Tabel 1.1. Jenis-jenis Besaran Pokok

(1)

1. BESARAN DAN SATUAN

1.1.Pendahuluan

Ilmu Fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam secara keseluruhan. Fisika dikaji lebih dalam dengan cara mempelajari bagaimana mengukur besaran-besaran yang ada dalam alam tersebut. Contohnya : panjang, massa, waktu, suhu, tekanan, dan sebagainya. Pengukuran besaran tersebut harus mengacu terhadap suatu standar tertentu. Pengukuran tersebut harus diikuti oleh satuan, yang merupakan nama unik yang ditetapkan terhadap besaran yang diukur. Contoh : panjang (m), waktu (sec), dan sebagainya.

Besaran dibagi menjadi 2 bagian :

a. Besaran pokok : besaran fisis yang berdiri sendiri.

Tabel 1.1. memperlihatkan jenis-jenis besaran pokok beserta satuannya

Tabel 1.1. Jenis-jenis Besaran Pokok

b. Besaran turunan : gabungan dari beberapa besaran pokok Contohnya :

 Kelajuan merupakan perbandingan jarak tempuh (m) terhadap satuan waktu (detik).

 1 Newton = 1 kg m/s² 1.2.Satuan Sistem Internasional

Tujuan ditetapkan Satuan Sistem Internasional untuk mendapatkan standar baku pengukuran fisik yang diakui melalui suatu persetujuan internasional.

a. Satuan Standar Panjang

Dalam General Conference on Weghts and Measures ke-17 didefiniskan :

“Meter adalah panjang lintasan yang ditempuh oleh cahaya di dalam ruang vakum selama 1/2999 792 458 detik”

b. Satuan Standar Waktu

Melalui General Conference on Weghts and Measures ke-13 (1967) ditetapkan

“Satu detik adalah waktu yang ditempuh oleh 9.192.631.770 osilasi cahaya (dengan panjang gelombang tertentu) yang dipancarkan oleh atom Cesium-133”

c. Satuan Standar Massa

Besaran Pokok Satuan Simbol Satuan

Panjang meter m

Massa kilogram kg

Waktu sekon s

Kuat arus listrik ampere A

Suhu kelvin K

Jumlah zat mol mol

Intensitas Cahaya candela cd

(2)

 Standar SI untuk massa merupakan sebuah silinder dari platinum-iridium yang tersimpan di International Bureau of Weights and Measures, Paris.

Silinder platina iridium memiliki diameter 3,9 cm dan tinggi 3,9 cm.

 Untuk pengukuran dalam skala atom, digunakan satuan massa atom (u), yang biasanya didefinisikan sebagai massa atom karbon-12.

1.3.Sistem Pengukuran

Saat melakukan pengukuran suatu besaran fisis, dibutuhkan alat ukur untuk membantu mendapatkan data hasil pengukuran. Untuk mengukur panjang suatu benda, misalnya, dapat menggunakan mistar (penggaris), jangka sorong, atau mikrometer sekrup.

a. Mistar ukur

Pada umumnya, mistar sebagai alat ukur panjang memiliki dua skala ukuran, yaitu skala utama dan skala terkecil. Satuan untuk skala utama adalah sentimeter (cm) dan satuan untuk skala terkecil adalah milimeter (mm). Skala terkecil pada mistar memiliki nilai 1 milimeter, seperti yang terlihat pada gambar 1.1.

Sumber : masizun.blogspot.com Gambar 1.1. Skala Mistar Ukur

Jarak antara skala utama adalah 1 cm. Di antara skala utama terdapat 10 bagian skala terkecil sehingga satu skala terkecil memiliki nilai = 0,1 cm atau 1 mm. Mistar memiliki ketelitian atau ketidakpastian pengukuran sebesar 0,5 mm atau 0,05 cm, yakni setengah dari nilai skala terkecil yang dimiliki oleh mistar tersebut.

Contoh :

Gambar 1.2. memperlihatkan pengukuran dengan menggunakan mistar.

Sumber : fisika-online.blogspot.com Gambar 1.2. Pengukuran menggunakan Mistar

Hasil pengukuran memperlihatkan panjang benda adalah 6,3 cm. Oleh karena ketidakpastian memiliki nilai dua angka di belakang koma, yakni 0,05 cm maka hasil pengukuran ditulis pula dalam dua angka di belakang koma sehingga menjadi 6,30 cm. Panjang pengukuran dapat dituliskan menjadi:

( )

(3)

b. Jangka Sorong

Jangka sorong merupakan alat ukur panjang yang terdiri atas skala utama, skala nonius, rahang pengatur garis tengah dalam, rahang pengatur garis tengah luar, dan pengukur kedalaman. Rahang pengatur garis tengah dalam dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian dalam sebuah benda.

Adapun rahang pengatur garis tengah bagian luar dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian luar sebuah benda.

Sumber : Praktis Belajar Fisika Gambar 1.2. Jangka Sorong

Skala nonius jangka sorong pada Gambar 1.2, memiliki panjang 9 mm dibagi atas 10 skala, sehingga beda satu skala nonius dengan satu skala utama adalah 0,1 mm. Nilai 0,1 mm atau 0,01 cm merupakan skala terkecil jangka sorong.

Ketelitian jangka sorong ini adalah setengah dari skala terkecil sehingga jika dituliskan secara matematis, diperoleh :

Contoh :

Pengukuran menggunakan jangka sorong diperoleh hasil sebagai berikut:

Sumber : diananuramalina.blogspot.com

Hasil pengukuran gambar di atas adalah : Skala utama ( ) : 4,7 cm

Skala nonius ( ) :

Maka, hasil pengukuran adalah :

Nilai ketelitian yang dimiliki oleh jangka sorong adalah setengah dari nilai skala terkecil, yakni 0,05 mm atau 0,005 cm. Oleh karena itu, panjang logam dapat ditulis kembali menjadi 4,740 cm. Panjang hasil pengukuran secara matematis dapat ditulis:

( )

(4)

c. Mikrometer sekrup

Mikrometer sekrup diperlihatkan pada gambar 1.3 berikut.

Sumber : azkiyamhie.blogspot.com Gambar 1.3. Mikrometer Sekrup

Selubung bagian luar adalah tempat skala nonius yang memiliki 50 bagian skala. Satu skala nonius memiliki nilai 0,01 mm. Hal ini dapat diketahui ketika Anda memutar selubung bagian luar sebanyak satu kali putaran penuh, akan diperoleh nilai 0,5 mm skala utama. Oleh karena itu, nilai satu skala nonius adalah sehingga nilai ketelitian atau ketidakpastian mikrometer ulir (sekrup) adalah .

Contoh :

Sumber : Praktis Belajar Fisika

Skala utama : 5 mm

Skala nonius : Hasil pengukuran :

Dengan menggunakan ketelitian mikrometer sekrup, maka hasil pengukuran

menjadi :

( ) 1.4.Konversi Satuan

Konversi satuan dapat dilakukan dengan menggunakan konversi link berantai (chain-link conversion) yaitu mengalikan data asli secara berurutan dengan faktor- faktor konversi yang ditulis sebagai satu kesatuan.

Contoh :

 Contoh 1-1 :

Konversi jam ke detik :

( ) ( ) ()

(5)

 Contoh 1-2 :

How many seconds are there in 1 year?

Ans :

( ) (

) (

) ( )

 Contoh 1-3 :

A traditional unit of length in Japan is the ken (1 ken =1,97 m).What are the ratios of

a. Square kens to square meters b. Cubic kens to cubic meters

c. What is the volume of a cylindrical water tank of height 5,50 kens and radius 3,00 kens in cubic kens and cubic meters?

Ans :

a. () b. () c.

( ) ( )

Latihan 1-1 : Satuan astronomi (astronomical unit, AU) adalah jarak rata-rata antara Bumi dan Matahari, diperkirakan sekitar km. Jika kecepatan cahaya adalah m/s. Nyatakanlah kecepatan cahaya dalam satuan AU per menit!

Latihan 1-2 : Pada acara resepsi pernikahan suatu kerajaan, minuman anggur akan disediakan dalam suatu wadah kaca berbentuk balok dengan ukuran panjang, lebar, dan tingginya berturut-turut adalah 60 cm, 50 cm, dan 30 cm.

Awalnya, wadah tersebut diisi sampai penuh. Minuman anggur tesebut dapat dipesan dalam botol dengan ukuran seperti pada tabel berikut :

Biaya pembelian minuman anggur akan berkurang jika dilakukan pemesanan dengan menggunakan sebuah botol besar daripada beberapa botol kecil.

(6)

a. Untuk meminimalkan biaya, ukuran botol mana saja yang sebaiknya dipesan dan berapa banyak masing-masing yang harus dipesan?

b. Berapa banyak anggur yang tersisa dalam satuan:

i. Botol standar ii. Liter?

2. DIMENSI

Dimensi adalah cara penulisan suatu besaran dengan menggunakan simbol (lambang) besaran pokok. Hal ini berarti dimensi suatu besaran menunjukkan cara besaran itu tersusun dari besaran-besaran pokok. Lambang dimensi besaran-besaran pokok diperlihatkan pada tabel 2.1.

Tabel 2.1. Lambang Dimensi Besaran Pokok

Manfaat dimensi :

a. Dimensi dapat digunakan untuk membuktikan kebenaran suatu persamaan.

Contoh 2-1 :

Diketahui bahwa usaha/kerja (W) merupakan perbedaan energi kinetik (EK) akhir dengan energi kinetik awal. Melalui analisis dimensi, buktikanlah pernyataan tersebut.

Ans :

Diketahui bahwa usaha merupakan hasil kali gaya (F) yang bekerja pada suatu benda dan searah dengan perpindahannya (s), atau

 Ruas kiri :

Dimensi F [ ][ ][ ]. Sehingga dimensi usaha (kerja) adalah [ ][ ][ ][ ] [ ][ ] [ ]

 Ruas kanan :

Dimensi EK : [ ]([ ][ ]) [ ][ ] [ ]

Dari kedua ruas dapat dilihat bahwa ruas kiri sama dengan ruas kanan.

b. Dimensi dapat digunakan untuk menurunkan persamaan suatu besaran dari besaran-besaran yang mempengaruhinya.

Contoh 2-2 :

Besaran Pokok Satuan Simbol Satuan

Panjang meter (m) [L]

Massa kilogram (kg) [M]

Waktu sekon (s) [T]

Kuat arus listrik ampere (A) [I]

Suhu kelvin (K) [ q]

Jumlah zat mol (mol) [N]

Intensitas Cahaya candela (cd) [J]

(7)

Setiap benda yang dimasukkan dalam fluida (zat cair) akan merasakan gaya tekan ke atas (gaya Archimides, ). Gaya tekan ke atas ini bergantung terhadap massa jenis fluida (ρ), percepatan gravitasi (g) dan volume benda yang tercelup (V).

Tentukan persamaan gaya tekan ke atas tersebut!

Ans :

Latihan 2-1 : Hubungan antara volume (V ), tekanan (P ), suhu (T ), serta jumlah molekul atau partikel gas (n) ditentukan dengan persamaan sebagai berikut:

Di mana R adalah tetapan gas umum. Rumus dimensi dari tetapan gas umum (R) tersebut adalah …

Latihan 2-2 : Dengan menggunakan analisis dimensi, tentukan bagaimana periode T dari sebuah satelit mengorbit sebuah planet dengan massa M bergantung pada tetapan gravitasi G, jari-jari orbit R, dan massa M.

Daftar Pustaka

 Halliday, D., Resnick, R., and Walker, J., Fisika Dasar 1, Edisi 7 Jilid 1, Penerbit Erlangga, 2010.

 Halliday, D., Resnick, R., and Walker, J., Principle of Physics, 10th ed.Extended, John Wiley & Sons, 2013, International student version.

 Saripuddin, A., Rustiawan, D., Suganda A., Praktis Belajar Fisika, Pusat Perbukuan, Departemen Pendidikan Nasional, 2009.