Laporan Fisika Dasar Pengukuran BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Dalam ilm Dalam ilmuu fis fisika ika,, peng pengukur ukuran an dan besa besaran ran mer merupak upakan an hal yan yangg ber bersifa sifatt dasa dasar, r, dan pengukuran merupakan salah satu syarat yang tidak boleh ditinggalkan. Aktivitas mengukur menjad men jadii sesu sesuatu atu yan yangg sang sangat at pent penting ing unt untuk uk sel selalu alu dil dilaku akukan kan dal dalam am mem mempel pelaja ajari ri berb berbagai agai fenomena yang sedang dipelajari. Sebelum Sebe lumnya nya ada bai baikny knyaa jika jika kit kitaa mengi mengingat ngat defi definisi nisi pen penguku gukuran ran ata atauu mengu mengukur kur it ituu sendiri. Mengukur adalah kegiatan membandingkan suatu besaran dengan besaran lain yang telah tel ah dis disepak epakati ati.. Mis Misaln alnya ya men menghit ghitung ung vol volume ume bal balok, ok, mak makaa haru haruss men menguku gukurr unt untuk uk dap dapat at mengetahui panjang, lebar dan tinggi balok, setelah itu baru menghitung volume. Mengukur dapat dikatakan sebagai usaha untuk mendefinisikan karakteristik suatu fenomena atau permasalahan permasalahan secara kualintatik. kualintatik. Dan jika dikaitkan dikaitkan dengan proses peneli penelitian tian atau sekedar pembuktian suatu hipotesis maka pengukuran menjadi jalan untuk mencari data-data yang mendu me ndukun kung. g. De Deng ngan an pe pengu nguku kuran ran in inii kem kemudi udian an ak akan an di dipe perol roleh eh da data ta-da -data ta nu nume meri ricc ya yang ng menunjukan pola-pola tertentu sebagai bentuk karakteristik dari permasalahan tersebut. entingnya besaran dalam pengukuran, maka dilakukan praktikum ini yang dapat membantu untuk memahami materi dasar-dasar dasar-dasar pengukur pengukuran. an. Dalam mengam mengamati ati suatu gejala tidak lengkap apabila tidak dilengkapi dengan data yang didapat dari hasi pengukuran yang kemudian besaran besaran yang didapat dari hasil pengukuran kemudian ditetapkan sebagai satuan. Denga De ngann sa sala lahh sat satuu ar argu gume ment nt di at atas as,, set setel elah ah dapat dapat ki kita ta ketahui ketahui betapa betapa pentin pentingg da dann dibutuhkannya aktivitas pengukuran dalam fisika, untuk memperoleh hasil ! data dari suatu pengukuran yang akurat dan dapat dap at dipercaya. 1.2
Tujuan Tu juan Percobaan
1. Mampu menggunakan alat-alat ukur dasar ". Menentukan ketidakpastian dalam pengukuran serta menuliskan hasil pengukuran secara benar #. Memahami dan menggunakan metode kuadrat terkecil dalam pengolahan data BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1
Pengukuran
$ntukk me $ntu menca ncapa paii sua suatu tu tu tuju juan an te tert rten entu tu,, di da dala lam m fi fisi sika ka,ki ,kita ta bi bias asany anyaa mel melak akuka ukann pengamatan yang diikuti dengan pengukuran. engamatan suatu gejala secara umum tidaklah lengkap bila tidak dilengkapi dengan data kuantitatif yang didapat dari hasil pengukuran. %ord &elvin, seorang ahli fisika berkata, bila kita dapat mengukur apa yang sedang kita bicarakan dan menyatakannya dengan angka-angka, berarti kita menghetahui apa yang sedang kita bicarakan itu. Sedangkan arti dari pengukuran itu sendiri adalah membandingkan sesuatu yang sedang diukur dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan, misalnya bila kita mendapat data pengukuran panjang sebesar ' meter, artinya benda tersebut panjangnya ' kali panjang mistar yang memiliki panjang 1 meter. Dalam hal ini, angka ' menunjukkan nilai dari besaran panjang, sedangkan meter menyatakan besaran dari satuan panjang. Dan pada umumnya, sesuatu yang dapat diukur memiliki satuan.
Sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka kita sebut besaran. anjang, massa dan (aktu termasuk pada besaran karena dapat kita ukur dan dapat kita nyatakan dengan angkaangka. Akan tetapi kebaikan dan kejujuran misalnya. )idak dapat kita ukur dan tidak dapat kita nyatakan dengan angka-angka. )api (alaupun demikian, tidak semua besaran fisika selalu mempunyai satuan. *eberapa besaran fisika ada yang tidak memiliki satuan. Antara lain adalah indek bias, koefisien gesekan, dan massa jenis relative. 2.2
a.
Pengukuran Panjang Bena
Dengan Menggunakan Mistar $ntuk mengukur panjang suatu benda, dalam kehidupan sehari-hari kita lumrah menggunakan mistar atau penggaris. )erdapat beberapa jenis mistar sesuai dengan skalanya. Ada mistar yang skala terkecilnya mm +mistar milimeter dan ada mistar yang skala terkecilnya cm +mistar centimeter. Mistar yang sering kita gunakan biasanya adalah mistar milimeter. Dengan kata lain, mistar itu mempunyai skala terkecil 1 milimeter dan mempunyai ketelitian 1 milimeter atau ,1 cm..&etika mengukur dengan menggunakan mistar, posisi mata hendaknya diperhatikan dan berada di tempat yang tepat, yaitu terletak pada garis yang tegak lurus mistar. aris ini ditarik dari titik yang diukur. /ika sampai mata berada diluar garis tersebut, panjang benda yang terbaca bisa menjadi salah. *isa saja benda akan terbaca lebih besar atau lebih kecil dari nilai yang sebenarnya. Akibat dari hal ini adalah terjadinya kesalahan dalam pengukuran yang biasa disebut kesalahan paralaks b. Dengan Menggunakan /angka Sorong $ntuk melakukan pengukuran yang mempunyai ketelitian ,1 mm diperlukan jangka sorong. /angka sorong mempunyai fungsi-fungsi pengukuran, yaitu0 engukuran panjang bagian luar benda. engukuran panjang rongga bagian dalam benda. engukuran kedalaman lubang dalam benda. /angka sorong sendiri mempunyai bagian-bagian sebagai berikut0 ahang yang tetap +biasa disebut rahang tetap, memiliki skala panjang yang disebut skala utama.ahang yang dapat digeser-geser +disebut rahang geser, yang memiliki skala pendek yang disebut nonius atau vernier. ahang tetap terdapat skala-skala utama dalam satuan cm dan mm. Sedangkan pada rahang geser terdapat skala pendek yang terbagi menjadi 1 bagian yang sama besar. Skala inilah yang disebut sebagai nonius atau vernier. anjang 1 skala nonius itu adalah 2 mm, sehingga panjang 1 skala nonius adalah ,2 mm. /adi selisih antara skala nonius dan skala utama adalah ,1 mm.atau ,1 cm. Sehingga dapat ketelitian jangka sorong adalah ,1 mm. 3ontoh pengukuran dari jangka sorong adalah sebagai berikut. *ila diukur sebuah benda didapat hasil bah(a skala pada jangka sorong terletak antara skala '," cm dan ',# cm. Sedangkan skala nonius yang keempat berimpit dengan salah satu skala utama. Mulai dari skala keempat ini ini kekiri, selisih antara skala utama dan skala nonius bertambah ,1 mm atau ,1 cm setiap mele(ati satu skala. &arena terdapat 4 skala, maka selisih antara skala utama dan skala nonius adalah ,4 mm atau ,4 cm. Dengan demikian, dapat ditarik kesimpulan kalau panjang benda yang diukur tersebut adalah '," cm5,4 cm6',"4 cm. c. Dengan Menggunakan Mikrometer Sekrup $ntuk megukur benda-benda yang sangat kecil sampai ketelitian ,1 mm atau ,1 cm digunakan alat bernama mikrometer sekrup. *agian utama dari mikrometer sekrup adalah sebuah poros berulir yang dipasang pada silinder pemutar yang disebut bidal. ada ujung silinder pemutar ini terdapat garis-garis skala yang membagi ' bagian yang sama. /ika bidal digerakan satu putaran penuh, maka poros akan maju +atau mundur sejauh ,' mm. &arena silinder
pemutar mempunyai ' skala disekelilingnya, maka kalau silinder pemutar bergerak satu skala, poros akan bergeser sebesar ,' mm!' 6 ,1 mm atau ,1 cm. Sangat perlu diketahui, pada saat mengukur panjang benda dengan mikrometer sekrup, bidal diputar sehingga benda dapat diletakan diantara landasan dan poros. &etika poros hampir menyentuh benda, pemutaran dilakukan dengan menggunakan roda bergigi agar poros tidak menekan benda. Dengan memutar roda berigi ini, putaran akan berhenti segera setelah poros menyentuh benda. /ika sampai menyentuh benda yang diukur, pengukuran menjadi tidak teliti. 2.!
S"#te$ Interna#"onal
Satuan untuk suatu besaran sebenarnya bisa dipilih secara sembarang. $ntuk satuan panjang saja kita bebas untuk menggunakan centimeter, meter, kaki, mil dan sebagainya. *ahkan ada orang yang menggunakan satuan hasta sebagai satuan panjang. enggunaan berbagai macam satuan ini ternyata bisa membuat beberapa kesulitan. Misalnya kita akan memerlukan berbagai macam alat ukur yang berbeda untuk satuan yang berbeda pula. &esulitan selanjutnya dalah saat kita akan melakukan komunikasi ilmiah. &ita mungkin akan kesulitan untuk melakukan konversi dari sebuah satuan menjadi satuan yang lain. Dikarenakan hal itulah, maka para ilmu(an dunia sepakat membuat sebuah satuian internasional untuk menghilangkan kesulitan-kesulitan itu, dan lahirlah system S7. Dalam satuan S7, panjang memiliki satuan meter, satuan massa adlah kilogram, dan satuan (aktu adalah sekon yang dikenal juga dengan sbutan sistem M&S. Selain itu dikenal pula istilah 3S, dengan centimeter sebagai satuan panjang, gram sebagai satuan massa, dan sekon sebagai satuan (aktu. Setelah ditetapkan secara internasional, sekarang stiap satuan memiliki standar masing-masing dalam pengukurannya, yaitu0 Satuan standar (aktu Satu sekon adalah (aktu yang dibutuhkan oleh atom cesium 1## untuk melakukan 2.12".8#1.99 periode radiasi ketika mele(ati tingkat energi yang paling rendah. Satuan standar panjang Satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa udara selama selang (aktu 1!"22.92".4': s. Satuan standar massa Satu kilogram adalah massa silinder campuran platinum-iridium. Satuan standar kuat listrik Satu Ampere adalah kuat arus tetap yang jika dipertahankan mengalir dalam masing-masing dari dua penghantar lurus sejajar dengan panjang tak hingga dan penampang lintang lingkaran yang dapat diabaikan, dengan jarak pemisah 1 meter, dalam ruang hampa akan menghasilkan gaya interaksi antara kedua penghantar sebesar ";1 ne(ton setiap meter penghantar. Satuan suhu Satu &elvin adalah 1!"9#,18 kali suhu termodinamika titik tripel air. Satuan intensitas cahaya Satu kandela adalah intensitas cahaya suatu sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik pada frekuensi '4;1 hert< dengan intensitas sebesar 1!8:# (att per steradian dalam arah tersebut. Satuan jumlah
Satuan Standar =aktu Satuan standar (aktu adalah 1 sekon. 1 sekon adalah (aktu yang dibutuhkan oleh atom cesium 1## untuk melakukan 2.12".8#1.99 periode radiasi ketika mele(ati tingkat energy yang paling rendah. Satuan Standar anjang Satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa udara selama selang (aktu . Satuan Standar Massa Satu kilogram adalah standar massa silinder campuran platinum-iridium. Satuan Standar &uat %istrik Satu ampere adalah kuat arus tetap yang jika dipertahankan mengalir dalam masing-masing dari penghantar lurus sejajar dengan panjang tak hingga dan penampang lintang lingkaran yang dapat diabaikan, dengan jarak pemisah 1 meter, dalam ruang hampa akan mengalami gaya interaksi antara kedua penghantar sebesar ";1 ne(ton setiap meter penghantar. Satuan Suhu Satu &elvin adalah , 1 kali suatu termodinamika titik tripel air. Satuan 7ntensitas 3ahaya Satu candela adalah intensitas cahaya suatu sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik pada frekuensi '4;1 hert< dengan intensitas sebesar (att!sterodion dalam arah tersebut. Satuan /umlah >at Satu mol adalah jumlah
2.%
Ket"ak&a#t"an Pengukuran
?isika merupakan ilmu pengetahuan yang berkaitan dengan berbagai fenomena yang terjadi di alam. 7lmu ini didasarkan pada pengamatan dan percobaan. engamatan merupakan pengkajian suatu gejala yang terjadi di alam. @anya saja, sayangnya suatu gejala alam yang muncul secara alamiah belum tentu terjadi dalam (aktu tertentu, sehingga menyulitkan pengamatan. $ntuk mensiasati ini, maka dilakukan percobaan yang menyerupai gejala alamiah itu di ba(ah kendali dan penga(asan khusus. )anpa percobaan ini, ilmu fisika tak mungkin berkembang seperti saat sekarang ini. Dan selanjutnya, dalam suatu percobaan kita hrus berusaha menelaah dan mempelajarinya. 3aranya, kita harus mempunyai data kuantitatif atas percobaan yang kita lakukan. Sanada dengan pendapat %ord &elvin yang mengungkapkan kalau kita belum belajar sesuatu bila kita tak bisa mendapatkan sebuah data kuantitatif. $ntuk itulah dalam fisika dibutuhkan sebuah pengukuran yang akurat. Akan tetapi, ternyata tak ada pengukuran yang mutlak tepat. Setiap pengukuran pasti memunculkan sebuah ketidakpastian pengukuran, yaitu perbedaan antara dua hasil pengukuran. &etidakpastian juga disebut kesalahan, sebab menunjukkan perbedaan antara nilai yang diukur dan nilai sebenarnya. @al ini bisa disebabkan oleh beberapa faktor. ?aktor itu dibagi dalam " garis besar, yaitu0 ketidakpastian bersistem dan ketidakpastian acak. a. &etidakpastian *ersistem &esalahan kalibrasi - &esalahan dalam memberi skala pada (aktu alat ukur sedang dibuat sehingga tiap kali alat itu digunakan, ketidakpastian selalu muncul dalam tiap pengukuran.
- &esalahan titik nol skala alat ukur tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk alat ukur. - &esalahan &omponen Alat Sering terjadi pada pegas. *iasanya terjadi bila pegas sudah sering dipakai esekan - &esalahan yang timbul akibat gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak. - &esalahan posisi dalam membaca skala alat ukur. b. &etidakpastian Acak - erak *ro(n molekul udara menyebabkan jarum penunjuk skala alat ukur terpengaruh. - ?rekuensi )egangan listrik, perubahan pada tegangan %, baterai, atau aki %andasan yang *ergetar - Adanya ilai Skala )erkecil dari Alat $kur. - &eterbatasan dari engamat Sendiri. c. Angka enting Angka penting adalah angka yang diperhitungkan di dalam pengukuran dan pengamatan. Aturan angka penting0 Semua angka bukan nol adalah angka penting. Angka nol yang terletak diantara angka bukan nol termasuk angka penting. $ntuk bilangan desimal yang lebih kecil dari satu, angka nol yang terletak disebelah kiri maupun di sebelah kanan tanda koma, tidak termasuk angka penting. Deretan angka nol yang terletak di sebelah kanan angka bukan nol adalah angka penting, kecuali ada penjelasan lain. 2.'
Akura#" an Pre#"#"
engukuran yang akurat merupakan bagian penting dari fisika, (alaupun demikian tidak ada pengukuran yang benar-benar tepat. Ada ketidakpastian yang berhubungan dengan setiap pengukuran. &etidakpastian muncul dari sumber yang berbeda. Di antara yang paling penting, selain kesalahan, adalah keterbatasan ketepatan setiap alat pengukur dan ketidakmampuan membaca sebuah alat ukur di luar batas bagian terkecil yang ditunjukkan. Misalnya anda memakai sebuah penggaris centimeter untuk mengukur lebar sebuah papan, hasilnya dapat dipastikan akurat sampai ,1 cm, yaitu bagian terkecil pada penggaris tersebut. Alasannya, adalah sulit untuk memastikan suatu nilai di antara garis pembagi terkecil tersebut, dan penggaris itu sendiri mungkin tidak dibuat atau dikalibrasi sampai ketepatan yang lebih. Akurasi pengukuran atau pembacaan adalah istilah yang sangat relatif. sebaik dari ini. 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 plusminus 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 7ndividual elemen pengindra primer, elemen skunder dan alat manipulasi yang lain. &etika menyatakan hasil pengukuran, penting juga untuk menyatakan ketepatan atau perkiraan ketidakpastian pada pengukuran tersebut. Sebagai contoh, hasil pengukuran lebar papan tulis 0 '," plus minus ,1 cm. @asil lus minus ,1 cm +kurang lebih ,1 cm menyatakan perkiraan ketidakpastian pada pengukuran tersebut sehingga lebar sebenarnya paling mungkin berada diantara ',1 dan ',#. ersentase ketidakpastian merupakan perbandingan antara ketidakpastia dan
nilai yang diukur, dikalikan dengan 1 B. Misalnya jika hasil pengukuran adalah '," cm dan ketidakpastiannya ,1 cm maka presentase ketidakpastiannya adalah 0 +,1!'," ; 1B 6 "B Seringkali, ketidakpastian pada suatu nilai terukur tidak dinyatakan secara eksplisit. ada kasus seperti ini, ketidakpastian biasanya dianggap sebesar satu atau dua satuan +atau bahkan tiga dari angka terakhir yang diberikan. Sebagai contoh, jika panjang sebuah benda dinyatakan sebagai '," cm, ketidakpastian dianggap sebesar ,1 cm +atau mungkin ," cm. Dalam hal ini, penting untuk tidak menulis '," cm, karena hal itu menyatakan ketidakpastian sebesar ,1 cmC dianggap bah(a panjang benda tersebut mungkin antara ',12 dan ',"1 cm, sementara sebenarnya anda menyangka nilainya antara ',1 dan ',#. Setiap unit mempunyai kontribusi terisah dengan batas tertentu. /ika a1, 6 a" dan a# adalah batas akurasi individual, maka akurasi total dari sistem dapat diekspresikan dalam bentuk ba(ah akurasi seperti berikut 0 A 6 + a15 a" 5 a# +".1 Dalam hal tertentu nilai batas ba(ah 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 0 A 6 E + a1F 5 a"F 5 a#F +"." resisi adalah istilah untuk menggambarkan tingkat kebebasan alat ukur dari kesalahan acak. /ika pengukuran individual Dilakukan berulang-ulang, maka sebran hasil pembacaan akan berubah-ubah disekitar nilai rata-ratanya. *ila Gn adalah nilai pengukuran ke n dan adalah nilai rata-ratanya n pengukuran maka secara metematis, presisi dapat dinyatakan resisi 6 +".# resisi 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. epeability digunakan untuk menggambarkan kedekatan (closeness)keluaran pembacaan bila dimasukkan yang sama digunakan secara berulang-ulang pada periode (aktu yang singkat pada kondisi dan lokasi pengukuran yang sama, dan dengan alat ukur yang sama. eproducibility digunakan untuk menggambar kedekatan + closeness keluaran pembacaan bila masukan yang sama digunakan secara berulang-ulang. Macam H macam alat ukur a /angka sorong Ketelitian Jangka Sorong: Paling tidak ada 2 jenis jangka sorong, yakni jangka sorong yang memiliki ketelitian 0,05 mm dan yang memiliki ketelitian 0,1 mm.
b Mikrometer sekrup Ketelitian mikrometer sekrup:
Micrometer sekrup anya ada satu macam, yakni yang !erketelitian 0.01 mm.
c
Spherometer Spherometer merupakan alat untuk mengukur jejari kelengkungan suatu permukaan. *iasanya digunakan untuk mengukur kelengkungan lensa. Spherometer memiliki 4 kaki, dengan
# kaki yang permanen dan satu kaki tengah yang dapat diubah-ubah ketinggiannya. &etelitian spherometer bisa mencapai ,1 mm. d eraca )orsi eraca torsi digunakan untuk mengukur massa suatu
BAB III (ET)D)L)*I PE+,)BAAN !.1
-aktu an Te$&at
raktikum ?isika Dasar mengenai engukuran Dasar dilaksanakan pada hari &amistanggal 12 April "1". raktikum dilaksanakan pada pukul 1#.-1'. =7)A bertempat di %aboratorium ?isika Dasar ?akultas Matematika dan 7lmu engetahuan Alam, $niversitas Mula(arman. !.2
Alat an Baan
1. /angka sorong ". eraca ohauss #. Micrometer sekrup 4. *ola-bola besi '. Silinder besi !.!
Pro#eur Percobaan
1. ". #. 4.
Disiapkan rangkaian alat-alat pengukuran dasar Diukur bola-bola besi untuk mencari diameter bola besi Diulang sebanyak # kali bola besar, " kali bola kecil Diukur panjang, tinggi, dan lebar balok besi dengan menggunakan jangka sorong, diulang percobaan sebanyak ' kali untuk setiap pengukuran panjang, tinggi dan lebar. '. Ditimbang bola-bola besi untuk mencari massa menggunakan neraca ohauss, diulang percobaan sebanyak # kali bola besar dan " kali bola kecil 8. Ditimbang balok besi untuk mencari massa menggunakan neraca ohauss, diulang sebanyak ' kali percobaan.
