PENGUKURAN BESARAN DAN SATUAN

A. PENDAHULUAN
Untuk dapat memahami dan mengerti fisika dengan baik, harus dimulai dari mempelajari konsep-konsep dasar yang diperlukan dalam fisika. Konsep-konsep dasar tersebut yang sangat penting adalah mengenai besaran fisis beserta satuannya, aturan-aturan bagaimana menuliskan besaran dan satuan itu, konsep analisis dimensi sampai dengan konsep pengukuran.

Pengukuran-pengukuran besaran fisis  dapat mencakup berbagai besaran seperti kecepatan, temperatur, gaya, arus listrik, waktu dan ratusan besaran fisis yang lain. Tentu saja pengukuran besaran yang barangkali sering di lakukan adalah mengukur panjang benda seperti buku misalnya. Dalam mengukur panjang buku biasanya menggunakan alat ukur yang disebut penggaris.

Dalam penggaris ada skala-skala panjang tertentu. Hasil ukur panjang buku yang diukur adalah berupa angka yang terbaca pada penggaris. Dalam hal ini besaran fisis yang diukur adalah panjang. Secara umum besaran (besaran fisis) adalah sesuatu yang dapat dinyatakan keberadaannya dengan suatu angka atau nilai.

Sedangkan pengukuran adalah proses mengukur suatu besaran, yaitu membandingkan nilai besaran yang sedang kita ukur dengan besaran lain sejenis yang dipakai sebagai acuan. Dalam hal pengukuran panjang buku di atas kita membandingkan panjang (besaran) buku dengan panjang (besaran sejenis) penggaris sebagai acuan. Apakah ada sesuatu yang bukan besaran? Sesuatu yang dapat diwakili dengan angka adalah sesuatu yang dapat diukur dengan alat ukur. Keindahan, kesenangan apa dapat diukur dengan alat? Tampaknya keindahan bagi seseorang belum tentu sama indahnya bagi orang lain. Jadi keindahan sangat relatif dan tidak dapat diukur eksak. Jadi keindahan bukan besaran fisis. Demikian juga manakala kita mengukur, maka acuan ukuran yang digunakan dapat berbeda. Mengukur panjang meja dengan meteran kita bisa mengatakan panjangnya 100 cm (baca: centimeter) misalnya. Sebaliknya jika acuan kita adalah sebatang pencil maka panjang meja itu kita katakan misalnya 6 pensil. Jadi kita perlu mendefinisikan apa yang disebut satuan sebagai ukuran terkecil apa nilai besaran fisis itu dinyatakan. Jadi panjang meja jika kita nyatakan dalam satuan cm, misalnya disebutkan 100 cm. Karena itu kita perlu mem-baku-kan satuan yang digunakan supaya dapat diterima di mana-mana oleh semua orang. Artinya jika kita menyatakan panjang buku adalah 30 cm maka orang lain yang kita beri tahu akan mengerti makna dari 30 cm tersebut. Coba jika saudara memberi tahu pada orang tersebut bahwa panjang buku adalah 3 pensil! Apakah orang tersebut mengerti?

B. BESARAN DAN SATUAN BAKU (STANDAR)

1. Besaran dan Satuan Dasar (Pokok)

Sampai di sini kita sudah mengetahui bahwa dalam fisika kita memerlukan satuan baku untuk menyatakan nilai suatu besaran supaya dapat dimengerti oleh komunitas fisika. Fisikawan seharusnya menggunakan satuan internasional yang definisinya disetujui oleh sebuah komite saintis internasional.

https://physics.nist.gov/cuu/Units/units.html

Untuk menyatakan satuan baku (standar) ada berbagai cara, misalnya dua yang dikenal luas adalah:
a. Satuan MKS (Meter, Kilogram and Second) atau juga sistem Metrik.
b. Satuan CGS (Centimeter, Gram and Second). Sering disebut juga sistem Gaussian.

Satuan SI sering digunakan dalam fisika, sedangkan satuan CGS sering digunakan dalam kimia, meskipun ini tidak  mutlak. Namun kedua sistem satuan ini banyak digunakan secara internasional.

Ada juga sistem satuan British yang populer digunakan sedikit negara seperti di Amerika Serikat, Inggris, Myanmar dan Liberia: Satuan British (panjang dalam feet (ft), massa dalam slug dan waktu dalam detik (s)).

Sistem MKS menggunakan satuan meter untuk panjang, kilogram untuk massa benda dan detik (second) untuk waktu. Sedangkan sistem CGS menggunakan satuan centimeter untuk panjang, gram untuk massa dan detik untuk waktu. Sistem British menggunakan satuan feet untuk panjang, slug untuk massa dan detik untuk waktu. Pilihan sistem mana yang digunakan dalam hal ini tidak ada keharusan, namun sistem MKS adalah yang banyak digunakan secara luas.

Kita lihat meskipun antara sistem MKS dan CGS sangat mirip, namun dalam kajian listrik-magnet (elektrodinamika) persamaan-persamaan yang digunakan di kedua sistem bentuknya cukup berbeda. Tentu saja antar ketiga sistem satuan ada konversi satu sama lain.

1 kg (MKS) = 1000 gram (CGS) = (1/14,59) slug (British).

1 meter (MKS) = 100 cm (CGS) = 3,281 feet (British).

Untuk sistem MKS, sejak Tahun 1960 melalui Konferensi Internasional untuk berat dan ukuran, telah memasukkan satuan ampere (A) sebagai satuan dasar (pokok). Sehingga menjadi sistem MKSA (meter-kilogram-secondampere).
Sistem satuan internasional, SI (”systeme international” menurut bahasa Perancis) adalah versi modern dari sistem matriks melalui konvensi internasional.

Dengan sistem SI ini maka ada 7 besaran dasar (pokok) dan besaran lain yang dapat diturunkan dari besaran dasar (pokok), disebut besaran turunan, melalui persamaan matematik yang sesuai. Satuan besaran
Oleh karena itu, ada yang satuan dasar (pokok) dan juga satuan turunan.

Ketujuh besaran dasar (pokok) seperti: panjang, massa, waktu, suhu, kuat arus, intensitas cahaya dan jumlah zat

Tujuh Besaran Pokok Satuan SI

Besaran Pokok Satuan SI Singkatan
panjang meter m
Massa kilogram kg
waktu sekon s
suhu kelvin K
kuat Arus ampere A
jumlah mol zat mol mol
intensitas cahaya candela cd

2. Besaran Turunan

Jumlah besaran turunan dalam hal ini banyak sekali bahkan sampai ratusan jumlahnya, namun pada dasarnya semua besaran turunan diperoleh dengan menggunakan besaran-besaran dasar (pokok)

Contoh   –  luas diturunkan dari dua besaran panjang

Bukti Luas = panjang x panjang dengan satuan m x m = m2

 

3. Konversi Satuan

Memindahkan dari satuan kesatuan lain dengan menggunakan perbandingan besaran sehingga diperoleh suatu kesamaan. Perbandingan tersebut dinamakan dengan faktor konversi.

4. Simbol – simbol

Pemberian simbol besaran dan satuan di atas sifatnya adalah konvensi internasional yang disepakati. Sebenarnya saudara boleh memilih simbol yang lain sejauh saudara konsisten mendefinisikan sebuah simbol dan satuan
yang digunakan. Simbol besaran fisis yang sering digunakan adalah berdasarkan huruf Yunani

Huruf Yunani Huruf kecil Huruf besar Huruf Yunani Huruf kecil Huruf besar
alpha α Α nu λ Ν
beta β Β xi μ Ξ
gamma γ Γ omicron ν Ο
delta δ Γ pi π Π
epsilon ε Δ rho ξ Ρ
zeta δ Ε sigma ζ ΢
eta ε Ζ tau η Σ
theta ζ Θ upsilon υ Τ
iota η Η phi θ Φ
kappa θ Κ chi χ Υ
lambda ι Λ psi ψ Φ
mu κ Μ omega ω Χ

5. Definisi Satuan Baku (Standar)
Saudara telah mengerti perlunya satuan dalam menyatakan hasil pengukuran, demikian juga pilihan sistem satuan yang digunakan. Namun saudara belum mendefinisikan satuan-satuan itu sendiri.

Satuan panjang meter 1 meter adalah panjang lintasan yang ditempuh sebuah sinar dalam ruang hampa selama waktu detik. 1 299 792 458
Satuan massa kilogram 1 kilogram adalah massa sebuah prototip internasional terbuat dari bahan platinum iridium
Satuan waktu detik 1 detik adalah waktu untuk terjadinya 9.192.631.770 vibrasi radiasi di antara dua tingkat hyperfine dari tingkat dasar atom cesium-133.
Satuan arus listrik ampere 1 ampere adalah arus konstan yang jika dijaga dalam dua konduktor lurus sejajar panjang tak hingga, dengan tampang lintang lingkar diabaikan, terpisah 1 meter satu sama lain dalam ruang hampa, akan menghasilkan gaya 2 x 10-7 newton per meter di antara kedua kawat.
Satuan suhu kelvin 1 kelvin adalah satuan temperature termodinamik, besarnya adalah fraksi 1/273.16 dari temperature termodinamik dari titik triple air.
Satuan jumlah zat mole 1. The mole is the amount of substance of a system which contains as many elementary entities as there are atoms in 0.012 kilogram of carbon 12; its symbol is “mol.” 2. When the mole is used, the elementary entities must be specified and may be atoms, molecules, ions, electrons, other particles, or specified groups of such particles.
Satuan intensitas cahaya candela The candela is the luminous intensity, in a given direction, of a source that emits monochromatic radiation of frequency 540 x 1012 hertz and that has a radiant intensity in that direction of 1/683 watt per steradian.

C. PREFIKS UNTUK SATUAN DAN NOTASI IMIAH

Kita akan sering, dalam perhitungan-perhitungan fisika, melibatkan bilangan-bilangan yang sangat besar atau sangat kecil. Jika bilangan-bilangan itu disebutkan apa adanya maka kurang lugas kurang enak didengar. Misalkan kita mengatakan, sebuah jalan raya panjangnya 10.000 m. Dalam banyak hal penyebutan ini kurang enak didengar dan dimengerti. Akan lebih baik jika dinyatakan, Sebuah jalan raya panjangnya 10 km (baca: kilometer, dengan kilo sebagai prefiks). Jadi dalam hal ini kita mempunyai: 10.000 m = 10 km = 103 m Atau misalnya disebutkan panjang bakteri yang terlihat pada mikroskop adalah 0,000006 m. Tentu saja akan lebih baik jika disampaikan panjang bakteri adalah 6 mikron (micrometer),

Notasi Ilmiah adalah Penulisan Bilangan secara ilmiah.

Dalam notasi ilmiah penulisan bilangan merupakan hasil kali bilangan antara 1 sampai 9,999 … (bilangan a (1 £ a <10). Dengan bilangan 10 berpangkat yang disebut Orde.

Contoh   1.  radius matahari = 696.000.000 m Secara ilmiah radius matahari dituliskan sebagai 9,96 x 108 m.

    1. radius atom Hidrogen = 0, 000 000 000 053 m Secara ilmiah dituliskan sebagai 5,3 x 10-11 m.
Awalan dan Simbol Bilangan Berpangkat
Bilangan 10 berpangakat prefiks Simbol prefiks
1 000 000 000 000 000 000 000 000 1024 yotta Y
1 000 000 000 000 000 000 000 1021 zetta Z
1 000 000 000 000 000 000 1018 exa E
1 000 000 000 000 000 1015 peta P
1 000 000 000 000 1012 tera T
1 000 000 000 109 giga G
1 000 000 106 mega M
1 000 103 kilo k
100 102 hekto h
10 101 deka da
1 100
0,1 10-1 desi d
0,01 10-2 senti c
0,001 10-3 mili m
0,000 001 10-6 mikro m
0,000 000 001 10-9 nano n
0,000 000 000 001 10-12 piko p
0,000 000 000 000 001 10-15 femto f
0,000 000 000 000 000 001 10-18 atto a
0,000 000 000 000 000 000 001 10-21 zepto z
0,000 000 000 000 000 000 000 001 10-24 yocto y

 

 

D. ATURAN DAN KONVENSI CARA PENULISAN BESARAN DAN SATUAN

Besaran dan satuan mempunyai aturan dalam penulisan. Jadi jika saudara menuliskan simbol besaran dan satuan, baik dalam sebuah persamaan maupun secara sendirian perlu mengikuti aturan yang disepakati.
1. Besaran fisika (simbol) dituliskan dalam bentuk miring
2. Satuan dituliskan satu spasi kosong di belakang nilai besaran fisis. Kecuali untuk satuan derajat (°), menit (’) dan detik (”) yang menyatakansuatu sudut dituliskan tidak terpisah antara nilai dan satuan yang mengikutinya.
Contoh. Sudut bidang α = 30°22′8″. T = 30.2°C bukan T = 30.2°C atau t = 30.2°C. Jadi untuk derajat yang menyatakan suhu dituliskan terpisah satu spasi di belakang nilai besaran fisis.
3. Nilai besaran fisis dituliskan tegak
4. Satuan (simbol) dituliskan tegak. Jika satuan diperoleh dari nama seseorang maka huruf pertama satuan adalah huruf besar.
Contoh: satuan ditulis tegak. mL (milliliter) pm (picometer)
GΩ (gigaohm) THz (terahertz). Contoh: panjang l = 10 m, gaya F = 10 N (dari Newton), Tekanan
P = 1 Pa (dari Pascal), Beda tegangan V = 10 V (dari Volt), dan sebagainya.
5. Jika satuan sebuah besaran adalah perkalian dari satuan yang lain maka cara penulisan dengan memberikan baik tanda titik tengah atau juga spasi kosong.
Contoh: Usaha W yang dilakukan oleh gaya F= 10 N untuk sebuah benda yang bergerak sejauh x = 10 m adalah W = 20 N.m atau W = 20 N m.
6. Simbol untuk satuan yang diperoleh dari pembagian ditunjukkan dengan garis miring ( / ), garis bagi datar atau juga pangkat negatif. contoh m/s atau m.s-1

E. Angka Penting

Angka Penting adalah nilai yang diyakini nilai benar dalam suatu hasil pengukuran dengan angka terakhir sebagai hasil taksiran.

a. Ketentuan angka penting

    • Semua angka bukan nol adalah angka penting,

Contoh : hasil pengukuran adalah 431,5 cm  (mengandung 4 angka penting)

    • Angka nol yang terletak diantara angka bukan nol adalah angka penting.

Contoh : hasil pengukuran adalah 81,002 kg (mengandung 5 angka penting)

    • Angka nol disebelah kanan angka bukan nol adalah angka penting kecuali diberi tanda khusus.

Contoh

2500 g (mengandung 4 angka penting)

2500 g (mengandung 3 angka penting)

    • Angka nol disebelah kiri angka bukan nol dan tidak didahului angka bukan nol bukan angka penting

Contoh: 0,0055 m (mengandung 2 angka penting

b. Penjumlahan dan pengurangan angka penting

Pada operasi penjumlahan dan pengurangan angka penting hanya boleh mengandung satu angka penting diragukan

Contoh

        374,670                             (6 ap)

          24,5        +                       (3 ap)

        370,170                             ( hasilnya adalah 370,1 memiliki 4 ap)

        374,670                             (6 ap)

        324,5        –                        (3 ap)

          50,170                             ( hasilnya adalah 50,1 memiliki 3 ap)

c. Perkalian dan Pembagian angka penting

Pada operasi perkalian dan pembagian angka penting memberikan hasil dengan jumlah angka penting paling sedikit dari bilangan yang terlibat dalam operasi pembagian atau perkalian

3,45 x 2,5       =           8,625     (hasilnya ditulis 8,6 yang memiliki 2 ap)

67,89 x 567    =   38561,52       (hasilnya ditulis 38561 memiliki 3 ap)

datar hadir  dan TUGAS