Mencoba Menebar Hikmah: HAND OUT PJJ Fisika SMK TKI : Besaran Dan Satuan ( 2021)

A. BESARAN FISIKA

Fisika memerlukan pengukuran-pengukuran yang sangat teliti agar gejala yang dipelajari dapat dijelaskan ( dan bisa diramalkan) dengan akurat. Pengukuran adalah membandingkan sesuatu dengan sesuatu yang lain yang dianggap sebagai patokan. Sedangkan segala sesuatu yang dapat diukur dan dapat dinyatakan dengan angka disebut besaran. Besaran apa sajakah yang dapat kita ukur dari sebuah buku ? Pada sebuah buku kita dapat mengukur massa, panjang, lebar dan tebal. Bagaimana kita menyatakan hasil pengukuran panjang buku ? Misalnya, panjang buku sama dengan 25 sentimeter; sentimeter disebut satuan dari besaran panjang. Massa buku sama dengan 1 kilogram; kilogram disebut satuan dari besaran massa. Jadi satuan selalu mengikuti besaran. Di masyarakat kita , kadang- kadang terdapat satuan-satuan yang tidak standar atau tidak baku, misalnya satuan panjang dipilih depa atau jengkal. Syarat yang harus dimiliki suatu satuan agar bisa menjadi satuan standar adalah :

- Nilai satuan harus tetap
- Mudah diperoleh kembali ( mudah ditiru)
- Satuan harus dapat diterima secara internasional

1. Besaran Pokok

Di alam ini banyak sekali besaran fisika namun para ahli fisika berusaha merumuskan beberapa besaran yang dijadikan besaran pokok. Besaran pokok merupakan besaran yang ditetapkan terlebih dahulu. Besaran pokok memiliki beberapa sifat:

- Bukan turunan dari besaran lain

- Dapat menghasilkan atau menurunkan besaran lain

Terdapat tujuh besaran pokok yang telah dibakukan secara Internasional menurut Sistem International(SI) 1960,“Bureau of Weight and Measures”(Paris) yaitu:

Besaran Lain Yang Melengkapi Besaran Pokok

Selain besaran pokok ada juga besaran yang melengkapi besaran pokok yaitu sudut bidang dalam Radian(Rad) dan sudut ruang dalam Steradian(Sr). Sudut terbesar pada sudut bidang adalah 4π rad dan sudut terbesar pada sudut ruang adalah 4π Sr.

2. Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan antara lain : kecepatan, percepatan, gaya, momentum dan impuls, energi dan kerja, massa jenis, volume, tekanan dan daya.

3. Satuan di dalam fisika

Satuan adalah ukuran dari suatu besaran. Sistem satuan yang paling banyak digunakan diseluruh dunia, yang berlaku secara internasional, adalah sistem satuan SI. Hingga kini terdapat tujuh besaran pokok dan satuan-nya yang telah dibakukan secara Internasional menurut Sistem International(SI) 1960,“Bureau of Weight and Measures” (Paris) yaitu:

Nilai Satuan Besaran Turunan

Selain besaran pokok yang mempunyai satuan, besaran turunan pun mempunyai satuan yang merupakan kombinasi dari satuan besaran pokok, seperti contoh dibawah ini:

Awalan Satuan

Untuk mempermudah dalam perhitungan suatu besaran fisika biasanya digunakan awalan – awalan yang sudah dibakukan seperti dibawah ini:

4. Konversi Satuan

Besaran-besaran yang kita ukur, seperti panjang, massa, kuat arus, kecepatan, ataupun besaran-besaran yang lain, terdiri atas angka dan satuan. Kadang kita temukan besaran dalam satu sistem satuan, tetapi kita ingin menyatakannya dalam sistem satuan yang lain. Dalam hal ini kita harus menggunakan faktor konversi.

Sebagai contoh, panjang diagonal sebuah layar monitor komputer adalah 14 inci, dan kita ingin menyatakannya dalam sentimeter. Faktor konversi dalam hal ini adalah

1 inci = 2,54 cm

Maka panjang diagonal layar monitor komputer di atas dalam cm adalah

14 inci = 14 x 1 inci

= 14 x 2,54 cm

= 35,56 cm

Tabel di bawah menyajikan konversi satuan beberapa besaran yang banyak dijumpai dalam teknik.

Latihan Soal :

Bagian 1

1. Apa yang dimaksud dengan besaran?

2. Apa yang dimaksud dengan besaran pokok?

3. Apa yang dimaksud dengan besaran turunan?

4. Sebutkan minimal 7 besaran turunan yang kamu ketahui beserta rumus dan satuannya!

5. Apa yang dimaksud dengan satuan internasional (SI)?

Bagian 2

1. Ubahlah setiap besaran di ruas kiri menjadi ekuivalennya dalam satuan di ruas kanan!

a. 45.000 mg =....................................kg

b. 200 dm³ =.....................................m³

c. 0,8 g cm^-3 =................................... kg m^-3

d. 50 mm =.....................................m

e. 0,85 kW =.....................................W

2. Isilah titik-titik di bawah ini!

a. 20 ms =.......................................s

b. 6,0 µm =......................................m

c. 7.500 mg =.......................................g

d. 2.500 g =.....................................kg

e. 400 cm² =.....................................m²

3. Isilah titik-titik di bawah ini!

a. 24.000 mm²=...................................m²

b. 5.000 dm³ =.....................................m³

c. 7.500 cm³ =.....................................m³

d. 90 km jam^-1=................................... m.s^-1

e. 1 kW jam =....................................Ws

B. PENGUKURAN

Pengukuran adalah membandingkan nilai sebuah besaran dengan nilai yang dimiliki alat ukur. Di dalam fisika terutama fisika eksperimen, pengukuran terhadap suatu besaran menjadi suatu hal yang sangat penting dan riskan. Oleh karena itu perlu adanya pengetahuan mengenai penggunaan alat ukur yang benar agar mendapatkan data-data yang akurat, seperti didalam :

1. Pengukuran Panjang

Banyak alat ukur panjang yang telah kamu kenal. Alat-alat ukur itu ada yang sederhana ada pula yang yang sangat rumit. Mistar 30 cm, meteran gulung, jangka sorong, dan mikrometer sekrup merupakan contoh-contoh alat ukur panjang. Perbedaanya terletak pada panjang maksimum benda yang diukur, serta ketelitian pengukuran yang dihasilkan

a. Mistar

Mistar yang berukuran 30 cm hanya dapat mengukur panjang benda dengan panjang 30 cm, sedangkan jika mempunyai panjang lebih dari 30 cm maka perlu dilakukan pengukuran lebih dari satu kali. Skala terkecil pada mistar 30 cm ini adalah 1 mm.

Cara Penggunaan Mistar

Ø Impitkan skala nol pada mistar dengan salah satu ujung benda yang akan diukur

Ø Lihat posisi ujung lain benda tersebut. Bacalah skala mistar yang berimpit dengan ujung lain benda

Ø Kamu akan mengamati ada dua kemungkinan. Pertama, ujung benda tepat berimpit dengan salah satu skala milimeter pada mistar. Namun secara umum kamu akan mengamati bahwa ujung benda tidak berimpit dengan salah satu skala mistar.

b. Jangka Sorong

Pengukuran menggunakan jangka sorong sangat berbeda dengan mistar. Pada dasarnya jangka sorong memiliki dua skala yaitu skala utama dan skala nonius.

Pada kebanyakan jangka sorong jumlah skala nonius ada sepuluh, masing-masing berjarak 0,9 mm. Jadi total panjang yang dibentuk oleh sepuluh skala nonius adalah 9 mm. Jangka sorong ini memiliki nilai skala terkecil 0,1 mm. Dengan ketidakpastian pengukuran jangka sorong = ½ x 0,1 = 0,05 mm

Cara Penggunaan Jangka Sorong

ð Jepit benda dengan menggeser skala bergerak

ð Baca posisi skala utama yang tepat dilewati oleh titik nol skala nonius

Contoh Soal :

Tentukan hasil pengukuran dengan jangka sorong di bawah !

Dari gambar diatas tampak bahwa skala utama yang dilewati titik 0 skala nonius adalah 4 cm lebih 7 mm. Sementara itu, skala nonius dan skala utama berimpit pada skala nonius ke-empat. Karena skala terkecil jangka sorong yang ini = 0,05 mm, maka panjang benda adalah :

= 40 mm + 7 mm + 8 x 0,05 mm

= 40 mm + 7 mm + 0,4 mm

= 47,4 mm

atau setara dengan 4,74 cm.

c. Mikrometer Sekrup

Untuk mengukur panjang benda dengan ketelitian yang lebih tinggi lagi kita dapat menggunakan mikrometer sekrup. Mikrometer sekrup memiliki skala tetap (skala utama) sepanjang gagang silinder dengan nilai skala terkecil 0,5 mm. Selain itu, ada skala putar yang memiliki 50 skala, jika skala diputar satu putaran penuh (diputar sebanyak 50 skala), maka penjepit mikrometer akan bergeser sejauh 0,5 mm. Jadi pergeseran skala berputar sejauh 1 skala bersesuaian dengan pergeseran penjepit sepanjang 0,5/50 mm = 0,01 mm. Angka ini merupakan nilai skala terkecil mikrometer yang kamu gunakan.

Cara Penggunaan Mikrometer Sekrup

ð Letakkan benda yang akan diukur diantara dua penjepit mikrometer sekrup

ð Putarlah pemutar besar mikrometer sekrup sehingga kamu merasakan benda sudah terjepit. Perlu diingat,ketika melakukan pemutaran hendaknya secara perlahan.

ð Putarlah pemutar kecil sampai kamu mendengar suara”klik’

ð Bacalah skala utama mikrometer sekrup yang dilewati pemutar besar.

ð Bacalah skala pada pemutar besar (nonius)

Contoh Soal :

Tentukan hasil pengukuran diameter sebatang besi dibawah !

Jawab :

Dari gambar diatas tampak bahwa skala utama 7,5 mm dan skala nonius 19 x 0,01 = 0,19 mm, sehingga nilainya pengukurannya sama dengan skala utama + skala nonius = 7,5 mm + 0,19 mm = 7,69 mm.

2. Pengukuran Massa ( Pengayaan )

Alat yang digunakan untuk mengukur massa adalah neraca. Pada pengukuran massa dengan neraca, kita memanfaatkan gaya gravitasi yang bekerja pada benda. Besar gaya gravitasi sebanding dengan massa. Ada beberapa jenis neraca yang akan dibahas berikut ini

a. Neraca empat lengan

Sering disebut dengan neraca ohaus. Neraca ini sesuai namanya memiliki empat lengan dengan yang masing masing memiliki anak timbangan ( lihat Gambar 5 (a) ). Neraca ini memiliki ketelitian sampai 0,02 gram.

b. Neraca pegas

Pada neraca pegas besarnya peregangan berbanding lurus dengan gaya yang diberikan. Bila gaya yang diberikan merupakan gaya gravitasi bumi, maka besarnya peregangan pegas berbanding lurus dengan massa benda. Dengan sifat seperti ini maka pegas dapat digunakan untuk membuat neraca, sehingga diberi nama neraca pegas

c. Neraca dua lengan

Disebut neraca dua lengan karena neraca ini memang memiliki dua lengan. Satu lengan digunakan untuk meletakkan benda yang diukur dan lengan yang satu lagi untuk meletakkan massa standar (anak timbangan). Pengukuran dengan neraca pada dasarnya adalah mencari keseimbangan lengan neraca ketika menempatkan benda dan massa standar pada lengan neraca. Nilai massa standar dapat diubah-ubah sehingga lengan neraca menjadi seimbang.

d. Neraca hidrolik

Neraca hidrolik digunakan untuk mengukur massa benda yang cukup besar misalnya truk, kontainer, gerbong kereta api dll. Prinsip yang digunakan pada neraca hidrolik adalah hukum hidrostatika. Jika benda diletakkan di atas neraca, maka piston akan menekan cairan yang besarnya sama dengan tekanan atmosfir + tekanan yang diberikan oleh berat benda. Tekanan dalam cairan diukur oleh sensor tekanan, sehingga dari informasi sensor tekanan tersebut maka massa benda dapat

e. Neraca elektronik

Neraca yang paling canggih karena dilengkapi dengan sistem microprosesor. Fungsinya adalah mengolah berat benda menjadi massa benda kemudian menampilkannya dalam bentuk angka-angka. Sebelum melakukan pengukuran kita harus melakukan kalibrasi terlebih dahulu. Hal ini penting karena kadang-kadang angka yang ditunjukkan pada layar tidak nol.

f. Spektrometer massa

Digunakan untuk menentukan massa yang sangat kecil seperti massa atom, dan molekul. Atom yang akan diukur massanya mula-mula dijadikan ion atau partikel bermuatan listrik. Caranya dengan mengeluarkan beberapa elektron sehingga atom berubah menjadi ion positif atau bisa juga dengan menambahkan beberapa ion positif sehingga atom berubah menjadi ion negatif. Spektrometer massa dapat menentukan massa dengan sangat teliti. Massa inti atom yang hanya berbeda satu neutron (isotop) dapat dibedakan massanya oleh spektrometer massa.

3. Pengukuran Waktu

Instrumen atau alat pengukur waktu yang biasa digunakan adalah arloji dan stopwatch. Pada zaman dahulu sebelum arloji ditemukan, untuk mengetahui waktu digunakan jam matahari. Kebanyakan arloji mempunyai batas ketelitian sampai dengan 1 detik, sedangkan sopwatch batas ketelitian sampai dengan 0,1 detik. Saat ini telah dibuat stop-watch elektronik ( tersedia juga pada HP anda ) yang dapat mengukur hingga 0,01 detik , bahkan 0,001 detik.

4.
Pengukuran Suhu

Instrumen atau alat pengukur suhu disebut termometer. Ada beberapa jenis termometer dengan cara kerja yang berbeda, tergantung pada beberapa sifat materi yang berubah terhadap suhu. Sebagian besar termometer bergantung pada pemuaian materi terhadap naiknya suhu. Umumnya termometer saat ini terdiri atas tabung kaca dengan ruang kapiler di tengahnya diisi air raksa atau alkohol yang diberi warna merah.

Trmometer yang lain dibuat dengan menggabungkan dua logam yang tidak sama jenisnya dan laju pemuaiannya berbeda. Termometer jenis ini disebut termometer bimetal. Termometer jenis ini biasa digunakan sebagai termometer udara biasa, termasuk oven yang dapat mati secara otomatis, dan juga sebagai termostat ruangan untuk menentukan kapan pendingin udara hidup atau mati.

Latihan Soal :

Tuliskan hasil pengukuran dibawah ini dalam mm !