala yang sejajar dengan permukaan zat cair. Pengamatan harus dilakukan sehingga posisi mata berada

​Pengukuran Volume Zat Padat

Volum zat padat yang bentuknya teratur dapat ditentukan melalui pengukuran   panjang  bagian-bagiannya.  Volum   kubus   dapat  ditentukan dengan mengukur panjang salah satu sisinya, volum balok dapat ditentukan dengan  mungukur  panjang  tiga sisinya,  dan  volum  bola  dapat  ditentukan dengan mungukur diameternya.

 

​Volum benda padat yang bentuknya tidak teratur dapat ditentukan secara tidak langsung. Salah satunya adalah dengan mengukur volum air yang dipindahkan oleh benda tersebut ketika seluruh bagian benda dicelupkan ke dalam zat cair.

Metode pengkuran diilustrasikan dalam Gambar 1.36. Pada Gambar 1.42(a) mula-mula zat cair diisi ke dalam silinder ukur sampai skala tertentu. Zat padat kemudian dimasukkan ke dalam zat cair, lalu dibaca skala yang sejajar permukaan zat cair. Selisih kedua volum tersebut merupakan volum zat padat.

​gambar 13. Contoh pengukuran volum zat padat. (a) menggunakan satu linder ukur. (b) menggunakan wadah bercorong dan silinder ukur.

contoh

Berapa volum zat padat pada Gambar 1.42(a) dan 1.42(b)?

​jawab ;

​Pada Gambar 1.42

(a), volume  zat cair sebelum memasukkan zat padat ke dalamnya adalah 30 mL. Setelah memasukkan zat padat, permukaan air menunjukkan volum 40 mL. Maka volum zat padat adalah 40- 30 = 10 mL.

Pada Gambar 1.42

(b)volum air dalam silinder ukur adalah 30mL. Maka volum zat padat adalah 30 mL

Jika bentuk tanah persegi atau persegi panjang, maka pengukuran sangat mudah dilakukan yaitu hanya mengukur panjang sisi- sisinya.

​ 

Pengukuran Luas Tanah

​gambar 14. Tanah yang dibatasi gari hitam dibagi atas sejumlah segitiga. Panjang sisi semua segitiga diukur. Dari panjang sisi  maka dapat  dihitung  luas  masing-masing  segitiga.  Luas  tanah  sama  dengan  jumlah luas  semua segitiga. Memang akan ada sedikit perbedaan karena tidak mungkin semua segitiga tepat mengisi seluruh daerah tanah, khususnya pada bagian yang melengkung.

Luas tanah sama dengan jumlah luas semua segitiga. Sekarang mari kita bahas bagaimana menentukan luas segitiga berdasarkan informasi panjang tiga sisinya.

​Kita misalkan sisi c berimpit dengansumbu x (Gambar 1.45 kanan). Kemudian buat lingkaran yang berpusat di pusat koordinat (salah satu titik sudut segitiga) dan berpusat di sudut yang lain yang berada di sumbu x. Jari- jari  lingkaran  persis  sama  dengan  panjang  sisi  segitiga  sehingga  kedua lingkaran berpotongan di sudut ketiga segitiga tersebut.

Multiple Choice

Dibawah ini yang termasuk besaran pokok adalah, kecuali....

• luas

• panjang

• massa

• s

Poll

Di bawah ini yang termasuk besaran turunan adalah, kecuali....

• tekanan

• momentum

• i

Poll

Satuan SI dari kecepatan adalah....

• m

• s

• m/s

• m/s²

Multiple Choice

Alat yang di gunakan untuk mengukur ketebalan suatu benda....

• jangka sorong

• mikrometer sekrup

• stopwatch

• meteran

Open Ended

Jelaskan perbedaan besaran pokok dan besaran turunan!