Disusun Oleh : Nia sanny
Fisika merupakan ilmu
pengetahuan yang mempunyai pengaruh besar terhadap perkembangan ilmu
pengetahuan yang lainnya, misalnya teknologi elektronika, teknologi informasi,
dan teknologi alat ukur. Hal ini disebabkan di dalam fisika mengandung
prinsip-prinsip dasar mengenai gejala-gejala alam yang ada di sekitar kita.
Fenomena dan gejala-gejala alam tersebut meliputi besaran-besaran fisika di
antaranya: gerak, cahaya, kalor, listrik, dan energi. Penerapan besaran-besaran
fisika dalam aktivitas kegiatan sehari-hari senantiasa berkaitan dengan
pengamatan dan pengukuran. Sebagai contoh, informasi kecepatan gerak pesawat
terbang bagi seorang pilot berguna untuk mengoperasikan pesawat yang
dikendalikannya. Besarnya suhu badan kita merupakan informasi untuk mengetahui
apakah badan kita sehat atau tidak. Sepatu dan pakaian yang kita gunakan
mempunyai ukuran tertentu. Melihat betapa pentingnya pengukuran besaran fisika,
maka di dalam bab ini akan dipelajari pengertian besaran fisika, pengukuran
besaran fisika yang meliputi massa, panjang, waktu, dan suhu serta konversi
satuannya.
A. Besaran Fisika dan Satuan
Berapakah
tinggi dan berat badanmu? Tentu saja kamu dapat mengukur secara langsung tinggi
badanmu dengan alat ukur meteran pita, misalnya 165 cm. Bagaimana dengan berat
badanmu? Di dalam pembicaraan kita sehari-hari yang dimaksud dengan berat badan
adalah massa, sedangkan dalam fisika pengertian berat dan massa berbeda. Berat badan
dapat kita tentukan dengan menggunakan alat timbangan berat badan. Misalnya,
setelah ditimbang berat badanmu 50 kg atau dalam fisika bermassa 50 kg. Tinggi
atau panjang dan massa adalah sesuatu yang dapat kita ukur dan dapat kita
nyatakan dengan angka dan satuan. Panjang dan massa merupakan besaran fisika.
Jadi, besaran fisika adalah ukuran fisis suatu benda yang dinyatakan secara
kuantitas. Selain besaran fisika juga terdapat besaran-besaran yang bukan
besaran fisika, misalnya perasaan sedih, gembira, dan lelah. Karena perasaan
tidak dapat diukur dan tidak dapat dinyatakan dengan angka dan satuan, maka
perasaan bukan besaran fisika.
Besaran fisika dikelompokkan menjadi dua, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang sudah ditetapkan terlebih dahulu. Adapun, besaran turunan merupakan besaran yang dijabarkan dari besaran-besaran pokok. Sistem satuan besaran fisika pada prinsipnya bersifat standar atau baku, yaitu bersifat tetap, berlaku universal, dan mudah digunakan setiap saat dengan tepat. Sistem satuan standar ditetapkan pada tahun 1960 melalui pertemuan para ilmuwan di Sevres, Paris. Sistem satuan yang digunakan dalam dunia pendidikan dan pengetahuan dinamakan sistem metrik, yang dikelompokkan menjadi sistem metrik besar atau MKS (Meter Kilogram Second) yang disebut sistem internasional atau disingkat SI dan sistem metrik kecil atau CGS (Centimeter Gram Second). Besaran pokok dan besaran turunan beserta dengan satuannya dapat dilihat dalam Tabel 1.1 dan Tabel 1.2 berikut.
Selain tujuh besaran pokok di atas, terdapat dua
besaran pokok tambahan, yaitu sudut bidang datar dengan satuan radian (rad) dan
sudut ruang dengan satuan steradian (sr).
Satuan Sistem Internasional (SI) digunakan di
seluruh negara dan berguna untuk perkembangan ilmu pengetahuan dan perdagangan
antarnegara. Kamu dapat membayangkan betapa kacaunya perdagangan apabila tidak
ada satuan standar, misalnya satu kilogram dan satu meter kubik.
2. Mengonversi
Satuan Panjang, Massa, dan Waktu
Setiap besaran memiliki satuan yang sesuai. Penggunaan satuan suatu besaran harus tepat, sebab apabila tidak sesuai akan berkesan janggal bahkan lucu. Misalnya seseorang mengatakan tinggi badannya 150ºC, orang lain yang mendengar mungkin akan tersenyum karena hal itu salah. Demikian pula dengan pernyataan bahwa suhu badan orang yang sehat biasanya 36 meter, terdengar janggal. Hasil suatu pengukuran belum tentu dinyatakan dalam satuan yang sesuai dengan keinginan kita atau yang kita perlukan. Contohnya panjang meja 1,5 m, sedangkan kita memerlukan dalam satuan cm, satuan gram dinyatakan dalam kilogram, dari satuan milisekon menjadi sekon. Untuk mengonversi atau mengubah dari suatu satuan ke satuan yang lainnya diperlukan tangga konversi. Gambar 1.8 pada halaman 7 menunjukkan tangga konversi panjang, massa, dan waktu, beserta dengan langkah-langkah penggunaannya.
Mengukur panjang suatu meja, misalnya kamu mendapatkan panjang meja
tersebut lima jengkal. Kegiatan yang kamu lakukan tersebut merupakan
membandingkan besaran panjang dengan satuan jengkal. Dalam fisika, kegiatan
tersebut dinamakan pengukuran. Pengukuran adalah membandingkan suatu besaran
dengan suatu satuan. Contoh lain adalah ketika kita mengukur panjang meja
dengan penggaris, misalnya didapat panjang meja 100 cm, maka panjang meja
merupakan besaran, 100 merupakan hasil dari pengukuran sedangkan cm adalah
satuannya. Beberapa aspek pengukuran yang harus diperhatikan yaitu ketepatan
(akurasi), kalibrasi alat, ketelitian (presisi), dan kepekaan (sensitivitas).
Dengan aspek-aspek pengukuran tersebut diharapkan mendapatkan hasil pengukuran
yang akurat dan benar. Berikut ini akan kita bahas pengukuran besaran-besaran
fisika, meliputi panjang, massa, dan waktu.
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur panjang benda haruslah sesuai dengan ukuran benda. Sebagai contoh, untuk mengukur lebar buku kita gunakan pengaris, sedangkan untuk mengukur lebar jalan raya lebih mudah menggunakan meteran kelos.
a.
Pengukuran Panjang dengan
Mistar Penggaris atau mistar
Berbagai macam jenisnya, seperti penggaris yang berbentuk lurus,
berbentuk segitiga yang terbuat dari plastik atau logam, mistar tukang kayu,
dan penggaris berbentuk pita (meteran pita). Mistar mempunyai batas ukur sampai
1 meter, sedangkan meteran pita dapat mengukur panjang sampai 3 meter. Mistar
memiliki ketelitian 1 mm atau 0,1 cm.
Posisi mata harus melihat tegak lurus terhadap skala ketika membaca skala mistar. Hal ini untuk menghindari kesalahan pembacaan hasil pengukuran akibat beda sudut kemiringan dalam melihat atau disebut dengan kesalahan paralaks.
b.
Pengukuran
Panjang Dengan Jangka Sorong
Bagaimanakah mengukur kedalaman suatu tutup pulpen? Untuk mengukur
kedalaman tutup pulpen dapat kita gunakan jangka sorong. Jangka sorong
merupakan alat ukur panjang yang mempunyai batas ukur sampai 10 cm dengan
ketelitiannya 0,1 mm atau 0,01 cm. Jangka sorong juga dapat digunakan untuk
mengukur diameter cincin dan diameter bagian dalam sebuah pipa.
Bagian-bagian penting jangka sorong yaitu :
1.
Rahang tetap dengan skala tetap
terkecil 0,1 cm
2. Rahang geser
yang dilengkapi skala nonius. Skala tetap nonius mempunyai selisih 1 mm.
c.
Pengukuran
Panjang Dengan Mikrometer Sekrup
Tahukah kamu alat ukur apa yang dapat digunakan untuk mengukur benda berukuran kurang dari dua centimeter secara lebih teliti? Mikrometer sekrup memiliki ketelitian 0,01 mm atau 0,001 cm. Mikrometer sekrup dapat digunakan untuk mengukur benda yang mempunyai ukuran kecil dan tipis, seperti mengukur ketebalan plat, diameter kawat, dan onderdil kendaraan yang berukuran kecil. Bagian-bagian dari mikrometer adalah rahang putar, skala utama, skala putar, dan silinder bergerigi. Skala terkecil dari skala utama bernilai 0,1 mm, sedangkan skala terkecil untuk skala putar sebesar 0,01 mm. Berikut ini gambar bagian-bagian dari mikrometer.
Pernahkah kamu pergi ke pasar? Ketika di pasar kamu mungkin akan melihat
berbagai macam alat ukur timbangan seperti dacin, timbangan pasar, timbangan
emas, bahkan mungkin timbangan atau neraca digital. Timbangan tersebut
digunakan untuk mengukur massa benda. Prinsip kerjanya adalah keseimbangan
kedua lengan, yaitu keseimbangan antara massa benda yang diukur dengan anak
timbangan yang digunakan. Dalam dunia pendidikan sering digunakan neraca
O’Hauss tiga lengan atau dua lengan.
Perhatikan beberapa alat ukur berat berikut ini.
Bagian-bagian dari neraca O’Hauss tiga lengan adalah
sebagai berikut:
•Lengan depan memiliki skala 0—10 g, dengan tiap skala bernilai 1 g.
•Lengan tengah berskala mulai 0—500 g, tiap skala sebesar 100 g.
• Lengan belakang dengan skala bernilai 10 sampai 100 g, tiap skala 10 g.
•Lengan depan memiliki skala 0—10 g, dengan tiap skala bernilai 1 g.
•Lengan tengah berskala mulai 0—500 g, tiap skala sebesar 100 g.
• Lengan belakang dengan skala bernilai 10 sampai 100 g, tiap skala 10 g.
Ketika bepergian kita tidak lupa membawa jam tangan. Jam tersebut kita gunakan untuk menentukan waktu dan lama perjalanan yang sudah ditempuh. Berbagai jenis alat ukur waktu yang lain, misalnya: jam analog, jam digital, jam dinding, jam atom, jam matahari, dan stopwatch. Dari alat-alat tersebut, stopwatch termasuk alat ukur yang memiliki ketelitian cukup baik, yaitu sampai 0,1 s.
C. Suhu dan Pengukurannya
Kalian tentunya pernah mandi menggunakan air
hangat, bukan? Untuk mendapatkan air hangat tersebut kita mencampur air dingin
dengan air panas. Ketika tangan kita menyentuh air yang dingin, maka kita
mengatakan suhu air tersebut dingin. Ketika tangan kita menyentuh air yang
panas maka kita katakan suhu air tersebut panas. Ukuran derajat panas dan
dingin suatu benda tersebut dinyatakan dengan besaran suhu. Jadi, suhu
adalah suatu besaran untuk menyatakan ukuran derajat panas atau dinginnya suatu
benda.
2.
Termometer sebagai Alat Ukur Suhu
Suhu termasuk besaran pokok. Alat untuk untuk mengukur besarnya suhu
suatu benda adalah termometer. Termometer yang umum digunakan adalah termometer
zat cair dengan pengisi pipa kapilernya adalah raksa atau alkohol. Pertimbangan
dipilihnya raksa sebagai pengisi pipa kapiler termometer adalah sebagai
berikut:
a. Raksa tidak membasahi dinding kaca
b. Raksa merupakan penghantar panas yang baik,
c. Kalor jenis raksa rendah akibatnya dengan perubahan panas yang
kecil cukup dapat mengubah suhunya,
d. Jangkauan ukur raksa lebar karena titik bekunya -39 ºC dan titik
didihnya 357ºC.
Pengukuran suhu yang sangat rendah biasanya menggunakan termometer
alkohol. Alkohol memiliki titik beku yang sangat rendah, yaitu -114ºC. Namun
demikian, termometer alkohol tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu benda
yang tinggi sebab titik didihnya hanya 78ºC. Pada pembuatan termometer terlebih
dahulu ditetapkan titik tetap atas dan titik tetap bawah. Titik tetap
termometer tersebut diukur pada tekanan 1 atmosfer. Di antara kedua titik tetap
tersebut dibuat skala suhu. Penetapan titik tetap bawah adalah suhu ketika es
melebur dan penetapan titik tetap atas adalah suhu saat air mendidih. Berikut
ini adalah penetapan titik tetap pada skala thermometer.
a.
Termometer Celcius
Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 100.
Diantara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 100 skala.
b.
Termometer Reamur
Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 80. Di
antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi menjadi 80 skala.
c.
Termometer Fahrenheid
Titik tetap bawah diberi angka 32 dan titik tetap atas diberi angka 212.
Suhu es yang dicampur dengan garam ditetapkan sebagai 0ºF. Di antara titik
tetap bawah dan titik titap atas dibagi 180 skala.
d.
Termometer Kelvin
Pada termometer Kelvin, titik terbawah diberi angka nol. Titik ini disebut suhu mutlak, yaitu suhu terkecil yang dimiliki benda ketika energi total partikel benda tersebut nol. Kelvin menetapkan suhu es melebur dengan angka 273 dan suhu air mendidih dengan angka 373. Rentang titik tetap bawah dan titik tetap atas termometer Kelvin dibagi 100 skala.
Perbandingan
skala antara temometer Celcius, termometer Reaumur, dan termometer Fahrenheit
adalah
C : R : F =
100 : 80 : 180
C : R : F = 5
:4 :9
Dengan memperhatikan titik tetap bawah 0ºC = 0ºR = 32ºF, maka hubungan skala C, R, dan F dapat ditulis sebagai berikut:
Hubungan skala Celcius dan kelvin adalah t K = tºC + 273 K.
Kita dapat menentukan sendiri skala suatu termometer. Skala termometer yang kita buat dapat dikonversikan ke skala termometer yang lain apabila pada saat menentukan titik tetap kedua termometer berada dalam keadaan yang sama. Misalnya, kita akan menentukan skala termometer X dan Y. Termometer X dengan titik tetap bawah Xb dan titik tetap atas Xa. Termometer Y dengan titik tetap bawah Yb dan titik tetap atas Ya. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas adalah suhu saat es melebur dan suhu saat air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.
Kita dapat menentukan sendiri skala suatu termometer. Skala termometer yang kita buat dapat dikonversikan ke skala termometer yang lain apabila pada saat menentukan titik tetap kedua termometer berada dalam keadaan yang sama. Misalnya, kita akan menentukan skala termometer X dan Y. Termometer X dengan titik tetap bawah Xb dan titik tetap atas Xa. Termometer Y dengan titik tetap bawah Yb dan titik tetap atas Ya. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas adalah suhu saat es melebur dan suhu saat air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.
Dengan membandingkan perubahan suhu dan interval kedua titik tetap masing-masing termometer, diperoleh hubungan sebagai berikut.
Keterangan:
Xa = titik tetap atas thermometer X
Xb = titik tetap bawah thermometer X
Tx = suhu
pada thermometer X
Ya = titik tetap atas thermometer Y
Yb = titik tetap bawah thermometer Y
Ty = suhu pada thermometer Y
Ty = suhu pada thermometer Y