Laporan Pendahuluan Praktikum Fisika (PF I) A. Judul
PERCOBAAN PENGUKURAN DASAR DAN KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN DASAR FISIKA
B. Rumusan Masalah
1. Bagaimana penggunaan beberapa alat ukur dasar?
2. Tentukanlah ketidakpastian pada hasil pengukuran tunggal pada hasil pengukuran berulang!
3. Bagaimana penggunaan konsep “angka berarti”?
4. Hitunglah ketidakpastian pada hasil percobaan dan jelaskan arti statistiknya!
C. Tujuan Penelitian
1. Agar mahasiswa dapat mengetahui kegunaan beberapa alat ukur.
2. Agar mahasiswa dapat menentukan ketidakpastian pada hasil pengukuran tunggal pada hasil pengukuran berulang.
3. Agar mahasiswa dapat mengetahui kegunaan konsep “angka penting” 4. Agar mahasiswa dapat menghitung ketidakpastian pada hasil percobaan
dan jelaskan arti statistiknya. D. Dasar Teori
Pemilihan besaran dasar dan satuan bakunya membentuk suatu sistem satuan. Inggris terkenal dengan sistem satuannya yang menggunakan besaran dasar.
Panjang dengan satuan foot Waktu dengan satuan secon Gaya dengan satuan pound Suhu dengan satuan fahrenheit
Ilmuwan memerlukan persetujuan mengenai besaran dasar yang digunakan dan satuan bakunya agar dapat berkomunikasi dengan baik. Yang disepakati pada mulanya adalah sistem yang dikenal dengan sistem MKS. Besaran dasarnya : panjang dengan satuan meter (M), massa dengan satuan kilogram (Kg) dan waktu dengan satuan sekon (s), kemudian ditambah dengan besaran dasar arus listrik dengan satuan ampere (A).
Satuan Internasional (SI) merupakan suatu sistem satuan internasional yang merupakan bentuk modern dari sistem MKS telah berkembang meliputi seluruh bidang fisika dengan besaran dan satuan dasar sebgaia berikut :
Besaran Pokok Satuan Dimensi
Panjang Meter (m) [ L ]
Massa Kilogram (kg) [ M ]
Waktu Sekon (s) [ T ]
Suhu Kelvin (K)
Kuat arus listrik Ampere (A) [ I ] Intensitas cahaya Kandela (cd) [ J ]
Jumlah mol mol (mol) [ N ]
Satuan Internasional (SI)juga menggunakan dua buah satuan pelengkap :
1. Sudut bidang, dalam radian (rad) 2. Sudut ruang dalam sterdian (sr)
Dalam suatu percobaan kita harus berusaha menelaah dan mempelajarinya. Caranya, kita harus mempunyai data kuantitatif atas percobaan yang kita lakukan. Untuk 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. Ketidakpastian juga disebut kesalahan, sebab menunjukkan perbedaan antara nilai yang diukur dan nilai sebenarnya. Hal ini bisa disebabkan oleh beberapa faktor. Faktor itu dibagi dalam 2 garis besar, yaitu: ketidakpastian bersistem dan ketidakpastian acak.
- Kesalahan kalibrasi dalam memberi skala pada waktu alat ukur sedang dibuat sehingga tiap kali alat itu digunakan, ketidakpastian selalu muncul dalam tiap pengukuran.
- Kesalahan titik nol skala alat ukur tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk alat ukur. Jika tidak dapat dicocokan harus dicatat untuk dikoreksi pada akhir laporan hasil pengukuran.
- Kesalahan Komponen Alat Sering terjadi pada pegas. Biasanya terjadi bila pegas sudah sering dipakai Gesekan
- Kesalahan yang timbul akibat gesekan pada bagian-bagian alat yang bergerak.
- Kesalahan posisi dalam membaca skala alat ukur. b. Ketidakpastian Acak
- Gerak Brown molekul udara menyebabkan jarum penunjuk skala alat ukur terpengaruh.
- Frekuensi Tegangan listrik, perubahan pada tegangan PLN, baterai, dan aki
- Adanya Nilai Skala Terkecil dari Alat Ukur. - Keterbatasan dari Pengamat Sendiri.
c. Angka Penting
Angka penting adalah angka yang diperhitungkan di dalam pengukuran dan pengamatan. Aturan angka penting: Semua angka bukan nol adalah angka penting. Angka nol yang terletak diantara angka bukan nol termasuk angka penting. Untuk 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.
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 plus-minus 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 Individual elemen pengindra primer, elemen sekunder dan alat manipulasi yang lain.
pada pengukuran tersebut sehingga lebar sebenarnya paling mungkin berada diantara 5,1 dan 5,3. Persentase ketidakpastian merupakan perbandingan antara ketidakpastia dan nilai yang diukur, dikalikan dengan 100 %. Misalnya jika hasil pengukuran adalah 5,2 cm dan ketidakpastiannya 0,1 cm maka presentase ketidakpastiannya adalah : (0,1/5,2) x 100% = 2%
Seringkali, ketidakpastian pada suatu nilai terukur tidak dinyatakan secara eksplisit. Pada 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 5,2 cm, ketidakpastian dianggap sebesar 0,1 cm (atau mungkin 0,2 cm). Dalam hal ini, penting untuk tidak menulis 5,20 cm, karena hal itu 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. Setiap unit mempunyai kontribusi terisah dengan batas tertentu. Jika ± a1, = a2 dan ± a3 adalah batas akurasi individual, maka akurasi total dari sistem dapat diekspresikan dalam bentuk bawah akurasi seperti berikut :
A = ± ( a1+ a2 + a3 )
Dalam hal tertentu nilai batas bawah 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 : A = ± √ ( a1² + a2² + a3² )
Presisi adalah istilah untuk menggambarkan tingkat kebebasan alat ukur dari kesalahan acak. Presisi 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. Repeability digunakan untuk menggambarkan kedekatan (closeness) keluaran pembacaan bila dimasukkan yang sama digunakan secara berulang-ulang pada periode waktu yang singkat pada kondisi dan lokasi pengukuran yang sama, dan dengan alat ukur yang sama. Reproducibility digunakan untuk menggambar kedekatan (closeness) keluaran pembacaan bila masukan yang sama digunakan secara berulang-ulang.
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 hanya ada satu macam, yakni yang berketelitian 0.01 mm.
c) Spherometer
Spherometer merupakan alat untuk mengukur jejari kelengkungan suatu permukaan. Biasanya digunakan untuk mengukur kelengkungan lensa. Spherometer memiliki 4 kaki, dengan 3 kaki yang permanen dan satu kaki tengah yang dapat diubah-ubah ketinggiannya. Ketelitian spherometer bisa mencapai 0,01 mm.
d) Neraca Torsi
Neraca torsi digunakan untuk mengukur massa suatu zat. Ketelitian yang dimiliki neraca ini bermacam-macam antara lain sebesar 0,1 g atau 0,05 g atau 0,01 g.
e) Densitometer
Specific gravity adalah alat yang digunakan untuk mengukur kerapatan (massa jenis) suatu zat cair. Bedanya dengan densitometer adalah bahwa nilai yang ditunjukkan oleh specific gravity merupakan nilai relatif terhadap kerapatan air (1 g/ml).
f) Stopwatch
Stopwatch merupakan alat pengukur waktu. Stopwatch yang sering dipakai biasanya berketelitian 0,1 s atau 0,2 s. Telepon genggam (HP) biasanya juga disertai fasilitas stopwatch. Ketelitian stopwatch pada telepon genggam biasanya 0,01 s.
g) Termomoter
Termometer adalah alat pengukur suhu. Termometer yang biasa digunakan dalam Lab. Fisika Dasar adalah termometer Celcius dengan ketelitian 0,50C atau 10C.
h) Neraca Ohauss
Neraca ohaus adalah alat ukur massa benda dengan ketelitian 0.01 gram. Neraca ini ada dua macam :
2. nilai skala ratusan dan puluhan di geser, tapi skala satuan dan 1/100 nya di putar. Cara memakainya hampir sama dengan yang no.1 tadi. Cuma bedanya, waktu membaca yang dengan nilai 0-10. Misalkan sudah terbaca antara skala ratusan dan puluhannya (100+20). Lalu kamu putar skala satuannya (dalam 1 skala satuannya, dibagi lagi 10 skala), lihat skala yang terlewatkan dari angka nol (misal 5.6 g).
Sumber referensi:
Tim Penyusun. 2013. Penuntun Praktikum Fisika Dasar. Gorontalo:Universitas Negeri Gorontalo
Supiyanto. 2004. Fisika SMA Untuk SMA Kelas X. Jakarta:Erlangga
Kristanta,Arif. 2009. Asyiknya Belajar Fisika SMP. http://basicphysiccom.//diakses 5 Oktober 2013
E. Variabel
Variabel adalah segala sesuatu yang akan menjadi objek pengamatan dalam penelitian. Ada juga yang menganggap variabel sebagai gejala sesuatu yang bervariasi. Variabel penelitian dibedakan menjadi:
1. Variabel bebas atau variabel penyebab (independent variables)
Variabel bebas adalah variabel yang menyebabkan atau memengaruhi, yaitu faktor-faktor yang diukur, dimanipulasi atau dipilih oleh peneliti untuk menentukan hubungan antara fenomena yang diobservasi atau diamati.
2.Variabel terikat atau variabel tergantung (dependent variables) Variabel terikat adalah faktor-faktor yang diobservasi dan diukur untuk menentukan adanya pengaruh variabel bebas, yaitu faktor yang muncul, atau tidak muncul, atau berubah sesuai dengan yang diperkenalkan oleh peneliti. 3. Variabel Kontrol
Variabel yang dinetralisasi yang diidentifikasi sebagai variabel kontrol atau kendali, atau variabel kontrol adalah variabel yang diusahakan untuk dinetralisasi oleh peneliti. Dalam penelitian di samping strategi pembelajaran dan tingkat kecerdasan, peneliti juga mempertimbangkan tingkat usia, misalnya kelompok umur tertentu, maka umur dalam penelitia ini dianggap sebagai variabel kendali.
F. Alat dan Bahan 1. Mistar
2. Jangka sorong, silinder 3. Mikrometer sekrup
4. Sferometer, lensa konvergen (cembung), lensa divergen (cekung) 5. Termometer, Kontainer
6. Termometter badan 7. Neraca
8. Neraca mekanik, balok-balok, dan massa pemberat 9. Neraca pegas
G. Prosedur Kerja
1. Tentukan nilai skala terkecil dari (a) mistar, (b) jangka sorong, (c) mikrometer sekrup, (d) sferometer, (e) termometer, (f) neraca, (g) neraca pegas, (h) neraca mekanik, (i) barometer, (j) hygrometer
2. Ukurlah panjang dan lebar kain kasa/kertas dengan menggunakan mistar. 3. Ukur diameter dalam, diameter luar, dan tebal dari silinder yang diberikan
asisten dengan menggunakan jangka sorong.
4. Ukurlah tebal dari obat yang diberikan asisten dengan menggunakan mikrometer sekrup.
5. Ukurlah jari-jari kelengkunngan lensa-lensa yang diberikan oleh asisten dengan menggunakan sferometer.
6. Ukurlah massa dari obat-obtan yang diberikan asisten dengan menggunakan neraca mekanik.
7. Ukurlah berat dari balok-balok/massa pemberat yang diberikan asisten dengan menggunakan neraca pegas.
8. Ukurlah suhu air yang diberikan asisten dengan menggunakan termometer. 9. Ukurlah massa tubuh rekan anda sekelompok dengan menggunakan
neraca.
10. Ukurlah suhu ruangan (dalam satuan Fahrenheit), tekanan dan kelembapan udara dalam laboratorium.
11. Ukulah volume larutan yang diberikan asisten dengan menggunakan gelas ukur.
12. Ukurlah suhu badan anda dengan menggunakan termometer.
H. Tugas Pendahuluan
1. Jelaskan apa yang dimaksud dengan pengukuran dan ketidakpastian! 2. Tuliskan 7 besaran pokok beserta satuan dan dimensi berdasarkan satuan
internasional!
3. Sebuah membran yang bundar memiliki luas 1,25 inci persegi. Nyatakan dalam centimeter persegi!
Jawaban
1. Pengukuran adalah suatu teknik untuk menyatakan suatu sifat fisis dalam bilangan sebagai hasil membandingkan, mengira, dan mengujinya menggunakan alat ukur dengan suatu besaran baku yang diterima sebagai satuan.
2. 7 besaran pokok beserta satuan dan dimensi berdasarkan satuan internasional
Besaran Pokok Satuan Dimensi
Panjang Meter (m) [ L ]
Massa Kilogram (kg) [ W ]
Waktu Sekon (s) [ T ]
Suhu Kelvin (K)
Kuat arus listrik Ampere (A) [ I ] Intensitas cahaya Kandela (cd) [ J]
Jumlah mol mol (mol) [ N ]
3. L = 1,25 in² L = π R²
1,25 = 22 7 R² 8,75 = 22 R²
R² = 8,75 22 R² = 0,4 R =
