Materi Tentang Pengukuran | Materi Fisika Kelas 10

ARTIKEL PENDIDIKAN. Untuk apa belajar fisika? Sekurang-kurangnya ada dua alasan sehingga fisika perlu dipelajari. Pertama, fisika adalah salah satu cabang dari ilmu-ilmu dasar (sains) sekaligus ilmu yang paling fundamental. Ilmuwan dari berbagai disiplin ilmu selalu menggunakan prinsip-prinsip fisika untuk memecahkan persoalan yang dihadapi. Ahli kimia menggunakan hukum-hukum fisika untuk mempelajari struktur molekul. Ahli paleontologi yang mencoba merekonstruksi dinosaurus berjalan juga memerlukan pengetahuan fisika. Para astronom yang bekerja di observatorium Boscha untuk meneliti kapan terjadinya gerhana matahari, juga tidak lepas dari pengetahuan fisika. Sebagai bagian dari ilmu-ilmu dasar, fisika juga merupakan dasar dari perkembangan teknologi, baik teknologi sederhana maupun teknologi canggih. Untuk membuat penangkap tikus sampai mendesain pesawat ruang angkasa, prinsip-prinsip fisika selalu dibutuhkan.
Di samping yang telah diuraikan di atas, ada alasan lain yang dapat dikemukakan. Dengan mempelajari fisika, Anda akan memperoleh jawaban atas berbagai fenomena alam yang menarik. Misalnya, mengapa langit berwarna biru? Bagaimanakah prinsip kerja handphone? Bagaimanakah proses terjadinya warna-warni pada pelangi? Bagaimanakah proses terjadinya gempa bumi? Dengan mempelajari fisika, Anda akan mengetahui bahwa ilmu fisika merupakan puncak prestasi intelektual manusia dalam membahas semua gejala alam.
Dalam Artikel ini akan membahas beberapa pengetahuan dasar yang dibutuhkan untuk mempelajari fisika, yaitu pengukuran, besaran, dan satuan, Ketelitian (akurasi) dan ketepatan (presisi), Penggunaan alat ukur, Kesalahan pengukuran, Penggunaan angka penting (Materi Fisika Kelas 10).

Pengukuran
Pengukuran besaran fisis dapat mencakup berbagai besaran seperti panjang, waktu, temperatur, kuat arus listrik, kecepatan, percepatan, gaya, dan masih banyak besaran fisis yang lainnya. Misalnya, apabila kita ingin mengukur lebar sebuah meja kita menggunakan alat ukur mistar atau penggaris yang memiliki skala tertentu. Hasil ukur lebar meja yang kita ukur adalah berupa angka yang terbaca pada mistar. Dalam hal ini, besaran fisis yang diukur adalah besaran panjang. Secara umum, besaran fisis adalah sesuatu yang dapat dinyatakan keberadaannya dengan suatu angka atau nilai, 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 lebar meja di atas kita membandingkan lebar meja dengan panjang (besaran sejenis) mistar sebagai acuan.
Pertanyaannya adalah adakah sesuatu yang bukan besaran? Sesuatu yang dapat diwakili dengan angka adalah sesuatu yang dapat diukur dengan alat ukur. Kecantikan, kesenangan, misalnya apakah dapat diukur dengan alat? Tampaknya kecantikan bagi seseorang belum tentu sama cantiknya bagi orang lain. Jadi, kecantikan itu sendiri sangat relatif dan tidak dapat diukur eksak. Jadi, kecantikan jika dilihat dari definisinya bukanlah besaran fisis. Demikian juga manakala kita mengukur maka acuan ukuran yang digunakan juga dapat berbeda. Misalnya, mengukur panjang meja dengan mistar menunjukkan hasil 140 cm. Sebaliknya, apabila acuan kita adalah jengkal maka panjang meja itu kita katakan misalnya 8 jengkal. Tentu saja makna jengkal di sini menjadi tidak sama bagi semua orang. Jadi, kita perlu mendefinisikan apa yang disebut satuan sebagai ukuran terkecil seperti apa nilai besaran fisis itu dinyatakan. Jadi, panjang meja jika kita nyatakan dalam satuan cm, misalnya disebutkan 140 cm. Karena itu, kita perlu membakukan satuan yang digunakan supaya dapat diterima oleh semua orang di manapun berada. Artinya, apabila kita menyatakan panjang meja adalah 140 cm maka orang lain yang kita beritahu akan mengerti makna dari 140 cm tersebut.

A. Satuan dan Pengukuran
Fisika adalah ilmu pengetahuan yang didasarkan atas percobaan. Percobaan memerlukan pengukuran dan hasil pengukuran biasanya dinyatakan dengan angka atau bilangan. Misalnya, dalam suatu percobaan di laboratorium diperoleh hasil pengukuran panjang tali 5 meter, suhu air 25oC, dan volume alkohol 3 ml. Dalam fisika, panjang, suhu, dan volume dikenal dengan istilah besaran. Jadi, besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan hasilnya selalu dapat dinyatakan dengan angka. Akan tetapi, keimanan, budi pekerti, kecantikan, dan kejujuran tidak termasuk besaran karena tidak dapat diukur serta tidak dapat dinyatakan dengan angka. Pada saat mengukur besaran, kita sebenarnya membandingkan antara besaran yang diukur dan besaran sejenis yang digunakan sebagai patokan. Jika kita memiliki seutas tali yang panjangnya 5 meter,  artinya tali tersebut panjangnya 5 kali panjang mistar yang berukuran 1 meter. Dalam hal ini,angka 5 menyatakan nilai dari besaran panjang, sedangkan meter menyatakan satuan dari besaran panjang

Pengukuran besaran fisika dapat dinyatakan dengan satuan baku maupun satuan tidak baku. Satuan baku adalah satuan yang telah diakui secara internasional, misalnya meter, kilogram, dan sekon. Satuan tidak baku adalah satuan yang tidak diakui secara internasional. Beberapa daerah di Indonesia sering menggunakan satuan tidak baku, misalnya satuan panjang digunakan depa, hasta, jengkal. Satuan-satuan ini jelas tidak dapat digunakan secara internasional, sebab ukuran satu depa setiap orang berbeda-beda.

1. Mengukur Panjang
a. Mistar
Untuk mengukur besaran panjang biasanya digunakan mistar atau penggaris. Ada beberapa jenis mistar. Mistar yang skala terkecilnya 1 mm disebut mistar berskala mm, sedangkan mistar yang skala terkecilnya 1 cm disebut mistar berskala cm. Dalam kehidupan sehari-hari, kita biasanya menggunakan mistar berskala mm. Satu skala terkecil mistar ini adalah 1 mm. Oleh karena itu, ketelitian mistar berskala mm adalah 1 mm atau 0,1 cm.
Mistar berskala mm, Materi Fisika Kelas 10
Mistar berskala mm
Untuk membaca hasil pengukuran, posisi mata harus berada pada garis yang tegak lurus terhadap posisi skala alat ukur. Ketika mengukur panjang dengan menggunakan mistar, posisi mata harus terletak pada garis yang tegak lurus mistar. Jika posisi mata berada di luar garis tersebut, maka panjang benda yang diukur akan terbaca lebih kecil atau lebih besar dari nilai yang sebenarnya. Akibatnya, pengukuran menjadi kurang teliti sehingga menimbulkan kesalahan pengukuran. Kesalahan semacam ini dikenal dengan istilah kesalahan paralaks.

b. Jangka Sorong
Untuk mengukur panjang dengan ketelitian 0,1 mm digunakan jangka sorong. Jangka sorong terdiri dari dua pasang rahang. Pasangan rahang pertama digunakan untuk mengukur diameter dalam, sedangkan pasangan rahang kedua digunakan untuk mengukur diameter luar. Di samping itu, ujung jangka sorong dapat digunakan untuk mengukur kedalaman lubang, misalnya kedalaman lubang sebuah botol. Dari pasangan rahang ini terdapat rahang yang tidak dapat bergerak (rahang tetap) dan rahang yang dapat bergerak (rahang bergerak). Pada rahang tetap terdapat skala utama dalam satuan cm dan mm. Pada rahang geser terdapat skala pendek yang dibagi menjadi 10 bagian yang sama. Skala ini disebut nonius atau vernier. Panjang 10 skala nonius adalah 9 mm, sehingga panjang 1 skala nonius adalah 0,9 mm. 

Jangka Sorong Materi Fisika Kelas 10
Jangka Sorong
Bagaimanakah cara membaca hasil pengukuran dengan jangka sorong? Pertama, perhatikan angka nol pada skala nonius. Catatlah nilai skala utama sebelum angka nol pada skala nonius, misalnya 5,20 cm. Selanjutnya, carilah garis pada skala nonius yang berimpit dengan garis pada skala utama. Jika garis yang berimpit ini adalah garis ke-n, maka tambahkan angka 0,0n ke dalam angka yang telah Anda catat sebelumnya. Misalnya, jika garis yang berimpit adalah garis ke-4, maka hasil pengukurannya adalah 5,20 cm + 0,04 cm = 5,24 cm.

c. Mikrometer Sekrup
Untuk mengukur panjang benda sampai ketelitian 0,01 mm atau 0,001 cm digunakan mikrometer sekrup. Mikrometer sekrup memiliki dua macam skala, yaitu skala utama dan skala melingkar. Bagian utama mikrometer sekrup adalah sebuah poros berulir yang dipasang pada silinder pemutar atau biasa disebut bidal.  Pada ujung silinder pemutar ini terdapat garis-garis skala yang membagi 50 bagian yang sama. Jika silinder pemutar diputar satu putaran penuh, maka poros akan bergerak sejauh 0,5 mm. Mengingat silinder pemutar memiliki 50 skala, maka kalau silinder pemutar bergerak satu skala, poros akan bergeser 0,5 mm/50 = 0,01 mm = 0,001 cm
Mengukur dengan mikrometer sekrup Materi Fisika Kelas 10
Mengukur dengan mikrometer sekrup
2. Mengukur Massa
Dalam kehidupan sehari-hari, pengertian massa dan berat sering dipertukarkan. Seorang pedagang sering berkata, “Gula pasir di kantong plastik itu beratnya 1 kg”. Pernyataan ini tidak benar, sebab 1 kg menunjukkan ukuran massa bukan ukuran berat. Dalam fisika, massa dan berat memiliki pengertian yang berbeda. Massa benda adalah ukuran banyaknya zat yang terkandung pada benda, sedangkan berat benda adalah  besarnya gaya gravitasi bumi yang bekerja pada benda itu.
Timbangan Materi Fisika Kelas 10
Timbangan
Massa benda diukur dengan menggunakan neraca atau timbangan. Jika Anda membeli beras atau buah-buahan di pasar tradisional, massa beras atau buah-buahan diukur dengan timbangan seperti ditunjukkan pada Gambar di atas. Benda yang ditimbang ditempatkan pada wadah yang terletak di salah satu sisi timbangan. Pada sisi timbangan yang lain diletakkan beberapa anak timbangan untuk membuat keseimbangan. Massa benda yang diukur sama dengan jumlah massa anak timbangan yang digunakan untuk membuat keseimbangan.

3. Mengukur Waktu
Waktu dapat diukur dengan jam atau arloji. Ada dua macam arloji, yaitu digital dan analog. Selang waktu yang biasanya diukur dengan arloji antara lain lama waktu istirahat (misalnya, 15 menit), lama waktu pelajaran berlangsung (misalnya, 45 menit), dan lama perjalanan (misalnya, 20 menit). Jadi, arloji biasanya digunakan untuk mengukur selang waktu yang relatif lama

Untuk mengukur selang waktu yang sangat singkat, misalnya untuk mencatat lomba lari 200 meter, biasanya digunakan stopwatch. Ada dua macam stopwatch, yaitu stopwatch analog dan stopwatch digital.


Stopwatch analog dijalankan dan dihentikan dengan menekan tombol-tombol yang disediakan. Ada stopwatch yang memiliki satu tombol, yaitu untuk menjalankan, menghentikan, dan mengembalikan ke titik nol. Ada pula stopwatch yang memiliki dua atau tiga tombol. Bagaimanakah cara menggunakan stopwatch? Misalnya, Anda ingin mengukur waktu pada saat berlangsung lomba lari 200 m. Ketika para pelari mulai bergerak dari garis start, Anda menekan tombol dan ketika pelari mencapai garis finish, Anda menekan tombol lagi. Selanjutnya, waktu yang diperlukan pelari dapat dibaca pada stopwatch. Untuk mengembalikan jarum ke titik nol, Anda harus menekan tombol lagi. 

Ketelitian (akurasi) dan ketepatan (presisi)
Ketelitian merupakan tingkat kesesuaian atau dekatnya suatu hasil pengukuran terhadap harga yang sebenarnya, sedangkan ketepatan (presisi) menyatakan tingkat kesamaan di dalam sekelompok pengukuran atau sejumlah instrument. Contoh perbedaan makna dari dua instilah tersebut, misalnya kita mempunyai sebuah micrometer mekanik, secara normal dalam setiap keadaan diharapkan tetap seimbang, atau berdasarkan pada penunjukkan posisi yang benar. Micrometer ini presisi karena kita dapat memeproleh pembacaan pengukuran sampai seperseribu inchi, dan pembacaan pengukurannya tetap “konsisten dan sesuai dengan yang sebenarnya”. Pembacaan ukuran (dimensi) diperoleh dari crometer ini, akan tetapi tidak akurat, selama tidak cocok dengan yang sebenarnya.

Dua voltmeter yang sama merek dan modelnya, yang mempunyai skala yang teliti, penujuknya jenis bilah pisau, dan adanya cermin pada skala untuk menghidari kesalahan paralak. Kedua instrument tersebut mampu mengukur dengan kepresisian yang sama, namun demikian, jika resistor seri di dalam salah satu voltmeter tidak sempurna, pembacaannya kemungkinan besar mengalami kesalahan. Karena itu ketelitian kedua voltmeter tersebut dapat berbeda sama sekali (untuk menentukan voltmeter mana yang menghasilkan kesalahan, diperlukan perbandingan terhadap voltmeter standar)

Ketepatan tersiri dari dua karakteristik, yaitu kesesuaian (conformity) dan jumlah angka yang berarti (signifikan figures) terhadap mana suatu pengukuran dapat dilakukan. Sebagai contoh suatu tahanan yang besarnya 1384572 ohm setelah diukur dengan ohmmeter secara konsisten dan berulang-ulang mengahasilkan 1,4 mega ohm, yang menjadi pertanyaan apakah orang yang mengukur telah membaca harga yang sebenarnya ?, sebetulnya yang dilakukannnya adalah memperkirakan pembacaan skala yang menurut dia secara konsiten menghasilkan 1,4 mega ohm.
Dalam hal ini hasil yang diberikan adalah pembacaan yang lebih mendekati harga yang sebenarnya berdasarkan penaksiran. Jika suatu besaran ditentukan dengan akurasi yang diperoleh dari angkaangka digital, memerlukan peralatan pengukuran yang presisi. Sehingga presisi merupakan suatu prasarat yang diperlukan untuk mendapatkan akurasi, tetapi presisi tidak menjamin akurasi. Akurasi suatu meter diperoleh dengan pengkuran secara teliti berdasarkan alat yang akurat dan standar. Presisi merupakan hal yang perlu dalam mendeteksi ketidaktelitian yang memungkinkan, seperti dalam perbandingan pengukuran dari suatu besaran dengan dua metode, tetapi tidak memastikan akurasi. Bisa kita katakan bahwa pembacaan pengukuran adalah presisi, jika hasil yang diperoleh disetujui bersama. Dimana persetujuan tersebut tidak menjamin akurasi.

Penggunaan Angka Penting
Suatu indikasi bagi ketepatan pengukuran diperoleh dari banyaknya angkaangka yang berarti (signifivant figures). Angka-angka yang berarti tersebut memberikan informasi yang actual (nyata) mengenai kebesaran atau ketepatan pengukuran. Makin banyak angka angka yang berarti, ketepataan pengukuran menjadi lebih besar.

Sebagai contoh, jika nilai tahanan dinyatakan sebesar 68 Ω ini berarti bahwa tahanan tersebut akan lebih mendekati 68 Ω dari pada 67 atau 69 Ω. Selanjutnya jika disebutkan nilai tahanan adalah 68,0 Ω, berarti nilai tahana tersebut lebih mendekati 68,0 Ω dari pada 67,9 atau 68,1 Ω, pada 68 Ω terdapat dua angka yang berarti sedangkan pada 68,0 terdapat tiga angka yang berarti, sehingga tahanan 68,0 yang memuliki angka berarti yang lebih banyak, mempunyai ketepatan yang lebih tinggi dari pada 68 Ω.
Tetapi, sering terjadi banyak angka belum tentu menyatakan ketepatan pengukuran. Bilanga-bilangan besar dengan angka nol sebelum desimal sering digunakan pada penaksiran jmlah penduduk atau uang, misalnya jumlah penduduk suatu kota dilaporkan 380.000, ini bisa diartikan bahwa jumlah penduduk sebenarnya adalah 379.000 dan 381.001 yakni dalam enam angka berarti, tetapi maksud sebenarnya bahwa jumlah penduduk tersebut lebih mendekati 380.000 dari pada 370.000 atau 390.000, karena itu penulisan teknis yang lebih tepat adalah dengan menggunakan perpangkatan aepuluh, misal 38 x 10 4 atau 3,8 x 10 5. ini berarti bahwa jumlah penduduk hanya sampai dengan dua angka berarti, ketidak pastian yang disebabkan oleh angka-angka nol sebelah kiti titik desimal biasanya diatasi dengan tanda penulisan ilmiah (scientific notation) yaitu denga menggunakan perpangkatan sepuluh.

Adalah lazim untuk mencatat suatu hasil pengukuran dengan menggunakan semua angka yang kita yakini paling mendekati ke harga yang sebenarnya, misalnya jika sebuah voltmeter dibaca 117,1 volt, ini berarti penaksiran yang menurut pengamat paling tepat adalah 117,1 volt dari pada 117,0 atau 117,2 volt. Cara lain untuk menyatakan hasil pengukuran adalah dengan menggunkanan rangkuman kesalahan yang mungkin (range of possible error) dengan cara ini tengan dapat dituliskan 117,1 ± 0,05 volt, yang menunjukkan bahwa nilai tegangan terletak antara 117,05 volt dan 117, 15 volt.
Jika dilakukan pengkuran secara terpisah (tidak saling tergantung) guna mendapatkan hasil pengukuran yang mendekati harga sebenarnya, maka hasil tersebut dinyatakan dalam nilai rata-rata dari semua pembacaan, dan rangkuman kesalahan yang mungkin merupakan penyimpangan terbesar (large devition) dari nilai rata-rata tersebut.

Jenis-Jenis Kesalahan
Pengukuran adalah proses perbandingan antara suatu besaran yang tidak diketahui dengan suatu besaran standar yang diperoleh, yang meliputi hubungan suatu alat ukur di dalam system dengan pertimbangan dan pengamatan dari hasil respon pada instrument. Pengukuran yang diperoleh adalah pengukuran besaran yang disebut dengan “harga sebenarnya (true value)” akan tetapi sangat sukar untuk memberi definisi harga yang sebenarnya Umumnya kesalahan terbagi menjadi 3 jnis kesalahan utama yaitu :
  • Kesalahan umum (gross-error) adalah kesalahan yang disebabkan karena manusia ; Kesalahan yang disebabkan oleh pemakai alat ukur : kesalahan paralak, kesalahan penaksiran, kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelah yang tidak tepat, pemakaian instrumen yang tidak sesuai
  • Kesalahan sistematis (systematic error) adalah kesalahan yang disebabkan oleh kekurangan pada instrumen itu sendiri. Seperti gesekan bantalan penggerak meter, ketegangan pegas yang tidak tepat,kalibrasi yang tidak sesuai, perawatan, penggunaan dan penanganan instrument yang tidak benar, kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus dan pengaruh lingkungan terhadap peralatan
  • Kesalahan yang tak disengaja (random errosr) adalah yang penyebabnya tidak secara langsung dapat diketahui, seperti Kesalahan yang disebabkan oleh pengaruh kondisi lingkungan : temperature, tekanan, dan kelembaban yang tinggi, atau listrik statis, medan elektromagnetik yang kuat
Rumus Menentukan Jenis-Jenis Kesalahan dalam Pengukuran
dimana :
e : Kesalahan absolute
Yn : Harga yang diharapkan
Xn : Harga pengukuran
Tingkatan dimana suatu pengukuran sesuai dengan harga yang diharapkan ditunjukkan dalam syarat-syarat kesalahan dari pengukuran. Kesalahan mungkin ditunjukkan lain yaitu dengan kesalahan absolut atau prosentase kesalahan. Kesalahan absolud dapat didefinisikan sebagai perbedaan antara variable harga yang diharapkan dengan variable harga pengukuran.

Demikianlah Artikel Singkat tentang Materi Pengukuran Fisika Kelas 10 Kurikulum 2013, Untuk Lengkapnya tentang Materi Tentang Pengukuran bisa di Unduh disini Materi Tentang Pengukuran. Materi Pengukuran pdf, Materi Pengukuran docx.

Selamat Belajar. Salam Artikel Pendidikan