Pengukuran, Besaran, dan Satuan

Pengukuran

Dalam kehidupan sehari-hari, seringkali kita dihadapkan dengan beberapa pertanyaan, seperti, berapakah panjang lapangan sepakbola? Berapakah massa tubuh anda? Berapakah waktu yang dibutuhkan untuk menuju ke sekolah? Berapakah suhu hari ini? Siapakah yang lebih tinggi? Biasanya kita dengan mudah dapat menjawab pertanyaan-pertanyaan tersebut. Secara tidak langsung, dengan menjawab pertanyaan tersebut kita telah menerapkan ilmu fisika. Dalam belajar fisika, kita akan selalu berhubungan dengan pengukuran, besaran, dan satuan.

Pengukuran merupakan proses mengukur. Mengukur adalah kegiatan yang dilakukan untuk membandingkan suatu besaran dengan besaran lain yang sejenis yang digunakan sebagai satuan. Hasil pengukuran biasanya dapat kita nyatakan secara kualitatif maupun kuantitatif. Pengukuran kualitatif berhubungan dengan sifat, seperti lebih dari, kurang dari dsb. Pengukuran kuantitatif berhubungan dengan angka. Dari pengertian pengukuran ini, kita dapat mengetahui pengertian berikutnya, yaitu besaran dan satuan. Besaran didefinisikan sebagai segala sesuatu yang dapat diukur yang hasilnya dapat dinyatakan dalam bentuk angka dan satuan. Sedangkan satuan didefinisikan sebagai pembanding dalam kegiatan pengukuran. Dalam kegiatan pengukuran biasanya kita menggunakan alat bantu yang biasa kita sebut dengan alat ukur.

Berdasarkan uraian diatas, dapat dilihat bahwa antara pengukuran, besaran, satuan dan alat ukur memiliki hubungan yang erat. Pengukuran adalah kegiatan, besaran adalah sesuatu yang diukur, satuan adalah pembanding, dan alat ukur adalah alat bantu yang digunakan. Contoh kegiatan pengukuran yang dilakukan adalah ketika mengukur waktu yang dibutuhkan seorang pelari untuk menempuh jarak 100 meter adalah 9 detik. Pada peristiwa ini, kita harus membedakan beberapa besaran yang diukur. Dari contoh tersebut terdapat 2 besaran, yaitu waktu tempuh dan jarak. Untuk mengukur waktu kita butuh satuan yang sesuai, berdasarkan contoh tersebut kita peroleh bahwa besaran waktu diukur dengan satuan detik dengan hasil sebesar 9 dan alat ukur yang digunakan bisa stopwatch ataupun jam. Dan besaran jarak diukur dengan satuan meter dan diperoleh hasil sebesar 100 dan alat ukur yang digunakan bisa rol meter. Kedua peristiwa ini telah menggunakan alat ukur yang standar dan telah disesuaikan dengan satuan yang akan digunakan.

Dalam beberapa pengukuran, antara satuan dan alat ukur bisa sama. Sebagai contoh kita akan mengukur panjang meja belajar dengan menggunakan jengkal dan diperoleh hasil pengukuran sebanyak 5 jengkal. Dari contoh ini dapat kita uraikan bahwa besaran yang diukur adalah panjang meja, satuan jengkal, alat ukur jengkal, dan hasil pengukurannya adalah 5. Contoh lain ketika seorang pedagang ingin mengisi keranjang dengan jeruk, keranjang tersebut memuat 150 butir jeruk, dengan demikian besaran yang diukur adalah isi keranjang, satuan jeruk, alat ukur jeruk dan hasil pengukurannya adalah 150. Contoh ini menunjukkan bahwa pengukuran juga dapat dilakukan tanpa menggunakan satuan dan alat yang standar, sehingga hasil yang diperoleh nantinya tidak akan sama antara pengukuran yang satu dan yang lainnya.

Besaran

Banyak besaran dalam fisika. Namun demikian secara umum besaran dikelompokkan menjadi dua, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

1.       Besaran Pokok

Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu dan tidak bergantung pada besaran lainnya. Satuan besaran-besaran ini digunakan sebagai acuan untuk besaran-besaran yang lain. Dalam ilmu fisika dikenal tujuh besaran pokok dan dua besaran pokok tambahan yang telah ditetapkan menurut sistem internasional. Besaran-besaran tersebut dapat dilihat pada tabel berikut:

2.       Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari beberapa besaran pokok. Sebagai contoh, untuk mengukur volume sebuah balok digunakan rumus panjang x lebar x tinggi, panjang, lebar, dan tinggi berasal dari besaran pokok yang sama yaitu panjang. Contoh lain adalah kelajuan yang diukur dengan jarak dibagi dengan waktu. Kelajuan diturunkan dari dua besaran pokok yang berbeda yaitu panjang (jarak) dan waktu. Selain memiliki satuan yang diturunkan dari satuan besaran pokok, besaran turunan juga ada yang memiliki nama satuan tersendiri. Beberapa contoh besaran turunan dan satuannya terdapat pada tabel berikut:

Satuan

Terdapat dua macam sistem satuan yang sering digunakan dalam ilmu fisika dan ilmu teknik, yaitu sistem metrik dan sistem Inggris. Sistem metrik dibagi menjadi dua bagian, yaitu sistem mks (meter – kilogram – sekon) dan cgs (centimeter – gram – sekon). Akan tetapi, satuan internasional menetapkan sistem mks sebagai satuan yang dipakai untuk tujuh besaran pokok.

a. Standar satuan panjang

Pada tahun 1960, satu meter standar di definisikan sebagai jarak yang sama dengan 1.650.763,73 kali riak panjang gelombang cahaya merah-jingga yang dihasilkan oleh gas kripton.

b. Standar satuan massa

Massa kilogram standar disamakan dengan massa 1 liter air murni pada suhu 4 0C.

c. Standar satuan waktu

Pada tahun 1967, ditetapkan bahwa satu sekon adalah waktu yang diperlukan oleh atom Cesium untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.

d. Standar satuan arus listrik

Satu ampere di definisikan sebagai jumlah muatan listrik satu coulomb yang melewati suatu penampang dalam waktu 1 sekon.

e. Standar satuan suhu 373,15 K
Pada tahun 1954, diputuskan bahwa suhu titik lebur es pada 76 cmHg pada suhu 273,15 K dan titik didih air pada 76 cmHg pada su

f. Standar satuan intensitas cahaya
Satuan kandela di definisikan sebagai benda hitam seluas satu meter persegi yang bersuhu titik lebur platina (1.773 0C). Benda ini akan memancarkan cahaya dalam arah tegak lurus dengan kuat cahaya sebesar 6 x 105 kandela

g. Standar satuan jumlah zat
Jumlah zat dalam satuan internasional memiliki satuan mol. Satu mol zat terdiri atas 6,025 x 1023 buah partikel.

Konversi Satuan

Adakalanya ketika kita ingin melakukan perhitungan dengan suatu besaran, baik penjumlahan, pengurangan, perkalian ataupun pembagian, kita mengalami kesulitan karena satuan dari besaran yang sejenis tidak sama. Satuan-satuan dikalikan dan dibagikan persis seperti operasi aljabar biasa. Fakta ini mempermudah kita untuk mengubah suatu satuan ke satuan yang lainnya. Dalam satuan sistem internasional, faktor pengali dari sebuah besaran pokok dengan besaran pokok lainnya adalah sama. Sebagai contoh untuk besaran massa terdiri dari kilogram, hektogram, dekagram, gram, desigram, centigram, dan miligram. Untuk besaran panjang terdiri dari kilometer, hektometer, dekameter, meter, desimeter, centimeter, dan milimeter. Faktor pengali lainnya yang akan digunakan di tingkat SMA ditampilkan pada tabel berikut:

 

Contoh konversi satuan

Dimensi

Dimensi suatu besaran menunjukkan cara besaran tersebut tersusun dari besaran-besaran pokok. Dimensi besaran pokok dinyatakan dengan lambang huruf tertentu (ditulis dengan huruf besar) dan diberi kurung persegi. Dengan alasan praktis, sering dijumpai tanda kurung persegi ini dihilangkan. Dimensi suatu besaran turunan ditentukan oleh rumus besaran turunan tersebut jika dinyatakan dalam besaran-besaran pokok. Dua besaran atau lebih hanya dapat dijumlahkan atau dikurangkan jika besaran-besaran tersebut memiliki dimensi yang sama.

Ada tiga manfaat analisis dimensi dalam fisika, yaitu:

1. Dapat digunakan untuk membuktikan dua besaran fisika setara atau tidak
2. Dapat digunakan untuk menentukan persamaan yang pasti salah atau mungkin benar
3. Dapat digunakan untuk menurunkan persamaan suatu besaran fisika jika kesebandingan besaran fisika tersebut terhadap besaran-besaran fisika lainnya dapat diketahui

Berikut beberapa contoh penentuan dimensi dari besaran turunan

a. Kecepatan
 

b. Percepatan
 
c. Gaya
 

d. Usaha
 

Contoh soal:

perhatikan gerak melingkar horizontal yang ditempuh oleh sebuah batu yang diikat pada seutas tali. Kita anggap bahwa gaya tegangan pada tali F memiliki kesebandingan dengan besaran-besaran massa batu m, kelajuan v, dan jari-jari lintasan r. Tentukan persamaan gaya tegangan pada tali.

Jawab: