FMIPA FISIKA UNIVERSITAS TANJUNGPURAPage 1
PENGUKURAN DASAR MEKANIKA
Nama : Handoyo Margi Waluyo
NIM : H12112022
Latar Belakang dan Tujuan
Fisika adalah ilmu pengetahuan yang berbasis pada pengamatan terhadap gejala alam. Inti dari pengamatan adalah pengukuran. Dengan demikian, fisika adalah ilmu pengetahuan yang berdasarkan pada pengukuran. Kebenaran tertinggi dalam fisika adalah hasil pengamatan (eksperimen). Hal ini berarti jika ada teori yang ramalannya tidak sesuai dengan hasil pengamatan, maka teori tersebut ditolak bagaimanapun bagusnya teori tersebut. Hal ini menunjukkan betapa pengamatan dalam fisika itu sangat penting. Itulah sebabnya pengetahuan tentang cara pengukuran merupakan kebutuhan yang penting.
Kita harus mempelajari cara pengukuran besaran fisika dan bagaimana menggunakan alat ukur dengan benar. Kesalahan dalam pengukuran alat ukur mengakibatkan data yang diperoleh tidak dapat dipertanggunngjawabkan karena mengandung kesalahan. Hal lebih fatal lagi adalah kesalahan penggunaan alat ukur dapat merusak alat ukur itu sendiri, bahkan dapat mencelakakan penggunanya.
Landasan Teori
Dalam penyelidikan untuk memahami dunia di sekitar kita, para ilmuwan mencari hubungan antara berbagai besaran fisika yang mereka teliti dan ukur.Pengukuran yang akurat merupakan bagian penting dalam fisika. Tetapi tidak ada pengukuran yang benar – benar tepat. Ada ketidakpastian yang berhubungan dengan setiap pengukuran. Ketidakpastian muncul dari sumber yang berbeda. Di antara yang paling penting, selain kesalahan, adalah keterbatasan ketepatan setiap alat ukur dan ketidakmampuan membaca sebuah instrumen di luar batas bagian terkecilyang ditunjukan. Misalnya, jika anda memakai sebuah penggaris centimeter untuk mengukur lebar sebuah papan , hasilnya dapat dipastikan akurat sampai 0,1 cm, yaitu bagian terkecil dari penggaris tersebut. Alasannya adalah sulit bagi peneliti untuk memastikan suatu nilai di antara garis pembagi terkecil tersebut, dan penggaris itu sendiri mungkin tidak di buat atau dikalibrasi sampai ketepatan yang lebih baik dari ini.
Ketika menyatakan hasil pengukuran, penting juga untuk menyatakan ketepatan, atau perkiraan tidakpastian, pada pengukuran tersebut. Sebagai contoh, lebar papan tersebut dapat dituliskan sebagai 5,2 ± 0,1 cm. Hasil ± 0,1 (" kurang lebih 0,1 cm" ) menyatkan perkiraan ketidakpastian pada pengukuran itu, sehingga lebar sebenarnya paling mungkin berada diantara 5,1 dan 5,3 cm. Persen ketidakpastian merupakan rasio antara ketidakpastian dan nilai yang terukur, dikalikan dengan 100. Misalnya, jika pengukuran adalah 5,2 dan ketidakpastian antara sekitar 0,1 cm, persen ketidakpastian adalah 0,15,2×100=2%.
Seringkali, ketidakpastian pada suatu nilai struktur tidak dinyatakan secara explisit. Pada kasus seperti ini, ketidakpastian biasanya dianggap sebagai satu atau dua satuan ( atau bahkan tiga ) dari digit terakhir yang diberikan. Sebagai contoh, jika panjang sebuah benda dinyatakan sebagai 5,2 cm, ketidakpastian dianggap 0,1 cm ( atau mungkin 0,2 cm ). Dalam hal ini, adalah penting bagi anda untuk tidak menulis 5,20 cm, karena hal ini menyatakan ketidakpastian sebesar 0,01 cm; dianggap bahwa panjang benda tersebut mungkin antara 5,19 dan 5,21 cm, sementara sebenarnya anda menyangka nilainya antara 5,1 dan 5,3 cm.
Jumlah digit yang diketahui dapat diandalkan disebut jumlah angka signifikan, dengan demikian ada empat angka sinifikan pada angka 32,21 dan dua pada 0,062 cm ( nol pada angka pertama dan kedua hanya merupakan " pemegang empat " yang menunjukan di mana koma diletakan ). Jumlah angka signifikan mungkin tidak terlalu jelas.
(Giancolli, 2001, hal 7-8)
Pengukur sering mengindikasikan akurasi dari nilai terukur – yaitu, seberapa dekat nilai terukur itu terhadap nilai sebenarnya – dengan menuliskan bilangan diikuti symbol ±, dan bilangan kedua yang ketidakpastian pengukuran. Jika diameter sebuah batang baja dituliskan sebagai 56,47 ± 0,02 mm, ini artinya nilai sebenarnya tidak mungkin kurang dari 56,45 mm atau lebih dari 56,49 mm. dalam notasi pendek yang umumnya digunakan, bilangan 1,6454(21) memiliki arti 1,6454 ± 0,0021. Bilangan di dalam tanda kurung menunjukan ketidakpastian pada angka digit – digit bilangan utama.
(Young dan Freedman,1999)
Jangka Sorong
Jangka sorong adalah alat yang digunakan untuk mengukur suatu panjang benda yang mempunyai batas ketelitian 0,1 mm. Setiap jangka sorong memiliki skala utama (SU) dan skala bantu atau sekala nonius (SN). Jangka sorong terdiri dari dua pasang rahang pasangan. Rahang yang pertama digunakan untuk mengukur diameter dalam, sedangkan rahang yang kedua digunakan untuk mengukur diameter luar.
(Giancoli, 2001 : 19-20)
Mikrometer Sekrup
Mikro meter sekrup adalah alat ukur yang dapat melihat dan mengukur benda dengan satuan ukur yang memiliki 0,01 mm. Biasa digunakan untuk mengukur ketebalan suatu benda. Mikrometer sekrup memiliki dua bagian skala mendatar (SM) sebagai skala utama dan skala putar (SP) sebagai skala nonius.
(Giancoli, 2001 : 16-17)
Termometer
Termometer adalah alat yang digunakan untuk temperature suatu zat. Ada dua jenis termometer yang umum digunakan dalam laboratorium, yaitu termometer air raksa dan termometer alcohol. Keduanya adalah termometer jenis batang gelas dengan batas ukur minimum -10C dan batas ukur maksimum +110C. Nilai skala terkecil untuk dua jenis termometer tersebut dapat ditentukan seperti halnya menentukan nilai skala terkecil sebuah mistar biasa, yaitu dengan mengambil batas ukur tertentu dan membaginya dengan jumlah skala dari nol sampai pada ukuran yang diambill tersebut.
(Giancoli, 2001 : 12-13)
Neraca Analitik
Neraca analitik adalah alat yang digunakan untuk mengukur massa suatu benda.
(Giancoli, 2001 : 21-22)
Dengan menggunakan tiga lengan, masing – masing lengan neraca mempunyai skala . Lengan pertama mempunyai skala ratusan,lengan kedua mempunyai skala puluhan dan lengan ketiga mempunyai skala satuan. Untuk mengetahui massa benda yang diukur, kita hanya menggeser lengan skala tersebut.
Viskositas
Hidrometer adalah alat untuk mengukur berat jenis zat cair. Hydrometer sering juga disebut aerometer. Alat ini terdiri dari sebuah tabung berskala yang bagian bawahnya diberi beban raksa, supaya dapat mengapung tegak lurus dalam zat cair yang akan diukur berat jenisnya. Pengukuran berat jenis zat cair dengan hydrometer masih harus dibantu dengan perhitungan. Misalnya kita akan mengukur berat jenis alcohol. Hydrometer atau aerometer yang mempunyai skala yang dapat langsung menunjukkan berat jenis zat cair disebut densimeter (tidak perlu dengan perhitungan). Adapula hydrometer yang tidak dipakai untuk menentukan berat jenis zat cair, tetapi untuk menentukan kadar larutan asam, susu, gula pasir, dan alcohol. Hydrometer yang khusus digunakan untuk mengukur kadar larutan gula pasir disebut sakarimeter.
(Giancoli, 2001 : 14-15)
Metodologi
Pengamatan dilakukan pada hari rabu, 10 oktober 2012 di lab. Fisika dasar FMIPA UNTAN. Pengamatan yang di lakukan antara lain:
Pengukuran Panjang dengan Jangka Sorong
Alat dan Bahan:
Satu buah Jangka Sorong, satu buah Kubus, satu buah Cincin Silindris, dan Alat Tulis.
Kegiatan Pengukuran:
Pertama, Jangka Sorong diambil kemudian ditentukan nilai skala utamanya dan dihitung jumlah skala noniusnya, dan tidak lupa jangka sorong untuk selalu dikalibrasikan setiap akan digunakan. Ditentukan dahulu NST jangka sorong yang akan digunakan. kubus yang telah disiapkan diukur dimensinya sebanyak tiga kali dan hasilnya dicatat dalam tabel. Selanjutnya untuk pengamatan kedua dengan jangka sorong, diameter dalam dan diameter luar dari cincin silindris di ukur masing-masing sebanyak tiga kali serta hasilnya dicatat dalam tabel.
Pengukuran Panjang dengan Mikrometer
Alat dan Bahan:
Satu buah mikrometer, satu buah koin, dan alat tulis.
Kegiatan Pengukkuran:
Pertama, mikrometer diambil, kemudian ditentukan nilai skala utamanya dan dihitung jumlah skala noniusnya, dan tidak lupa mikrometer sekrup untuk selalu dikalibrasikan setiap akan digunakan. ditentukan dahulu NST mikrometer sekrup yang akan digunakan. selanjutnya koin yang telah disiapkan diukur ketebalannya sebanyak tiga kali dan hasilnya dicatat dalam tabel.
Pengukuran Temperatur dengan Termometer
Alat dan Bahan:
Satu buah gelas ukur, satu buah termometer, satu buah pembakar spirtus, satu buah batang statif dan kakinya, air 100ml
Kegiatan Pengukuran:
Pertama batang statif dan kakinya disatukan. Kemudian gelas ukur diisi dengan air 100ml dan gelas ukur disatukan dengan batang statif. Pembakar spirtus dihidupkan dan diletakkan di bawah gelas ukur. Termometer di masukkan di dalam Air dengan syarat tidak menyentuh gelasnya. Didihkan air hingga mencapai suhu 70 dan pembakar spirtus dimatikan. Setiap perbedaan atau penurunan suhu selama satu menit dan berturut-turut, hasilnya dicatat dalam tabel.
Neraca Analitik
Alat dan Bahan:
Satu buah kubus, satu buah neraca analitik, dan alat tulis.
Kegiatan Pengukuran:
Pertama neraca analitik disiapkan dan dikalibrasikan terlebih dahulu. Setelah itu, kubus diletakkan di atas neraca analitik. Massa yang ada pada kubus, dihitung sebanyak tiga kali dan dicatat dalam tabel.
Menentukan Massa Jenis Zat Cair
Alat dan Bahan:
Satu buah hidrometer, tiga buah gelas ukur dan masing-masing diisi dengan air, minyak, dan oli.
Kegiatan Pengukuran:
Pertama gelas ukur diisi dengan air=500ml, minyak=950ml, dan oli=750ml. Hidrometer dimasukkan dalam gelas ukur yang berisi air, minyak dan oli secara bergantian dan berurutan. Setelah itu, massa jenis ketiga zat cair tersebut dihitung masing masing sebanyak tiga kali. Hasilnya dicatat dalam tabel.
Hasil dan Pembahasan
Pengukuran Panjang dengan Jangka Sorong
Tabel
Benda
Panjang (cm)
Lebar (cm)
Tebal (cm)
Kubus
1. 2 cm
1. 2 cm
1. 2 cm
2. 2 cm
2. 2 cm
2. 2 cm
3. 2 cm
3. 2 cm
3. 2 cm
p= 2 cm
l= 2 cm
t= 2 cm
Cincin Silindris
Diameter Dalam (cm)
Diameter Luar (cm)
1. 2,71 cm
1. 3,225 cm
2. 2,71 cm
2. 3,225 cm
3. 2,71 cm
3. 3,225 cm
Dd=2,71 cm
Dl=3,225 cm
Analisa
Nilai Skala Utama : 1 mm = 0,1 cm
Jumlah Skala Nonius : 20 Skala
NST Jangka Sorong : 0,01 mm = 0,001 cm
Penghitungan Ketidakpastian:
Kubus :
p=2+2+23=2 cm
l=2+2+23=2 cm
t=2+2+23=2 cm
δ1=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ1=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ1=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ2=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ2=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ2=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ3=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ3=2 cm – 2 cm = 0 cm
δ3=2 cm – 2 cm = 0 cm
p=δmax=0 cm
l=δmax=0 cm
t=δmax= 0 cm
Panjang Kubus (p);
Lebar Kubus (l);
Tebal Kubus (t);
p=p± p
l=l± l
t=t± t
p=2 cm±0 cm
l=2 cm±0 cm
t=2 cm±0 cm
Cincin Silindris
Dd=2,71+2,71+2,713=2,71 cm
Dl=3,225+3,225+3,2253=3,225 cm
δ1=2,71 cm-2,71 cm=0 cm
δ1=3,225 cm-3,225 cm=0 cm
δ2=2,71 cm-2,71 cm=0 cm
δ2=3,225 cm-3,225 cm=0 cm
δ3=2,71 cm-2,71 cm=0 cm
δ3=3,225 cm-3,225 cm=0 cm
Dd=δmax=0 cm
Dl=δmax=0 cm
Diameter Dalam (Dd)
DiameterLuar (Dl)
Dd=Dd± Dd
Dl=Dl± Dl
Dd=2,71 cm±0 cm
Dl=3,225±0 cm
Pengukuran Panjang dengan Mikrometer
Tabel
Benda
Penunjukan SU
Penunjukan SN
Tebal Benda (mm)
Koin
1. 1,5 mm
1. 40 x 0,01 = 0,4 mm
1. 1,9 mm
2. 1,5 mm
2. 40 x 0,01 = 0,4 mm
2. 1,9 mm
3. 1,5 mm
3. 40 x 0,01 = 0,4 mm
3. 1,9 mm
Analisa
Nilai Skala Utama : 0,5 mm
Jumlah Skala Nonius : 50 Skala
NST Mikrometer : 0,01 mm
Penghitungan Ketidakpastian:
t=1,9+1,9+1,93=1,9 mm
δ1=1,9 mm-1,9 mm=0 mm
δ2=1,9 mm-1,9 mm=0 mm
δ3=1,9 mm-1,9 mm=0 mm
t=δmax= 0 mm
Tebal Lempeng Logam/Koin
t="t± t"
t="1,9 mm±0 mm"
Pengukuran Temperatur dengan Termometer
Tabel
No
Menit ke-
Temperatur
Perubahan Temperatur
1
1
69
69 -29 =40
2
2
67
67 -29 =38
3
3
65
65 -29 =36
4
4
64
64 -29 =35
5
5
63
63 -29 =34
6
6
62
62 -29 =33
Analisa
NST Thermometer : 1
Temperatur mula-mula : 29
Hubungan antara lamanya pemanasan dengan perubahan temperature zat cair:
Suhu berpindah dari suhu yang lebih tinggi ke suhu yang lebih rendah, sehingga lamanya suatu zat yang dipanaskan akan mempengaruhi perubahan suhu. Dan juga, secara induktif makin besar kenaikan suhu makin besar pula kalor yang akan diserap oleh suatu benda.
Neraca Analitik
Tabel
Benda
Panjang (cm)
Lebar (cm)
Tebal (cm)
Massa (Kg)
Kubus
1. 1,9 cm
1. 1,9 cm
1. 1,9 cm
1. 6,16 x 10-2 Kg
2. 1,9 cm
2. 1,9 cm
2. 1,9 cm
2. 6,16 x 10-2 Kg
3. 1,9 cm
3. 1,9 cm
3. 1,9 cm
3. 6,15 x 10-2 Kg
p= 1,9 cm
l=1,9 cm
t=1,9 cm
m= 6,15 x 10-2 Kg
Analisa
Massa Jenis Benda:
dik:massa=61,6 gr=0,0616 Kg=6,16 x 10-2Kg
volume=p.l.t
volume=1,9 x 1,9 x 1,9=6,859 cm3
volume=6,859 x 10-6m3
massa jenis=massavolume
massa jenis=6,15 x 10-2 Kg6,859 x 10-6 m3=8,96 x 104Kg/m3
Penghitungan Ketidakpastian:
p=1,9+1,9+1,93=1,9 cm
l=1,9+1,9+1,93=1,9 cm
t=1,9+1,9+1,93=1,9 cm
δ1=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ1=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ1=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ2=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ2=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ2=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ3=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ3=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
δ3=1,9 cm – 1,9 cm = 0 cm
p=δmax=0 cm
l=δmax=0 cm
t=δmax= 0 cm
Panjang Kubus (p);
Lebar Kubus (l);
Tebal Kubus (t);
p=p± p
l=l± l
t=t± t
p=1,9 cm±0 cm
l=1,9 cm±0 cm
t=1,9 cm±0 cm
m=6,16 x 10-2+6,16 x 10-2+6,15 x 10-23=6,15 x 10-2 Kg
δ1=6,16 x 10-2Kg-6,15 x 10-2Kg=0,01 x 10-2Kg=1 x 10-4Kg
δ2=6,16 x 10-2Kg-6,15 x 10-2Kg=0,01 x 10-2Kg=1 x 10-4Kg
δ3=6,15 x 10-2Kg-6,15 x 10-2Kg=0 Kg
m=δmax= 1 x 10-4Kg
Massa Kubus:
m="m± m"
m="6,15 x 10-2Kg±1 x 10-4Kg"
Menentukan Massa Jenis Zat Cair
Tabel
Viskositas
Air
Minyak
Oli
1. 1,000 gr/cm3
1. 0,905 gr/cm3
1. 0,880 gr/cm3
2. 0,990 gr/cm3
2. 0.900 gr/cm3
2. 0,880 gr/cm3
3. 0,990 gr/cm3
3. 0,905 gr/cm3
3. 0,880 gr/cm3
Air= 0,993 gr/cm3
Minyak= 0,903 gr/cm3
Oli= 0,880 gr/cm3
Analisa
Ketidakpastian Air:
air=0,993 gr/cm3
δ1=1,000-0,993=0,007 gr/cm3
δ2=0,990-0,993=-0,003 gr/cm3
δ3=0,099-0,993=-0,003 gr/cm3
air=δmax=0,007
Massa Jenis Air adalah:
air=air± air
air=0,993±0,007
Ketidakpastian Minyak
minyak=0,903 gr/cm3
δ1=0,905-0,903=0,002 gr/cm3
δ2=0,900-0,903=-0,003 gr/cm3
δ3=0,905-0,903=0,002 gr/cm3
minyak=δmax=0,002
Massa Jenis Minyak adalah:
minyak=minyak± minyak
minyak=0,903±0,002
Ketidakpastian Oli:
oli=0,880 gr/cm3
δ1=0,880-0,880=0 gr/cm3
δ2=0,880-0,880=0 gr/cm3
δ3=0,880-0,880=0 gr/cm3
oli=δmax=0
Massa Jenis Oli adalah:
oli=oli± oli
oli=0,880±0
Kesimpulan
Dari pengamatan diatas, dapat disimpulkan bahwa alat ukur panjang yang paling teliti adalah mikrometer sekrup yang memiliki ketelitian 0,01mm. Setiap alat ukur panjang memiliki ketelitian yang berbeda. Sebaiknya, jika ingin mengukur benda yang tipis, lebih baik menggunakan mikrometer sekrup. Jangka sorong memiliki ketelitian 0,1 mm, dan mikrometer sekrup memiliki ketelitian 0,01 mm. Untuk mengukur massa suatu benda, gunakan neraca analitik. Untuk mengukur massa jenis zat cair, gunakan hidrometer. Dan untuk mengukur suhu, gunakan termometer. Dari suatu pengukuran yang berulang, kemungkinan didapat hasil yang berbeda yang disebut sebagai ketidakpastian.
Pustaka
Giancolli, Douglas. 2001. Fisika jilid 1. Jakarta : Erlangga
Young, Freedman.1999. Fisika Universitas Edisi ke-10 jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga
Tippler, P.A.1998. Fisika Untuk Sains dan Teknik jilid 1. Jakarta : Penerbit Erlangga
