Alat Ukur dan Pengukuran Dasar

Alat Ukur dan Pengukuran Dasar

ALAT UKUR DAN PENGUKURAN

Dalam fisika dan teknik, pengukuran merupakan aktivitas yang membandingkan kuantitas fisik dari objek dan kejadian dunia-nyata. Alat pengukur adalah alat yang digunakan untuk mengukur benda atau kejadian tersebut. Seluruh alat pengukur terkena error peralatan yang bervariasi. Bidang ilmu yang mempelajari cara-cara pengukuran dinamakan metrologi.

Fisikawan menggunakan banyak alat untuk melakukan pengukuran mereka. Ini dimulai dari alat yang sederhana seperti penggaris dan stopwatch sampai ke mikroskop elektron dan pemercepat partikel. Instrumen virtual digunakan luas dalam pengembangan alat pengukur modern.

Sistem Pengukuran : Sekumpulan aktifitas, prosedur, alat ukur, software dan orang yang bertujuan mendapatkan data pengukuran terhadap karakteristik yang sedang diukur.

KONSEP DASAR PENGUKURAN

Terminologi

Berbagai istilah penting yang diberikan disini adalah istilah-istilah yang di ambil dari standar International. Istilah-istilah tersebut kebanyakan mempunyai pengertian dan aplikasi khusus dibandingkan dengan difinisi umum yang terdapat dalam kamus,dengan demikian berbagai difinisi yang diberikan lebih ditekankan untuk memperjelas penggunaan atau memperlancar komunikasi dan kesamaan pengertian.

Metrologi ( Metrology )

Ilmu pengetahuan yang berhubungan dengan pengukuran

Instrumentasi

Bidang ilmu dan teknilogi yang mencakup perancangan, pembuatan, penggunaan instrumen/alat fisika atau sistem instrumen untuk keperluan deteksi, penelitian, pengukuran serta pengolahan data.

Pengukuran ( measurement )

Serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kwantitatif). Jadi mengukur adalah suatu proses mengaitkan angka secara empirik dan obyektif pada sifat-sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai obyek atau kejadian yang diukur.

Ketelitian (accuracy)

Kemampuan dari alat ukur untuk memberikan indikasi pendekatan terhadap harga sebenarnya dari obyek yang diukur.

Ketepatan (precision)

Kedekatan nilai-nilai pengukuran individual yang didistribusikan sekitar nilai rata-ratanya atau penyebaran nilai pengukuran individual dari nilai rata-ratanya.

Alat ukur yang mempunyai presisi yang bagus tidak menjamin bahwa alat ukur tersebut mempunyai akurasi yang bagus.

Repeatabilitas (repeatability)

Kemampuan alat ukur untuk menunjukkan hasil yang sama dari proses pengukuran yang dilakukan berulang-ulang dan identik.

Kesalahan ( error )

Beda aljabar antara nilai ukuran yang terbaca dengan nilai“sebenarnya “ dari obyek yang diukur.

Perubahan pada reaksi alat ukur dibagi oleh hubungan perubahan aksinya.

Resolusi (resolution)

Besar pernyataan dari kemampuan peralatan untuk membedakan arti

dari dua tanda harga atau skala yang paling berdekatan dari

besaran yang ditunjukkan.

Kalibrasi ( calibration )

Serangkaian kegiatan untuk menentukan kebenaran konvensional penunjukan alat ukur atau menujukkan nilai yang diabadikan bahan ukur dengan cara membadingkannya dengan standar ukur yang tertelusuri ke standar nasional dan/atau international.

Koreksi ( correction )

Suatu harga yang ditambahkan secara aljabar pada hasil dari alat ukur untuk mengkompensasi penambahan kesalahan sistematik.

Ketertelusuran ( traceability )

Terkaitnya hasil pengukuran pada standar nasional/internasional melalui peralatan ukur yang kinerjanya diketahui, standar-standar yang dimiliki laboratorium tempat pengukuran dilakukan dan kemampuan personil lab. tersebut.

Kehandalan ( reliability )

Kesanggupan alat ukur untuk melaksanakan fungsi yang disyratkan untuk suatu periode yang ditetapkan.

Ketidakpastian Pengukuran ( uncertainty )

Perkiraan atau taksiran rentang dari nilai pengukuran dimana nilai sebenarnya dari besaran obyek yang diukur ( measurand ) terletak.

Transduser

Bagian dari alat ukur untuk mengubah atau mengkonveksikan suatu bentuk energi atau besaran fisik yang diterimanya ( sensing elemen ) kedalam bentuk energi yang lain, sehingga mudah diolah oleh peralatan berikutnya.

Sensor

Bagian/elemen dari alat ukur yang secara langsung berhubungan dengan obyek yang terukur (elemen perasa).

Rentang ukur (range)

Besar daerah ukur antara batas ukur bawah dan batas ukur atas

Jangkauan (span)

Beda modulus antara dua batas rentang nominal dari alat ukur.

Contoh :

Rentang nominal – 10V sampai 10 Volt. Jangkauan 20V

Standar Internasional ( Inrnational standard )

Standar yang ditetapkan oleh persetujuan international sebagai dasar untuk menetapkan suatu harga atau besaran bagi semua standar lsin dari besaran yang ada. 

Standar Nasional ( National standard )

Standar yang ditetapkan oleh peraturan pemerintah sebagai dasar Untuk menetapkan harga atau besaran dalam suatu negara, untukSemua standar lain dari besaran yang ada.

Standar primer ( Primary standard )

Standar yang mempunyai kualitas paling tinggi pada suatu besaran tertentu.

Catatan : Konsep standar primer berlaku baik untuk satuan dasar

atau satuan turunan.

Standar skunder ( secopndary standard )

Standar yang harganya tertentu dibandingkan dengan standar primer.

Standar kerja ( working standard )

Standar yang dikalibrasi oleh standar reference dan digunakan terus menerus untuk mengalibrasi dan mengecek alat ukur atau material yang diukur.

Konfigurasi dan Karakteristik Alat Ukur

Pengukuran memberikan arti penting bagi manusia untuk menggambar kan berbagai fenomena alam dalam bentuk kuantitatif atau angka.Lord Kelvin menyatakan : “Bila anda dapat mengukur apa yang anda bicarakan serta menyatakannya dalam bentuk angka, maka andamengerti apa yang anda bicarakan. Tetapi bila anda tidak dapat mengukurnya dan tidak dapat menyatakannya dalam bentuk angka, makapengetahuan anda memuaskan atau mengecewakan”. Yang sering

menjadikan masalah dalam tingkat kesalahan yang terjadi dalampengukuran sangat diperlukan, untuk mengerti karakteristik operasional alat ukur dan cara pengujian, kinerja yang telah ditentukan.

Untuk melakukan studi lebih lanjut berikut diberikan klasifikasi tentang alat ukur berdasarkan berbagai kriteria maupun berdasarkan bentuk keluarannya.

Fungsi alat ukur yang banyak digunakan di industri maupun di Lab. pengujian antara lain alat ukur suhu, alat ukur tekanan, alat ukur gaya dan lain-lain, harus mampu secara akurat mendeteksi setiap perubahan.

Untuk memperoleh unjuk kerja optimum sejumlah karakteristik dasar harus diperhatikan. Karakteristik alat ukur tersebut harus dapat di ekspresikan dalam bentuk kwantitatif.

Akurasi pengukuran adalah salah satu atribut utama dari karakteristik statis yang banyak digunakan sebagai petunjuk penting untuk pemilihan alat ukur. Dalam pengukuran, akurasi setiap alat ukur sangat dipengaruhi oleh sensitifitas rentang kerja, ketidak linieran dan sifat-sifat dari transedur.

Berikut diberikan berbagai parameter yang pada umumnya banyak ditemukan disetiap lembaran data pada setiap alat ukur.

Akurasi atau Ketelitian

Akurasi pengukuran atau pembacaan adalah istilah yang sangat relatif. Akurasi didefinisikan sebagai beda atau kedekatan (closeness) antara nilai yang terbaca dari alat ukur dengan nilai sebenarnya. Dalam eksperiman, nilai sebenarnya yang tidak pernah diketahui diganti dengan

suatu nilai standar yang diakui secara konvensional. Secara umum akurasi sebuah alat ukur ditentukan dengan cara kalibrasi pada kondisi operasi tertentu dandapat diekspresikan dalam

bentuk plus-minus atau presentasi dalam skala tertentu atau pada titik pengukuran yang spesifik. Semua alat ukur dapat diklasifikasikan dalam tingkat atau kelas yang berbeda-beda, tergantung pada akurasinya. Sedang akurasi dari sebuah sistem tergantung pada akurasi Individual elemen pengindra primer, elemen skunder dan alat manipulasi

Yang lain.

Setiap unit mempunyai kontribusi terisah dengan batas tertentu. Jika ± a1, = a2 dan ± a3 adalah batas akurasi individual, maka akurasi total dari sistem dapat diekspresikan dalam bentuk bawah akurasi seperti berikut : A = ± ( a1+ a2 + a3 ) ………………..

Dalam hal tertentu nilai batas bawah akurasi total diatas mempunyai kelemahan, maka dalam praktek orang lebih sering menggunakan nilai akar kuadrat rata-rata untuk mendefinisikan nilai akurasi dari sebuah sistem, yaitu :

A = ± √ ( a1² + a2² + a3² ),,,……………………

Presisi atau Ketepatan

Presisi adalah istilah untuk menggambarkan tingkat kebebasan alat ukur dari kesalahan acak. Jika pengukuran individual Dilakukan berulang-ulang, maka sebran hasil pembacaan akan

berubah-ubah disekitar nilai rata-ratanya.

Bila Xn adalah nilai pengukuran ke n dan Xn adalah nilai rata-ratanya n pengukuran maka secara metematis, presisi dapat dinyatakan sebagai Presisi = 1 - | Xn – Xn | = ( 1 - | Xn + Xn | ) 100% …… Xn Xn

Presisi tinggi dari alat ukur tidak mempunyai implikasi terhadap akurasi pengukuran. Alat ukur yang mempunyai presisi tinggi belum tentu alat ukur tersebut mempunyai akurasi tinggi. Akurasi

rendah dari alat ukur yang mempunyai presisi tinggi pada umum nya disebabkan oleh bias dari pengukuran, yang bisa dihilangkan dengan kalibrasi.

Dua istilah yang mempunyai arti mirip dengan presisi adalah repeatability dan reproducibility. Repeability digunakan untukmenggambarkan kedekatan (closeness) keluaran pembacaan bila

dimasukkan yang sama digunakan secara berulang-ulang pada periode waktu yang singkat pada kondisi dan lokasi pengukuran yang sama, dan dengan alat ukur yang sama. Reproducibility digunakan untuk menggambar kedekatan ( closeness) keluaran pembacaan bila masukan yang sama digunakan secara berulangulang.

Persamaa pada keduanya adalah menggambarkan sebaran keluaranpembacaan induvidual untuk masukan yang sama. Sebaran akanmengacu pada repeatability bila kondisi pengukurannya tetap, danakan mengacu reproducibility kondisi pengukurannya berubah.Derajat repeatability dan reproducibility dlm. pengukuran hanyamerupakan alternatif untuk mengekspresikan presisi dari sebuah alat ukur.

A.      Satuan SI

            Eksperimen-eksperimen dalam bidang Fisika melibatkan berbagai macam pengukuran. Suatu pengukuran  harus diusahakan seakurat mungkin dan reproducible. Langkah pertama agar pengukuran menghasilkan data yang akurat dan data itu tetap sama walaupun diukur oleh orang yang berbeda adalah menentukan satuan besaran yang diukur. Satuan yang digunakan oleh setiap pengukur tentu saja harus sama. Oleh karena itu perlu memperhatikan standar sistem satuan yang telah disepakati secara internasional..

            Saat ini kita telah memiliki sistem satuan yang berlaku secara internasional, yaitu satuan SI. SI adalah kependekan dari frase Système International d'Unités, bahasa Perancis. Satuan SI ini diadopsi dari sistem metrik yang sudah digunakan oleh para ilmuwan Perancis sejak tahun 1795. Satuan SI diatur oleh Lembaga Berat dan Ukuran Internasional (The International Bureau of Weights and Measures) di Sevres, Perancis.  Sebelum ada standar internasional setiap negara menetapkan sistem satuannya masing - masing. Sebagai contoh, satuan panjang di Indonesia dikenal hasta, jengkal dan tumbak, di Inggris dikenal inci dan feet, dan di Perancis adalah meter. Dalam satuan SI ditetapkan bahwa meter (m) sebagai satuan panjang, kilogram sebagai satuan massa dan sekon sebagai satuan waktu.Satuan – satuan tersebut dikenal sebagai sistem MKS. Selain sistem MKS  dikenal juga sistem CGS, yaitu centimeter (cm), gram (g), dan sekon (s), masing-masing untuk satuan panjang, massa, dan waktu.

            Saat ini satuan SI secara resmi digunakan di semua negara di dunia, namun dalam praktek sehari-hari beberapa negara (misalnya Amerika Serikat) masih menggunakan sistem satuan non-SI.

B.   Satuan dari besaran pokok.

            Besaran panjang, massa dan waktu disebut besaran pokok, karena dari besaran tersebut dapat diturunkan besaran-besaran yang lain seperti gaya dan energi. Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang satuanya telah ditetapkan terlebih dahulu. Satuan dari besaran pokok disebut satuan pokok. Satuan pokok SI seluruhnya ada tujuh, yaitu seperti yang terlihat pada Tabel 1.

Tabel  1 Satuan pokok SI
Besaran	Satuan	Simbol
Panjang    Massa    Waktu    Kuat arus listrik    Suhu    Jumlah zat    Intensitas cahaya	meter     kilogram     sekon     ampere     kelvin     mol    candela	m kg s A K mol cd

Suatu besaran standart  harus memiliki syarat sebagai berikut :

-          praktis dalam penggunaannya

-          mudah didapat

-          mudah dibuat

-          dipakai dimana –mana

Maka seiring dengan perkembangan ilmu pengetahuan dan sejumlah penemuan oleh para ilmuwan, standar satuan terus berubah.. Berikut ini akan dijelaskan satuan standar ketujuh besaran pokok.

                                                                                  

C. ALAT UKUR KELOMPOK UMUM FISIKA

           

Dalam ilmu fisika  besaran pokok yang sering digunakan di tingkat SMA adalah besaran panjang, massa, waktu, suhu dan kuat arus.  Pada bagian ini kita akan melakukan diskusi hanya tentang lima besaran pokok saja dari tujuh besaran pokok tersebut.

1.       Panjang  

a.       Pengertian Panjang

Pada awalnya panjang 1 meter didefinisikan sebagai jarak dari kutub utara ke garis kathulistiwwa melalui Paris dibagi menjadi 10 juta meter. Kemudian dibuat suatu meter standar dari batang yang terbuat dari campuran platina-iridium.

Tetapi, meter standar ini sangat susah dibuat ulang dan sangat rentan terhadap kerusakan. Oleh karena itu, dibuat suatu definisi baru dari satu meter, yaitu, sama dengan 1 650 761.73 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan oleh atom-atom krypton-86 dalam ruang hampa pada satu loncatan listrik

Pada perkembangan berikutnya, panjang satu meter didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya tampak (dalam ruang vakum) dalam selang waktu 1/299 792 458 sekon

Meter adalah satuan dasar untuk ukuran panjang dalam sistem SI. Satuan meter disingkat menggunakan simbol m. Meter biasa ditulis sebagai metre dalam bahasa Inggris, atau meter dengan ejaan Amerika

           

b.      Alat Ukur Besaran Panjang

Alat ukur besaran panjang dalam fisika terdiri dari beberapa jenis mulai dari mistar 30 cm, mistar 1 m, meteran gulung, meteran lipat, jangka sorong dan micrometer sekrup.

1)      Penggaris

Pada umumnya, mistar yang biasa digunakan adalah untuk mengukur  panjang benda yang berskala cm atau mm. Satu bagian terkecil dari mistar adalah 1 mm atau 0,1 cm oleh karena itu mistar dikatakan mempunyai  ketelitian pengukuran sampai dengan 0,1 cm atau 1 mm.

 

                                                                                   

                  Gambar 3.8 Macam-macam Pengaris                        

2)      Jangka Sorong

Jangka sorong adalah alat ukur yang ketelitiannya dapat mencapai seperseratus milimeter. Terdiri dari dua bagian,yaitu skala utama dan skala nonius. Skala utama tidak dapat digerak –gerakkan; sedangkan skala nonius dapat digeserkan/ digeser. Pembacaan hasil pengukuran sangat bergantung pada keahlian dan ketelitian pengguna maupun alat. Jangka sorong terbaru sudah dilengkapi dengan bacaan digital. Jangka sorong yang  ad memiliki ketelitian 0,1 mm, 0,05 mm dan 0,02mm

 Tingkat ketelitian pengukuran dengan menggunakan jangka sorong lebih baik dibandingkan dengan menggunakan penggaris.

                           Gambar Jangka sorong

Kegunaan jangka sorong adalah untuk mengukur ketebalan atau diameter luar benda dengan cara diapit, dan untuk mengukur diameter dalam lubang (pada pipa, maupun lainnya) dan kedalaman.

 Jangka sorong dapat digunakan untuk mengukur ketebalan sebuah benda, diameter luar  bola atau silinder, diameter dalam lubang, dan untuk mengukur kedalaman  botol.

a.       Bagian – bagian jangka sorong

 

Jangka sorong terdiri dari dua pasang rahang, yaitu  sepasang rahang untuk mengukur garis diameter luar dan sepasang  rahang lagi untuk mengukur diameter  dalam. Selain itu jangka sorong dilengkapi pula dengan sederet sala yang pendek, yang disebut nonius, dan kedua  rahang yang terdapat pada jangka  sorong dapat digeser-geser.

b. Contoh menentukan perhitungan pada  jangka sorong

 

1.      Lihat angka pada skala utama sebelum angka 0 pada skala nonius

2.      Catat angka tersebut sebagai angka pengukuran utama

3.      Cari garis yang sejajar (berhimpit) antara skala utama dengan skala nonius

4.      Lihat angka yang ditunjukan oleh skala nonius

5.      Hitung mundur ke arah 0 pada skala nonius

6.      Tambahkan nilai tersebut ke nilai lebih dari skala utama

7.      Hasil pengukuran harus ditambah/kurang (±) dengan angka ketidak pastian

·         Contoh Cara Menentukan Hasil Pengukuran pada Jangka Sorong

1.    Perhatikan gambar skala berikut ini !

 

·         Angka yang ditunjukan oleh skala utama sebelum angka 0 nonius adalah 1,2 cm = 12 mm

·         Garis yang berhimpit antara skala utama dan nonius berada di angka 8 nonius setelah dikalikan 0,01 diperoleh 0,08

·         Tambahkan angka utama dengan angka nonius : 1,2 + 0,08 = 1,28 cm atau   12,80 mm

Hasil pengukuran yang dilaporkan adalah

Pengukuran tunggal= (12,80 ± 0,5 NST) =(12,80 ± (0,5.0,01) = ( 2,80 ± 0,005)cm

Jika pengukuran berulang = Cari dulu angka ketidakpastian

3)      Mikrometer Sekrup

Mikrometer sekrup disebut juga mikrometer ulir.             Alat ini mempunyai ketelitian pengukuran sampai  0,01 mm, biasanya alat ini digunakan untuk  mengukur tebal lempengan plat,  kertas, dan diameter kawat. Jadi tingkat ketelitian hasil pengukuran besaran panjang dengan mikrometer jauh lebih teliti dibandingkan dengan menggunakan jangka sorong. Tetapi mikrometer hanya dapat digunakan untuk mengukur ketebalan dan diameter luar bola atau silinder.

Bagian-bagian Mikrometer Sekrup

 

                         

       b) Contoh Cara Menentukan Hasil Pengukuran  pada Micrometer Sekrup

                         

1.      Pastikan pengunci dalam keadaan terbuka

2.      Buka rahang dengan cara memutar ke kiri pada skala putar sehingga benda dapat dimasukkan ke rahang

3.      Letakkan benda yang akan di ukur pada  rahang dan putar sampai tepat

4.      Putar pengunci sampai skala putar tak dapat digerakkan dan berbunyi klik

5.      Lihat angka pada skala utama sebelum batang nonius

6.      Perhatikan skala putar berada pada angka berapa skala utama, misalkan panjang benda adalah X mm

7.      Perhatikan penunjukkan skala putar.Angka pada skala putar berimpit dengan garis mendatar pada skala utama misalnya angka yang didapat adalah Y

8.      Maka hasil pengukuran adalah = (X + (Yx 0,01).

c) Contoh menghitung Hasil Pengukuran yang ditunjukan oleh micrometer sekrup

1.    Perhatikan gambar skala berikut ini !

·   Angka yang ditunjukan oleh skala utama sebelum batang nonius adalah 5,5 mm

·   Garis yang berhimpit antara skala utama dan nonius berada di angka 2 nonius setelah dikalikan 0,01 maka menjadi 0,02 dengan satuan mm

·   Tambahkan angka utama dengan angka nonius : 5,5 mm + 0,02 mm = 5,52 mm

·   Jadi hasil pengukuran tunggal dapat dilaporkan = (5,52 ± 0,5 NST)

                                                                                = (5,52 ± (0,5 . 0,01)

                                                                                = ( 5,52 ± 0,005) mm

·    Jika pengukurannya berulang  cari dulu angka ketidakpastiannya dengan menggunakan persamaan 1.

2.      Kilogram

      Standar internasional untuk massa adalah sebuah silinder platina-iridium yang disebut kilogram standar. Kilogram standar ini disimpan di Lembaga Berat dan Ukuran Internasional, Sevres dekat Paris, dan berdasarkan perjanjian internasional memiliki massa satu kilogram. Satu kilogram adalah massa sebuah kilogram standar yang disimpan di The International Bureau of Weighs and Measures.

PENGUKURAN

A.    Besaran Dan Satuan

Pengukuran adalah suatu teknik untuk mengkaitkan suatu bilangan pada suatu sifat fisis dengan membandingkannya dengan suatu besaran standar yang telah diterima sebagai suatu satuan. Sedangkan mengukur kegiatan yang dilakukan untuk memperoleh data secara kuantitatif maupun kualitatif. Di dalam mengukur suatu besaran tentunya kita perlu memilih alat ukur yang sesuai dengan besaran yang diukur.

Sebenarnya dalam kehidupan sehari-hari kita sering berhubungan dengan besaran dan satuan. Ketika  menyebutkan tinggi badan seseorang 175 cm dan berat badannya 60 kg, maka kita sedang berhubungan dengan besaran panjang dan satuannya cm, dan besaran massa dengan satuan kg.

Nah, apa itu besaran dan satuan?

• Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka serta mempunyai satuan.
• Satuan adalah sesuatu yang digunakan untuk menyatakan hasil pengukuran, atau pembanding dalam suatu pengukuran tertentu.

Ada  banyak besaran fisika, oleh karena itu perlu dipilih beberapa besaran yang menjadi besaran dasar dan besaran-besaran lain dapat diturunkan daripadanya.

·         Besaran Pokok

Berdasarkan hasil-hasil pertemuan sebelumnya dan hasil-hasil panitia internasional, maka dalam Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 (1971) di Perancis, berhasil menetapkan tujuh besaran sebagai dasar (besaran pokok) seperti pada tabel 1.1. dan merupakan dasar bagi Sistem Satuan Internasional yang biasa disingkat SI (dari bahasa Perancis “Le Systeme Internasional d’Unites.”)

 

Berdasarkan satuan-satuan di atas, jika kita akan menentukan jari-jari bumi (6,37 x 10⁶ m ) atau periode garputala (2,3 x 10^-3 s) maka akan di dapatkan bilangan-bilangan yang sangat besar atau sangat kecil. Agar bilangan-bilngan tersebut lebih sederhana maka dalam konferensi tersebut juga dianjurkan  penggunaan awalan seperti tebel 1.2.

Jadi, jari-jari bumi seperti di atas dapat ditulis sebagai 6,37 Mm dan periode garputala sebagai 2,3 ms.

·         Definisi Satuan Standar SI

1.      Satuan Panjang

-          Satu meter  adalah  1.650.763,73 kali panjang gelombang sinar merah jingga dalam vakum yang dipancarkan oleh isotop Krypton Kr⁸⁶.

-          1 meter (disingkat m) adalah jarak antara dua goresan pada meter standar sehingga jarak dari kutub utara ke khalutistiwa melalui paris adalah 10 juta meter. Meter standar adalah sebuah batang yang terbuat dari campuran platira – iridium.

2.      Satuan Massa

-          Satu kilogram standar adalah massa dari sebuah model silinder platina iridium yang aslinya disimpan di Lembaga Berat dan Ukuran International di  Sevres. Standar sekunder dikirim ke berbagai negara dan massa-massa benda yang lainnya ditentukan dengan menggunakan teknik neraca berlengan sama.

-          1 kilogram disingkat kg adalah massa sebuah kilogram standar yang disimpan di lembaga timbangan dan ukuran internasional (CGPM ke – I, 1899). Dengan teknik modern prototipe ini dapat diproduksi ulang dengan ketelitian 1 :

3.      Satuan waktu

-          Satu sekon adalah waktu yang diperlukan oleh atom cesium (Cs – 133) untuk melakukan getaran sebanyak 9.192.631.770 kali.

-          1 sekon (disingkat s) adalah selang waktu yang diperlukan oleh atom sesium – 133 untuk melakukan getaran sebanyak 9.192.631.770 kali dalam transisi antara dua tingkat energi dasarnya (CGIPM ke – XIII; 1967). Sekon yang diutamakan ini dapat ditentukan dan diproduksi ulang dengan ketelitian 1:

4.      satuan suhu

-          Satu kelvin adalah 1/273,16 suhu titik tripel air.

-          1 Kelvin (K) adalah 1/273,16 kali suhu termodinamika titik tripel air (CGPM ke – 13, 1967. Dengan demikian, suhu termodinamika titik tripel air adalah 273, 16 K. Titik tripel air adalah suhu dimana air murni berada dalam keadaan bertimbang dengan es dan uap jenuhnya. Bila diukur dengan termometer gas yang berisi  dan  , suhu ini memiliki ketelitian 1:.

5.      Satuan kuat arus listrik

-          Satu ampere  adalah arus tetap yang dipertahankan untuk tetap mengalir pada dua batang penghantar sejajar dengan panjang tak terhingga dan dengan luas penampang yang dapat diabaikan  dan dipisahkan sejauh satu meter dalam vakum, yang akan menghasilkan gaya sebesar 2 x 10^-7 N m^-1.

-          1 ampera (disingkat A) adalah kuat arus tetap yang jika dibiarkan melalui dua bisah kawat yang sejajar dan sangat panjang, dengan tebal yang dapat diabaikan dan diletakkan pada jarak pisah 1 meter dalam vakum, menghasilkan gaya 2 x  newton pada setiap meter, kawat (CGPM ke IX, 1948 ). Ketelitian y  diperoleh dari percobaan adalah 1 :

6.      Satuan intensitas cahaya

-          Satu candela  adalah intesitas cahaya yang besarnya sama dengan intensitas sebuah sumber cahaya pada satu arah tertentu yang memancarkan radiasi monokhromatik dengan frekuensi 540 x 10¹² Hz dan memiliki intensitas pancaran pada arah tersebut sebesar 1/683 watt per steradian.

-          1 Candela (disingkat cd) adalah intensitas cahaya suatu sumber cahaya yang memancarkan radiasi sitas radiasi sebesar 1/683 watt per radian dalam arah tersebut (CGPM ke XVI, 1979).

7.      Satuan jumlah zat

-          Satu mol sama dengan jumlah zat yang mengandung satuan elementer sebanyak jumlah atom di dalam 0,012 kg karbon-12. Satuan elementer dapat berupa atom, molekul, ion, elektron, dll dan harus ditentukan.

-          1 mol (mol) adalah jumlah zat yang mengandung unsur elementer zat tersebut dalam jumlah sebanyak jumlah atom karbon dalam 0,012 kg karbon -12 (CGPM ke – XIV, 1971).

·         Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang satuannya merupakan gabungan dari satuan-satuan dasar (pokok).

Contoh:

-          Luas (  m² )

-          Massa jenis ( kg/m³)

-          Kecepatan (m/s)

Beberapa besaran turunan dapat dilihat pada tabel berikut!

Disamping  besaran pokok dan besaran turunan, masih ada satuan besaran tambahan sebagai berikut:

Pengukuran adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran standar.

Besara  standar itu mempunyai sifat – sifat sebagai berikut :

a.       Dapat didefinisikan secara phisik.

b.      Jelas dan tidak berubah dengan waktu.

c.       Dapat digunakan sebagai pembanding, dimana saja di dunia ini.

-          Pengukuran langsung adalah pengukuran dengan menggunakan alat ukur yang mana hasil pengukurannya dapat langsung dibaca pada skala yang telah dikalibrasi yang terdapat pada alat ukur tersebut.

-          Pengukuran tidak langsung adalah pengukuran yang hasil ukurannya tidak dapat langsung dibaca, tetapi harus menggunakan alat ukur lain untuk membacanya.

-          Angka penting terdiri dari angka pasti dan angka perkiraaan yang sesuai dengan tingkat ketelitian alat ukur yang digunakan.

-          Notasi ilmiah adalah penyajian angka kelipatan puluhan ke dalam bentuk angka eksponen pada puluhan. Dalam notasi ilmiah, angka – angka hasil pengukuran dinyatakan dalam bentuk :  

dengan menggunakan 1< a <10 menyatakan bilangan penting, n adalah bilangan bulat (boleh positif atau negatif) dan  menyatakan orde.

Tujuan penulisan hasil pengukuran dalam notasi ilmiah adalah untuk menyinkat penulisan.

3 mamfaat dengan notasi ilmiah  :

1)      Mudah menentukan banyaknya angka – angka penting dari besaran yang diukur.

2)      Mudah menentukan orde besaran yang diukur.

3)      Mudah melaksanakan perhitungan aljabar.

3 aturan untuk menulis hasil pengukuran dalam notasi ilmiah :

1)      Pindahkan koma desimal sampai hanya tersisa satu angka

2)      Jika koma desimal dipindahkan ke kiri, berarti n adalah bulat positif, sebaliknya jika kanan, berarti n adalah bilangan negatif.

3)      Jika n sama dengan banyaknya angka yang dilewati sewaktu kita memindahkan koma desimal.

Contoh : 57000 => 5,7. 104

Aturan angka penting :

a.       Semua angka bukan nol adalah angka penting

b.      Angka nol yang terletak diantara dua angka bukan nol adalah angka penting.

c.       Untuk bilangan desimal yang lebih kecil dari 1, angka nol di kiri dan kanan koma desimal bukan angka penting

d.      Angka nol pada deretan akhir sebuah bilangan yang ≥ 10 termasuk angka penting, kecuali jika angka sebelum nol diberi garis bawah. Dalam hal ini, angka penting berakhir pada angka yang diberi garis bawah dan angka selanjutnya bukan angka penting.

-          Bilangan eksak adalah bilangan yang pasti (tidak ada angka yang ditaksir) yang diperoleh dari kegiatan membilang.

Jika ditinjau dari sifat / perinciannya maka besaran – besaran fisika dapat dibagi atas dua jenis yaitu :

a)      Besaran yang hanya memiliki besar / nilai. Contoh : panjang, massa, waktu (skalar).

b)      Besaran yang memiliki besar / nilai dan arah. Contoh : vektor posisi, kecepatan, perpindahan, gaya dan sebagainya.

B.     Alat Ukur Besaran Fisika

Fisika tidak bisa dilepaskan dari proses pengukuran berbagai besaran fisika dan alat ukur yang digunakan dalam fisika sedikit berbeda dengan alat ukur yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Hal ini dikarenakan dalam fisika membutuhkan tingkat ketelitian yang sangat tinggi.

Berikut adalah beberapa alat ukur yang digunakan dalam proses pengukuran besaran fisika.

1.       Alat ukur panjang

Alat ukur panjang terdiri dari beberapa jenis seperti meteran lipat (pita),  mistar, jangka sorong, micrometer, dan Spherometer dan masing-masing mempunyai tingkat ketelitian yang berbeda

a.       Mistar

 

• Untuk mengukur benda yang panjangnya kurang dari  50 cm atau 100 cm.
• Tingkat ketelitiannya 0,5 mm ( ½ x 1 cm)
• Satuan yang tercantum dalam mistar adalah cm, mm, serta inchi.

Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang tepat, maka sudut pengamatan harus tegak lurus dengan obyek dan mistar.

Contoh pengukuran dengan mistar:

Panjang balok di atas adalah 3,2 cm atau 32 mm.

b.      Meteran lipat (pita pengukur)

• Digunakan untuk megukur suatu obyek yang tidak bisa dilakukan dengan mistar, misalnya karena ukurannya terlalu panjang atau bentuknya tidak lurus.
• Mempunyai tingkat ketelitian sampai dengan 1 mm.

c.       Jangka sorong (mistar geser)

Jangka sorong adalah alat ukur panjang yang memiliki ketelitian 0,1 mm dengan ketelitian yang lebih baik dari mistar. Jangka sorong digunakan untuk mengukur diameter luar suatu tabung, kawat, atau tebal sebuah buku. Jangka sorong juga dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian dalam tabung atau botol dan juga kedalamannya. Perhatikan gambar :

Jangka sorong terdiri atas rahang tetap yang memiliki skala tetap , rahang geser yang memiliki skala nonius (vernier) , rahang bawah, rahang atas dan pengukur kedalaman. Pada Jangka sorong, rahang bawah digunakan untuk mengukur diameter luar tabung dan rahang atas digunakan untuk mengukur diamater bagian daiam tabung. Adapun bagian ujung digunakan untuk mengukur kedalaman tabung.

Rahang geser jangka sorong dapat digeser secara bebas disesuaikan dengan ukuran benda. Pada rahang geser terdapat skala nonius, yaitu skala yang menentukan ketelitian pengukuran pada jangka sorong. Pada saat keadaan kedua rahang tertutup, yaitu angka 0 skala utama dalam sentimeter berhimpit dengan angka 0 skala nonius, saat diamati ternyata panjang 10 skala nonius = 9 mm, ini berarti panjang 1 skala nonius = 0,9 mm. Sehingga selisih antara skala utama pada rahang tetap dengan skala nonius adalah (1 – 0,9) = 0,1 mm.

Hasil pengukuran dengan jangka sorong akan memuat angka pasti dari skala utama dan angka taksiran dari skala nonius yang segaris (berhimpit) dengan skala utama. Penjumlahan dari keduanya merupakan angka penting. Hasil pengukuran itu dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

            X =( Xo + ∆X. 0,1 ) mm

                     atau X = hasil skala utama + hasil skala nonius

     Kegunaan jangka sorong adalah:

·                      Untuk mengukur suatu benda bagian luar dengan cara diapit, contoh :  mengukur tebal buku

·                      Untuk mengukur bagian dalam atau diameter lubang suatu benda, contoh  besar diameter lubang pipa, botol atau tabung

·                      Untuk mengukur kedalamanan celah/lubang pada suatu benda dengan cara “menancapkan/menusukkan” bagian pengukur pengukur kedalaman.

d.      Mikrometer sekrup

Mikrometer sekrup atau disebut juga Mikrometer adalah alat ukur yang lebih cermat dari jangka sorong. Alat ini dapat digunakan untuk mengukur benda-benda yang tergolong kecil dan tipis, misalnya diameter pensil, diameter kawat/ kabel listrik, tebal karton, tebal sehelai kertas hingga diameter rambut. Mikrometer memiliki ketelitian ukur 0,01 mm (Mikrometer analog), bahkan pada Mikrometer elektronik digital, dapat mencapai ketlitian hingga 0,002 mm (2µm). Berikut disajikan bagian-bagian dari Mikrometer.

Bagian utama Mikrometer adalah poros ukur yang dapat bergerak, dipasang pada Silinder pemutar ( Bidal). Pada Bidal terdapat skala Nonius yang memiliki 50 bagian skala. Jika skala Nonius diputar satu kali putaran (50 skala), maka bidal akan bergerak maju 0,5 mm, yang dapat diamati pada skala Utama (pada gambar 3.1  (Bidal bergerak maju kearah kiri) Berarti, jika Bidal diputar satu skala, maka akan bergeser sejauh 0,5 mm dibagi 50 = 0,01 mm . Hasil pengukuran Mikrometer terhadap sebuah benda, dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

X =( Xo + ∆X. 0,01 ) mm

Yaitu :
X0 = hasil skala utama
ΔX = hasil skala nonius ( Skala bidal yang berimpit dengan skala utama)
X = hasil pengukuran Mikrometer terhadap sebuah benda

Berikut ini adalah Mikrometer elektronik digital yang ketelitian ukurnya dapat mencapai 0,002 mm ( 2 mikrometer)

e.       Spherometer

Pada umumnya spherometer memiliki NST skala vertikal (skala utama) 0,5 mm dan jumlah  skala putar (nonius) sebanyak 50 skala.

NST alat ini dapat ditentukan dengan cara seperti mikrometer sekrup. Hasil pengukuran dari suatu spherometer dapat ditentukan dengan cara membaca penunjukkan bagian ujung skala putar terhdap skala utama dan garis vertical (yang membagi skala utama menjadi skala bagian kiri dan kanan) terhadap skala putar. Berikut ini adalah gambar spherometer :

                

2.      Alat Ukur Massa      

Neraca  yang digunakan di laboratorium fisika pada umumnya berbeda neraca yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.

Berikut adalah beberapa contoh neraca berbagai bentuk.

Dan di bawah ini adalah contoh neraca yang sering ditemukan di laboratarium

Ada empat macam prinsip kerja neraca, yaitu:

• Prinsip kesetimbangan gaya gravitasi, contoh neraca sama lenga
• Prinsip kesetimbangan momen gaya, contoh neraca dacin
• Prinsip kesetimbangan gaya elastis, contoh neraca pegas untuk menimbang bahan-bahan ku
• Prinsip inersia (kelembaman), contoh neraca inersia

3.      Alat Ukur Waktu

Sebenarnya ada banyak alat ukur waktu yang tersedia, seperti jam tangan, jam dinding, jam bandul dan sebagainya. Namun yang sering digunakan di laboratorium adalah stopwatch. Ada banyak jenis stopwatch dengan berbagai ketelitian, mulai dari 1 detik, 1/10 detik, sampai 1/100 detik. Ada juga stopwatch digital dengan ketelitian yang sangat tinggi, misalnya fasilitas stopwatch di handphone.

4.      Alat Ukur Suhu (temperatur)

Alat ukur suhu adalah termometer, dan ada banyak jenis termomter. Dilihat dari jenis skala ada tiga macam termomometer, yaitu Celcius, Fahrenheit, dan Reamur. Ditinjau dari bahan termometrik yang digunakan juga ada tiga jenis termometer, yaitu termometer gas, zat cair, dan zat padat (termokopel dan hambatan platina).

5.      Alat Ukur Arus Listrik

1.    Amperemeter

Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter.

Amper meter dapat dibuat atas susunan mikroamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arus pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan untuk arus yang besar ditambhan dengan hambatan shunt.

Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya.

b.      Voltmeter

Voltmeter adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Dengan ditambah alat multiplier akan dapat meningkatkan kemampuan pengukuran alat voltmeter berkali-kali lipat.

Gaya magnetik akan timbul dari interaksi antar medan magnet dan kuat arus. Gaya magnetic tersebut akan mampu membuat jarum alat pengukur voltmeter bergerak saat ada arus listrik. Semakin besar arus listrik yang mengelir maka semakin besar penyimpangan jarum yang terjadi.

6.      Alat Ukur Massa

a.       Gelas Ukur

Massa jenis termasuk besaran turunan yaitu sama dengan massa dibagai volume benda. Oleh karena itu, untuk menentukan massa jenis sebuah benda kita perlu dua alat ukur, yaitu  alat ukur massa (neraca) dan alat ukur volume (penggaris untuk benda yang teratur bentuknya atau gelas ukur).

Cara lain untuk mengukur volume benda adalah dengan memasukkan benda langsung ke dalam gelas ukur.

Contoh:

Mula-mula air pada gelas ukur menunjuk skala pada 12,4 ml. Setelah sebuah benda dimasukkan pada gelas ukur, air menunjuk pada skala 20,2 ml.

Jadi volume benda tersebut adalah 20,2 ml – 12,4 ml  atau 7,8 ml

c.       Neraca Ohauss

Neraca ohauss terdiri dari 3 jenis yaitu masing-masing ohauss 310 gram, 311 gram dan 2610 gram. Cara menentukan hasil pengukuran dari neraca ohauss 311 dan 2610 gram sama saja yaitu dengan menjumlahkan masing-masing lengannya. Oleh karena itu, sebalum menggunakannya, terlebih dahulu ditentukan NST masing-masing lengannya. Neraca ohauss 310 gram ada;lah neraca yang berlengan dua dan dilengkapi dengan skala berputar sebgai skala nonius . oleh karena itu neraca ini jauh lebih teliti dari neraca 2610 dan 311 gram. Cara menentukannya adalah dengan menjumlahkan pengukuran msing-masing lengan, skala berputar dan penunjukkan nonius. Cara menentukan NST-nya sama dengan mistar geser dan mikrometer.

                  Dan di bawah ini adalah contoh neraca yang sering ditemukan di laboratarium

Ada empat macam prinsip kerja neraca, yaitu:

• Prinsip kesetimbangan gaya gravitasi, contoh neraca sama lenga
• Prinsip kesetimbangan momen gaya, contoh neraca dacin
• Prinsip kesetimbangan gaya elastis, contoh neraca pegas untuk menimbang bahan-bahan ku
• Prinsip inersia (kelembaman), contoh neraca inersia