D3 Teknik Konversi Energi Politeknik Neg

(1)

FISIKA TERAPAN

Giyanto, S.T, M.T, M.Sc

D3 Teknik Konversi Energi

Politeknik Negeri Semarang

Besaran

Satuan, dan

Pengukuran

Fisika terapan

D3 Teknik Mesin

Teknik Mesin - Polines

Giyanto, S.T, M.T, M.Sc

(2)

3

Learning Outcomes

Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa

akan mampu :



menjelaskan manfaat dan penerapan dari mata

kuliah fisika dasar



menjelaskan arti besaran fisika dan sistem satuan

yang digunakan



menjelaskan dasar sistem pengukuran, baik dari

segi besaran fisika yang diukur, alat dan metode

yang digunakan untuk mengukur, serta bagaimana

caranya menganalisa hasil pengukuran.

Outline



Dasar Ilmu Fisika

(Fundamental of the Physics)



Besaran, Dimensi, dan Satuan

(Basic of the Quantities, Dimensions,

and Units)



Dasar Sistem Pengukuran

(3)

FUNDAMENTAL OF THE PHYSICS

Merupakan cabang ilmu yang paling mendasar

(fundamental)

yang mempelajari tentang:



Keadaan dan sifat-sifat benda

(makro &

mikro)

serta perubahannya,



Gejala-gejala fenomena alam, dan



Hubungan antara satu gejala dengan gejala

lainnya.

FISIKA

What is the Physics?

Merupakan ilmu pengetahuan yang didasarkan

pada

pengamatan

eksperimental

dan

pengukuran

kuantitatif

(Metode Ilmiah).

INTRODUCTION

Fisika

Klasik Kuantum

(sebelum 1920₎ (setelah 1920₎

 Posisi dan Momentum partikel dapat ditetapkan secara tepat

 Ruang dan waktu merupakan dua hal yang terpisah

 Ketidakpastian Posisi dan Momentum partikel

 Ruang dan waktu merupakan satu kesatuan

Hukum Newton

Dualisme Gelombang-Partikel Teori Relativitas Einsten

 Mekanika (Gerak & Fluida)

 Panas

 Bunyi

 Listrik Magnit

(4)

Besaran, Dimensi,

dan Satuan

BESARAN



Keadaan dan sifat-sifat benda yang dapat diukur

dan dinyatakan dalam nilai satuan-satuan tertentu

(kuantitatif)

.



“Sesuatu”

yang dapat diukur dan mempunyai

satuan.



Besaran Fisika dibedakan menjadi dua yaitu

besaran pokok

dan

besaran turunan

.

Besaran (Quantity)

*Misalnya: mengukur panjang sebuah meja,

mengukur suhu air, mengukur massa batu.

• Mempunyai nilai tertentu

(5)

BESARAN

Besaran

Fisika

Konseptual Matematis Besaran Pokok Besaran Turunan Besaran Skalar Besaran Vektor

: besaran yang ditetapkan dengan suatu standar ukuran

: Besaran yang dirumuskan dari besaran-besaran pokok

: hanya memiliki nilai

: memiliki nilai dan arah

SATUAN & DIMENSI

Satuan (Unit)

 Ukuran / takaran kuantisasi dari besaran fisika.  Standar Sistem Satuan biasanya dibagi menjadi dua:

• Sistem Satuan Internasional (SI)

• Sistem Satuan Inggris atau British atau Sistem Non Metrik MKS & CGS

Dimensi (Dimension)

 Merupakan cara penulisan besaran-besaran dengan simbol-simbol atau lambang-lambang besaran dasar.

1. Untuk menurunkan satuan dari suatu besaran

2. Untuk meneliti kebenaran suatu rumus atau persamaan

- Metode penjabaran dimensi :

1. Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri 2. Setiap suku berdimensi sama

- Kegunaan Dimensi :

 Massa (M)  Panjang (L)  Waktu (T)

Contoh:

 Massa (kg, gram)

(6)

- Perlu Ditetapkan STANDAR (Disepakati NAMA Dan DEFENISI)

- Tidak Semua Besaran Perlu Standar ( Karena Jumlah Besaran Sangat Banyak )

- Hanya Besaran Dasar Saja Yang Perlu Dibuat Standarnya

-

Bureau International des Poids et Mesures (

BIPM

) -

- Internasional Buerau of Weight and Measures -

- Biro Berat dan Ukuran Internasional -

di Sevres Perancis

Siapa yang menetapkan standar & Satuan?

Evolusi Satuan Massa

1 kg =

Massa suatu silinder yang terbuat dari campuran platinum-iridium

dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm yang disimpan di

kantor BIPM di kota Sevres, dekat Paris, Perancis.

(7)

Evolusi Satuan Panjang

1960:

1 meter

≡

jarak antara dua garis pada batang yang terbuat dari

campuran platinum-irridium yang disimpan pada kondisi tertentu

di BIPM

1 meter

≡ 1.650.763,73 kali panjang cahaya orange-red yang

dipancarkan dari lampu krypton-86 (

86

Kr)

Sejak 1983

1 meter ≡ jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam

waktu 1 / 299.792.458 detik.

Dengan definisi terakhir ini maka kecepatan cahaya di ruang hampa

ditetapkan menjadi 299.792.458 m/s

Besaran Waktu

Waktu

adalah selang antara

dua kejadian atau dua

peristiwa

Misalnya

Waktu Siang

= sejak matahari terbit

hingga matahari tenggelam

Waktu hidup

= sejak dilahirkan hingga

meninggal.

Segala sesuatu yang berulang secara periodik

contoh: rotasi bumi, revolusi bumi

Alat Ukur Waktu

Jam Atom (Atomic Clock):

(8)

Besaran dan satuan yang digunakan dalam SI *

* Berdasar Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 tahun 1971

7 Besaran Dasar (Pokok)

(9)

Besaran Turunan dan Dimensi

NO Besaran Pokok Rumus Dimensi

1 Luas panjang x lebar [L]2

2 Volume panjang x lebar x tinggi [L]3

3 Massa Jenis [m] [L]-3

4 Kecepatan

[L] [T]

-1

5 Percepatan

[L] [T]-2

6 Gaya massa x percepatan [M] [L] [T]-2

7 Usaha dan Energi gaya x perpindahan [M] [L]2 [T]-2

8 Impuls dan Momentum gaya x waktu [M] [L] [T]-1

massa volume perpindahan waktu kecepatan waktu

Prefiks atau Faktor Penggali dalam SI

NO Faktor Nama Simbol

1 10 -18 _atto _a

2 10 -15 _femto _f

3 10 -12 _piko p

4 10 -9 nano n

5 10 -6 mikro μ

6 10 -3 _mili _m

7 10 3 _kilo _K

8 10 6 _mega _M

9 10 9 _giga _G

10 10 12 _tera _T

(10)

Konversi Satuan

1. Tentukan dimensi dan satuannya dalam SI untuk besaran turunan berikut : a. Gaya

b. Berat Jenis c. Tekanan d. Usaha e. Daya Jawab :

b. Berat Jenis = = =

= MLT-2 (L-3₎

= ML-2_T-2_{satuan kgm}-2

berat volume

Gaya Volume

MLT -2

L3

a. Gaya = massa x percepatan = M x LT -2

= MLT -2_{satuan kgms}-2

c. Tekanan = = = MLT gaya -2 _{satuan kgm}-1_s-1

luas

MLT -2

L2

d. Usaha = gaya x jarak = MLT -2 _{x L = ML}2_T-2 _{satuan kgm}-2_s-2

e. Daya = = = ML usaha 2 T -1 satuan kgm-2s-1

waktu

ML 2_T-2

T

(11)

2. Buktikan besaran-besaran berikut adalah identik : a. Energi Potensial dan Energi Kinetik

b. Usaha/Energi dan Kalor Jawab :

a. Energi Potensial : Ep = mgh

Energi potensial = massa x gravitasi x tinggi = M x LT-2_{x L = ML}2_T-2

Energi Kinetik : Ek = ½ mv2

Energi Kinetik = ½ x massa x kecepatan2

= M x (LT-1) 2

= ML2_T-2

Keduanya (Ep dan Ek) mempunyai dimensi yang sama  keduanya identik

b. Usaha = ML2T-2

Energi = ML2_T-2

Kalor = 0.24 x energi = ML2_T-2

Ketiganya memiliki dimensi yang sama  identik

Contoh Soal

3. Diameter sebuah atom adalah 3,2 x 10-10 m. Nyatakan diameter tersebut dalam prefiks atau awalan satuan terdekat?

(12)

Analisis Dimensi



Besaran-besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan hanya jika

besaran-besaran tersebut mempunyai dimensi yang sama.



Besaran-besaran pada kedua sisi persamaan harus memiliki

dimensi yang sama.

2

1

2

o

x



v t



at

Apakah persamaan berikut benar secara dimensi?

Persamaan menyatakan jarak (x) yang ditempuh oleh suatu mobil dalam waktu (t) jika mobil mulai dari kecepatan awal

v_o dan bergerak dengan percepatan tetap tetap a.

Analisis dimensi menggunakan fakta bahwa

dimensi dapat

diperlakukan sebagai besaran aljabar

,

2

1

2

o

x



v t



at

   

  

 

2 2

L L

L T T

T T  

  _{ }

   

   

  

 

2 2

L

T

 





 

 

 

     

L  L  L

Karena kedua sisi persamaan mempunyai dimensi yang sama maka persaamaan ini

benar secara dimensi

Catatan_:

Walaupun analisis dimensi sangat berguna tetapi mempunyai batasan, yaitu tidak dapat menjelaskan konstanta numerik yang ada dalam persamaan.

(13)

Sistem

Pengukuran

DASAR SISTEM PENGUKURAN

(MEASUREMENT SYSTEM

)



Definisi:

Tindakan membandingkan harga variabel yg diukur (belum

diketahui) dengan variabel lain yang harganya sudah diketahui.



Tujuan:

(14)

(15)



Measurement, Indication, Monitoring,

and Recording

Kenapa Sistem Pengukuran Diperlukan



Automation & Control



Billing & Custody Transfer

Measurement, Indication, Monitoring, and Recording

Untuk mengetahui kondisi suatu proses atau

keadaan suatu sistem.

(16)

Mengukur besaran fisika pada

perangkat listrik/elektronik,

seperti arus, tegangan, resistansi.

Mengukur tekanan darah pada

manusia.

Mengukurbesaran fisika

perangkat proses di industri

seperti aliran BBM dan gas pada

pipa, tekanan pada reaktor dsb.

(17)

Pengukuran getaran (gempa) dengan

Seismograph

Seismograph Kuno

Seismograph Bawah Laut

Pemantauan gempa

Pengukuran Besaran Fisika Lainnya

Memantau Keadaan Lingkungan

 Pengukuran pH (keasaman)

 Pengukuran jumlah partikel di udara

 Pengukuran berbagai kandungan gas di udara seperti Oxygen, CO₂, CO dsb

Memantau Keadaan Cuaca

 Pengukuran kecepatan angin

 Pengukuran curah hujan

(18)

Automation & Control

Untuk mengendalikan keadaan sistem

atau proses.

Billing & Custody Transfer

(19)

Pengukuran daya listrik pada rumah tangga / industri dsb.

kWH Meter

Pengukuran massa atau berat untuk komoditas perdagangan

(20)

Billing & Custody Transfer

Pengukuran laju aliran Migas

Oil and Gas Mettering System

Manfaat Sistem Pengukuran



Measurement, Indication, Monitoring, &

Recording



Automation & Control





SHE (Safety, Health & Environment)



Keselamatan



Kesehatan



Pelestarian Lingkungan

(21)

Safety, Health, & Environment (SHE)

Manfaat untuk keselamatan manusia dan lingkungan  Pengukuran besaran fisika pada Hazardous Area (daerah

berbahaya) di Industri Proses.

 Pengukuran tekanan, temperatur pada unit-unit proses di industri Migas.

 Pengukuran kandungan polutan di udara, tanah dan air.

Manfaat untuk kesehatan

 Pengukuran tekanan darah, temperatur, dan besaran lain pada tubuh manusia dalam bidang kedokteran.

 Pengukuran komposisi makanan dan obat-obatan pada produk-produk makanan dan obat-obatan.

Manfaat Sistem Pengukuran

Perdagangan yang Fair & Proteksi konsumen

 Kebenaran harga yang tercantum pada spesifikasi hasil industri merupakan syarat diterimanya barang produksi dalam perdagangan internasional

 Pengukuran volume, berat dan besaran lain pada komoditas perdagangan

 Pengukuran fraksi berat, fraksi volume dan besaran lain pada komponen yang terkandung pada obat-obatan, makanan dsb

 Pengukuran waktu dan besaran lain pada penyediaan jasa komersial spt layanan telepon dsb

(22)

Peningkatan Kerja Proses Produksi

 Pengukuran temperatur, tekanan, laju aliran, level fluida untuk pengontrolan besaran proses pada industri

Manfaat Sistem Pengukuran

Terjaganya kinerja proses produksi

Jaminan Kualitas Produk

Efisiensi Energi

Konservasi Lingkungan, dsb

(23)

Berapa waktu rata-rata

yang dibutuhkan oleh

penerjun untuk

mencapai tanah?

Penggaris/

meteran

Jangka sorong

Mikrometer

sekrup

Contoh:

(24)

1. Mistar/Penggaris

Dari beberapa jenis mistar yang sering

digunakan antara lain: Stik meter, memiliki

panjang 1 meter dan memiliki skala desimeter,

sentimeter dan milimeter.

Bagian-bagian jangka sorong:

Nonius atau

Vernier

Garis nonius kelima tepat berimpit dengan garis skala utama

Rahang

Sorong

Rahang

tetap

2 3

5

Jadi: X=2,15 cm

2,1c

m

0,05cm

Skala

Utama

Ketelitian Jangka Sorong adalah 0,1 mm;

yaitu 1mm pada skala

mengukur dimensi dalam dari suatu benda,

Contoh

Hasil

Pengukuran

(25)

Tingkat Ketelitian

0,1 mm

0,05 mm

0,02 mm

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:

1. Amati nilai terkecil dari skala nonius (Lihat Gambar)

a) Jika jumlah skala nonius adalah 10, maka nilai terkecil skala tersebut adalah 1 mm/10 = 0,1 mm (Gambar paling atas)

b) Jika jumlah skala nonius adalah 20, maka nilai terkecil skala tersebut adalah 1 mm/20 = 0,05 mm (Gambar tengah)

c) Jika jumlah skala nonius adalah 50, maka nilai terkecil skala tersebut adalah 1 mm/50 = 0,02 mm (Gambar paling bawah)

40 mm + 2 mm =

42 mm

5 mm

37 mm

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:

(26)

Skala ke-7

Skala ke-10 (angka

5 di skala nonius)

Skala ke-23

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:

3. Tentukan Skala Nonius ke berapa yang tepat berimpit dengan skala utama (Lihat Gambar)

7 x 0,1 mm = 0,7 mm

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:

4. Hitung kelebihan panjang yang dinyatakan oleh skala nonius

10 x 0,05mm = 0,5 mm

23 x 0,02mm = 0,46 mm

5. Panjang benda yang diukur = Panjang yg ditunjukan Skala Utama + kelebihan panjang yg ditunjukan pada Skala Nonius

(27)

Metode Pengukuran Jangka Sorong:

Panjang/Diameter bagian luar benda

Panjang/Diameter

bagian dalam benda Kedalaman benda

Bagian-bagian mikrometer sekrup:

3. Mikrometer Sekrup

Selubung

Ulir

Skala

Utama

Selubung

Luar

Roda Bergerigi

Benda

Skala Nonius

Landasan

(28)

Hasil Pengukuran

5,5 mm

Skala ke-28

28 x 0,01 mm =

0,28 mm

Cara Membaca Skala Mikrometer Sekrup:

1. Amati skala tetap yg telah dilewati silinder putar.

2. Amati skala pada silinder putar yg tepat berimpit dengan garis horizontal pada batang tetap.

3. Pertambahan panjang ditunjukan oleh skala silinder = 28 x 0,01 mm = 0,28 mm

4. Panjang pengukuran = Skala tetap yg dilewati + pertambahan panjang pada silinder putar.

5,5 mm + 0,28 mm

=

5,78 mm

1

2

3

4

(29)

Alat Ukur Massa

Neraca elektronik

Neraca dua lengan

Neraca pegas

Neraca ohaus

Alat Ukur Waktu

Jam matahari

Jam dinding

Stop watch

(30)

Metode Pengukuran

Aspek

–

Aspek Sistem Pengukuran

a. Ketepatan (Presisi)

Presisi



berkaitan dengan

pembagian skala

terkecil

pada sebuah alat ukur

Alat ukur yang presisi



berkaitan dengan

penunjukan yang konsisten

Misal : penggaris

(31)

Aspek

–

b. Akurasi

Akurasi



parameter penting dalam

pengukuran.

Misalkan termometer yang akurat

Menunjukkan nilai yang

sama/dekat dengan nilai yang

sebenarnya

Sensitif dan berespon terhadap

perubahan kecil

pada temperatur

0

Nilai

sebenarnya

0

Presisi

namun tidak

akurat

Akurat dan

presisi

Akurasi vs. Presisi

Akurat

namun tidak

(32)

Aspek

–

c. Karakteristik Statik Pengukuran

Aspek

–

d. Kalibrasi

(33)

Kesalahan Pengukuran

Kesalahan Posisi Awal

Sebutkan kesalahan yang dilakukan oleh orang ini

ketika mengukur panjang kayu yang dipegangnya.

Kesalahan Paralaks

Kesalahan pembacaan alat ukur karena

(34)

Kesalahan Penyimpangan

x

x x

x

Cara mengidentifikasi hasil yang menyimpang:

dengan menggambar grafik.

Hasil yang

menyimpang

KETIDAKPASTIAN



Tidak ada pengukuran yang menghasilkan nilai sama

persis dengan nilai yang sebenarnya (seharusnya).

(35)

KETIDAKPASTIAN

Ketidakpastian dari proses perhitungan

KETIDAKPASTIAN

(36)

KETIDAKPASTIAN

Ketidakpastian dari proses perhitungan

KETIDAKPASTIAN

(37)

Tugas1

1. Berikan contoh analisa hasil pengukuran menggunakan: a. Ketidakpastian proses perhitungan

b. Ketidakpastian pengukuran berulang (ralat mutlak, ralat nisbi, dan keseksamaan)

c. Regresi linier atau Aproksimasi linier

2. Berikan contoh dan jelaskan prinsip kerjanya metode pengukuran: a. Secara Tidak langsung

b. Defleksi dan Nol

a. Tugas diketik pada word document dengan format penulisan:

• Margin Top Bottom Right Left 1” • Font Times New Roman 12, Spasi 1,5

• Filename : (Tugas1_Nomor Absen_Nama)

b. Soft file dikumpulkan maksimal Pukul 23.59, 27 September 2017 ke email:

giyanto.tf07@gmail.com dengan judul email “Tugas Sub Bab Besaran, Satuan, dan Pengukuran”