Modul 3 : Konsep Pengukuran dalam Fisika
Metode Pembelajaran Estimasi Waktu Capaian Pembelajaran Kuliah Interaktif
(daring & luring Diskusi
Pembelajaran Berkelompok
100 Menit Memecahkan masalah Konsep Pengukuran dalam Fisika
Materi 3
A. Pengertian Pengukuran
Pengukuran adalah hal yang tidak dapat dipisahkan dari ilmu Fisika, dari kegiatan pengukuran inilah kita dapat mengetahui apa yang ada di dalam alam semesta. Dalam ilmu Fisika, kita mencoba menggambarkan dasar dari alam semesta dan bagaimana cara kerjanya, seperti tentang materi, energi, ruang dan waktu. Fisika adalah kumpulan pengetahuan yang diatur secara spesifik dan rasional, untuk menentukan suatu prinsip dalam fisika, kita harus membangun, menguji dan menghubungkan model dalam upaya untuk mendeskripsikan, menjelaskan dan memprediksi suatu fenomena.
Hukum Fisika mengungkapkan hubungan antar besaran fisik, kuantitas fisik adalah bilangan yang diperoleh dengan mengukur fenomena fisik. Misalnya panjang buku, waktu untuk membaca dan suhu udara di dalam ruangan anda. Pengukuran suatu kuantitas fisik melibatkan perbandingan kuantitas itu dengan standar yang ditentukan dengan tepat atau kita sebut dengan unit dari kuantitas tersebut. Sebagai contoh apabila kita mengukur jarak anatara dua titik, kita membutuhkan satuan jarak standar seperti Inci, Meter atau Kilometer. Satuan ini sangat berarti dalam memberi nilai suatu kuantitas fisik, karena jika kita hanya menulis angka saja tidaklah ada artinya.
Kegiatan membandingkan besaran yang diukur dengan besaran lain sejenis yang dipakai sebagai acuan disebut dengan pengukuran. Contohnya, hal pengukuran menentukan panjang buku dengan cara membandingkan panjang buku dengan panjang (besaran sejenis), contohnya kita gunakan mistar sebagai acuan.
B. Alat – Alat Ukur a. Alat Ukur Panjang
Dalam praktikum fisika di laboratorium, hal mendasar yang kita pelajari adalah alat ukur panjang. Alat ukur panjang digunakan untuk mengukur panjang dari suatu benda atau material yang sedang kita uji. Alat ukur panjang yang paling mendasar terdiri dari penggaris, jangka sorong, micrometer skrup. Pada bagian ini akan kita kenali alat ukur panjang ini satu persatu.
1. Penggaris
Penggaris atau mistar adalah alat ukur panjang yang biasanya berbentuk panjang, segitiga, atau berbentuk setengah lingkaran. Penggaris biasanya terbuat dari plastik, kayu dan besi. Kegunaan lain dari penggaris tersebut selain untuk mengukur panjang, juga untuk membantu dalam membuat garis lurus.
Gambar 1.1 Mistar Sentimeter
Mistar sederhana yang kita gunakan di laboratorium, sebagian besar memiliki panjang maksimum 30 cm dengan skala terkecil 0,1 cm atau 1 mm, oleh karena itu ketelitian mistar tersebut adalah ±0,05 𝑐𝑚 atau ±0,5 𝑚𝑚.
Kemudian, bagaimana kita menggunakan alat ukur mistar ini, simaklah penjelasan berikut ini :
Cara kerja mistar amatlah sederhana, yaitu dengan meletakkan benda yang akan diukur, letakkan dengan posisi yang sejajar dengan bidang datar, tempelkan mistar pada benda, mulai dari ujung benda, dan pastikan berhimpit dengan angka nol seperti yang ditunjukkan pada jambar 1.1, kemudian usahakan agar letak benda tegak lurus dengan posisi mata pengamat (kita sebagai pengamat) agar tidak terjadi kesalahan dalam menentukan skala pada mistar tersebut.
Berikut ini ada sebuah mistar yang sedang digunakan untuk mengukur suatu benda,
Gambar 1.2 Hasil pengukuran benda dengan mistar
Lihatlah ujung sebelah kanan dari mistar tersebut yang tepat berhimpit pada benda, maka dapat kita tentukan panjang benda tersebut adalah
(8,8 ± 0,05)𝑐𝑚 atau (88 ± 0,5) 𝑚𝑚. Jangan lupa dalam penulisan hasil pengukuran untuk menyertakan ketelitian dari alat ukur yang kita gunakan.
Mistar merupakan alat ukur sederhana yang sangat praktis digunakan oleh berbagai kalangan, namun ada kelemahan yang dimiliki oleh alat ini, yaitu tingkat akurasi yang rendah, tidak dapat mengukur diameter benda dengan baik dan memiliki ketelitian yang sangat terbatas, hal ini ditunjukkan dengan hasil pengukuran yang didapatkan berupa 1 digit angka dibelakang koma.
2. Jangka Sorong
Jangka sorong adalah alat ukur panjang yang memiliki tingkat ketelitian yang lebih tinggi daripada mistar. Bagian jangka sorong ini terdapat dua bagian yaitu rahang atas dan rahang bawah. Rahang atas berfungsi untuk mengukur diameter dalam, sedangkan rahang bawah untuk mengukur diameter luar.
Rahang atas dan rahang bawah masing- masing memiliki bagian yang dapat digerakkan yaitu disebut dengan rahang geser, dan bagian yang tidak dapat digerakkan yaitu disebut dengan rahang tetap. Pada jangka sorong juga terdapat skala utama dan skala nonius. Skala utama dengan ketelitian yang sama dengan penggaris yaitu 1 mm atau 0,1 cm dan panjang maksimum 14 cm, sedangkan skala nonius adalah skala pendukung untuk memberikan keakuratan yang lebih pada skala utama dengan ketelitian 0,01 cm atau 0,1 mm.
Gambar 1.3 Jangka sorong Rahang Atas
Rahang Bawah
Skala Utama Skala Nonius
Kemudian, bagaimana caranya menggunakan jangaka sorong tersebut, simaklah penjelasan berikut ini :
Untuk mengukur diameter benda menggunakan jangka sorong, tentukanlah diameter dalam atau luar yang ingin kita ukur, jika diameter luar maka gunakan rahang bawah, sedangkan diameter luar gunakan rahang atas.
Pastikan bahwa benda benar – benar diletakkan dengan benar, kemudian bacalah skala yang terbentuk.
Gambar 1.4 Hasil pengukuran benda dengan Jangka Sorong Tentukan angka yang terbaca pada skala utama (SU), yaitu dengan melihat angka yang paling dekat dengan angka nol pada skala nonius, pada gambar 1.4 di atas kita dapatkan SU adalah 1,7 cm. lalu untuk skala nonius (SN), kita lihat yang paling berhimpit antara skala nonius dan skala utama, pada gambar 1.4 diatas SN yang kita dapatkan adalah 0,035 cm. maka hasil pengukuran yang kita dapatkan adalah
Hasil Ukur = SU + SN HU = 1,7 cm + 0,035 cm HU = 1,735 cm atau 17,35 mm
Jika kita tuliskan hasil pengukuran panjang tersebut adalah (𝟏, 𝟕𝟑𝟓 ± 𝟎, 𝟎𝟎𝟓)𝐜𝐦 atau (𝟏𝟕, 𝟑𝟓 ± 𝟎, 𝟎𝟓)𝐦𝐦 . Bagaimana menurut anda, apakah terlihat sangat mudah? Penggunaan jangka sorong memang mudah, namun perlu kehati-hatian dalam mencermati bagian skala yang berhimpit.
3. Mikrometer Skrup
Mikrometer skrup adalah alat ukur panjang dengan ketepatan (presisi) yang tinggi, lebih tinggi jika kita bandingkan dengan mistar. Digunakan untuk mengukur benda dengan jarak ukur tertentu yakni 0 - 25 mm, 25 - 50 mm, 50 - 75 mm dengan tingkat ketelitian 0.01 mm. Micrometer merupakan alat ukur untuk mengukur panjang atau ketebalan benda. Micrometer digunakan untuk mengukur benda yang sangat tipis, seperti tebal kain, tebal kawat, tebal kertas, bahkan sehelai rambut, lempengan logam, lembaran kayu dan sebagainya, namun alat ukur ini tidak dapat digunakan untuk mengukur benda-benda yang
besar seperti beton, balok kayu yang besar, dinding bata dan lain sebagainya .
Micrometer skrup adalah salah satu alat ukur panjang yang juga memiliki ketelitian lebih tinggi daripada penggaris, kegunaan micrometer skrup ini adalah untuk mengukur ketebalan suatu benda, misalkan lempengan kayu, diameter kelereng, ketebalan dari silinder logam dan lain sebagainya. Baiklah kita pelajari bagian – bagian dari micrometer skrup berikut ini,
Mikrometer skrup memiliki bagian yang hampir sama dengan jangka sorong, yaitu bagian Skala Utama (SU) yang biasa disebut juga dengan selubung dalam dan Skala Nonius (SN) yang disebut dengan selubung luar.
Bagian skala utama dapat kita lihat pada gambar 1.5, skala utama adalah dari 0 – 25 mm, dengan bagian yang dibawah garis adalah ditambah 0,5 mm, sedangkan untuk selubung luar (SN), adalah dari 0 sampai 50 dikalikan dengan 0,01 mm.
Gambar 1.5 Mikrometer Skrup
Perhatikan cara membaca hasil pengukuran Mikrometer Skrup berikut ini,
Gambar 1.6 Hasil pengukuran dengan Mikrometer Skrup
Kita lihat terlebih dahulu bagian dari skala utama, lihat bagian garis yang paling berhimpit dengan selubung luar, dalam hal ini nilainya adalah 6 mm, karena yang paling dekat dengan selubung luar adalah bagian atas dari skala utama.
Kemudian kita lihat kembali bagian skala noniusnya yaitu garis pada selubung luar (SN) yang bertemu dengan garis tengah selubung dalam, dalam hal ini menunjuk ke angka 33. oleh Karena itu dapat kita hitung, Hasil pengukuran = SU + SN, SU adalah 6 mm dan SN adalah 33 x 0,01 mm
SU + SN = 6 mm + 0,33 mm, maka hasilnya adalah 6,33 mm. adapun cara menulis hasil pengukuran dengan benar adalah dengan mengikut sertakan ketelitiannya, sehingga menjadi (6,33 ± 0,005)mm. Bagaimana, apakah dapat dipahami?
b. Alat Ukur Massa
Massa merupakan suatu konsep utama dalam mekanika klasik dan objek lain yang berhubungan. Massa adalah salah satu sifat fisis dari suatu benda, yang secara umum dapat digunakan untuk menggambarkan banyaknya materi yang terdapat dalam suatu benda. Dalam Sistem Internasional, massa diukur dalam satuan kg. Alat yang digunakan untuk mengukur massa biasanya adalah timbangan atau neraca, pada modul ini yang akan kita bahas adalah Neraca Tiga Lengan
Alat ukur Massa yang biasa kita gunakan dalam laboratorium fisika dasar adalah neraca tiga lengan. Mengapa dikatakan demikian, karena pada bagian lengannya terdapat tiga baris lengan, lengan pertama dengan skala 0 – 100 g, lengan kedua dengan skala 0 – 500 g, dan lengan ke tiga 0 – 10 g.
Gambar 1.7 Neraca Tiga Lengan
Bagaimana cara menggunakan neraca ini? Simaklah penjelasan berikut ini,Pertama, pastikan bahwa masing-masing lengan menunjuk ke skala nol, dan jarum penunjuk memperlihatkan kondisi yang seimbang, seperti yang ditunjukkan pada gambar 1.7. kemudian letakkan benda yang ingin kita ukur massanya di atas piringan beban, letakkan dengan posisi yang seimbang ditengah, lalu aturlah ketiga lengan sampai didapat titik indikator keseimbangan sejajar dengan angka
Indikator Seimbang
nol, aturlah mulai dari skala yang terbesar kemudian lanjutkan sampai ke skala yang paling kecil. Lihatlah contoh berikut :
Gambar 1.8 Hasil Pengukuran Neraca Tiga Lengan
Gambar 1.8 menunjukkan hasil pengukuran suatu beban, setelah kita atur pada setiap lengan dan telah mencapai titik kesetimbangan didapatkan pada skala terbesar adalah 300 g, skala menengah adalah 0 g, dan skala yang terkecil 4,6 g, maka kita jumlahkan 300 g + 0 g+ 4,6 g = 306,6 g. Jangan lupa untuk menuliskan ketelitian dari hasil pengukurannya, yaitu setengah dari skala terkecil, dengan begitu hasil pengukuran pada gambar 1.8 adalah (304,6 ± 0,05) g sangat mudah bukan mengoperasikannya?
c. Alat ukur Suhu
Alat ukur suhu yang digunakan pada praktikum fisika dasar adalah thermometer. Termometer adalah alat yang dapat digunakan untuk mengukur suhu. Istilah termometer berasal dari bahasa Latin thermo yang berarti panas dan meter yang berarti mengukur. Prinsip kerja termometer ada bermacam - macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa. Ada bermacam-macam jenis termometer menurut cara kerjanya, yaitu termometer air raksa, termokopel, termometer inframerah, termometer Galileo, termistor, termometer bimetal mekanik.
Gambar 1.9 Termometer Alkohol
Pada gambar 1.9 menunjukkan thermometer alcohol yang biasa kita gunakan pada laboratorium fisika Dasar. Cara penggunaanya sangat sederhana sekali, yaitu pastikan cairan alkohol berwarna merah menunjukkan pada angka suhu ruangan misalkan 25o C, kemudian masukkan ujung thermometer ke dalam wadah cairan yang ingin diukur suhunya, sedangkan ujung yang lain diikatkan dengan tali, tali tersebut yang kita pegang, hindari memegang langsung thermometer agar tidak terganggu skalanya dikarenakan ada pengaruh dari suhu tubuh kita (pengamat), setelah itu lihat hasil pengukurannya sampai suhu tidak ada kenaikan.
Untuk menentukan hasil pengukuran dengan termometer, perhatikanlah gambar berikut ini :
Gambar 1.10 Hasil Pengukuran Termometer Alkohol
Pada gambar 1.10, cairan alkohol menunjukkan pada angka 370 C, oleh karena itu kita tuliskan dengan (37 ± 0,5)0 C. Bagaimana, sangat mudah bukan menggunakan thermometer ini?
d. Alat Ukur Waktu
Alat ukur waktu di laboratorium fisika dasar yang lazim digunakan adalah stopwatch, stopwatch bias berupa stopwatch analog dan stopwatch digital. Untuk penggunaannya praktis lebih mudah menggunakan stopwatch digital karena sudah tertera waktunya dengan tepat berikut menit dan sekon nya. Untuk stopwatch analog, kita memerlukan pemahaman untuk menggunakannya walaupun tidaklah sulit. Pada stopwatch analog, ada dua lingkaran penunjuk waktu, lingkaran besar menunjukkan detik, dan lingkaran kecil menunjukkan menit. Ketelitian stopwatch mencapai 0,5 s.
Gambar 1.11 Stopwatch Analog
Cara menentukan hasil pengukuran stopwatch adalah dengan melihat jarum penunjuknya dimana tepat berada, kemudian dituliskan juga ketelitiana dari stopwatch yang anda gunakan. Sangat mudah ya?
Demikianlah penjelasan mengenai alat-alat ukur yang biasa digunakan pada praktikum fisika dasar satu , untuk lebih memahami masing-masing cara menggunakan dan membaca alat ukur di atas, kerjakanlah latihan berikut ini.
Kemudian Jika anda sudah merasa paham, maka mulai kerjakan tes formatif 2.
Latihan 3
1. Berdasarkan dari pengamatan saudara, bagaimana pengukuran menjadi sangat penting dalam ilmu fisika?
2. Tentukanlah panjang benda yang diukur menggunakan mistar dibawah ini :
3. Tentukanlah hasil pengukuran jangka sorong pada gambar di bawah ini :
4. Tentukanlah hasil dari pengukuran ketebalan kertas buku tulis menggunakan micrometer skrup berikut ini,
5. Tentukan hasil pengukuran massa berikut ini :
Jawaban 3
1. Ilmu fisika dalam perkembangannya dan keutamaannya dalam membangun prinsip- prinsip, teori mengenai alam semesta, tak luput dari pengukuran.
(2,1 ± 0,05) cm (2,250 ± 0,005) cm (10,86 ± 0,005)mm (211,3 ± 0,05)g
Rangkuman 3
Kegiatan membandingkan besaran yang diukur dengan besaran lain sejenis yang dipakai sebagai acuan disebut dengan pengukuran. Dalam praktikum fisika dasar 1 di laboratorium kita mengenal berbagai macam alat ukur, yaitu alat ukur yaitu
1. Mistar
Mistar adalah alat ukur panjang sederhana yang cara pakainya yaitu dengan mensejajarkan benda dengan mistar, ketelitian mistar adalah 0,05 cm dengan skala terkecil 0,1 cm.
2. Jangka Sorong
Jangka Sorong adalah alat ukur panjang yang memiliki ketelitian lebih tinggi daripada mistar, cara pakainya yaitu dengan meletakkan benda yang diukur pada rahang atas atau rahang bawah, rahang atas dipakai untuk mengukur diameter dalam, dan rahang bawah untuk mengukur diameter luar. Cara menentukan hasil pegukuran adalah dengan menjumlahkan SU dengan SN. ketelitian jangka sorong adalah 0,005 cm dengan skala terkecil 0,01 cm.
3. Micrometer skrup
micrometer skrup adalah alat ukur panjang yang digunakan untuk mengukur ketebalan benda seperti kertas, lempeng logam, lembaran kayu dan sebagainya, cara pakainya yaitu dengan menjepit benda yang diukur pada landasan dan batang pengukur. Cara
menentukan hasil pegukuran adalah dengan menjumlahkan SU dengan SN. ketelitian micrometer skrup adalah 0,005 mm dengan skala terkecil 0,01 mm.
4. Neraca Tiga Lengan
Neraca Tiga Lengan adalah alat ukur massa yang dipakai saat praktikum fisika dasar, neraca ini memiliki ketelitian 0,5 g. lengan pertama dengan skala ratusan, lengan kedua dengan skala puluhan dan lengan ketiga dengan skala satuan. Cara menentukannya dengan menjumlahkan ketiga lengan tersebut.
5. Termometer
Thermometer dalah alat ukur suhu yang biasa digunakan pada praktikum fisika dasar 1, thermometer yang dipakai adalah thermometer alcohol dengan ketelitian 0,50 C 6. Stopwatch
Stopwatch adalah salah satu alat ukur waktu dilaboratorium, stopwatch ada yang berbentuk analog dan ada yang berbentuk digital. Stopwatch ini memiliki ketelitian 0,5 s.
Tes Formatif 3
1. Membandingkan besaran yang diukur dengan besaran lain yang sejenis sebagai acuan disebut dengan :
a. Penimbangan b. Pengukuran c. Perhitungan d. Penalaran
2. Tentukanlah panjang benda berikut ini :
a. (6,5 ± 0,05) cm b. (7,0 ± 0,05) cm c. (7,3 ± 0,05) cm d. (7,5 ± 0,05) cm
3. Bagaimana posisi mata pengamat saat melihat hasil pengukuran pada skala?
a. Sejajar b. Tegak Lurus c. Berhimpit d. Sama Rata
4. Bagaimana letak benda yang diukur terhadap alat ukur mistar agar hasilnya didapat dengan akurat?
a. Sejajar b. Tegak Lurus
c. Berhimpit d. Sama rata
5. Tentukanlah hasil pengukuran dari jangka sorong berikut ini :
a. (2,240± 0,005) cm b. (2,250± 0,005) cm c. (2,260± 0,005) cm d. (2,270± 0,005) cm
6. Tentukanlah hasil pengukuran dari micrometer skrup berikut ini :
a. (14,05 ± 0,005)mm b. (15,00 ± 0,005)mm c. (15,08 ± 0,005)mm d. (16,00 ± 0,005)mm
7. Berdasarkan pengamatan saudara, berapakah hasil pengukuran massa berikut ini :
a. (147,35 ± 0,05) g
b. (147,40 ± 0,05) g c. (147,45 ± 0,05) g d. (147,50 ± 0,05) g
8. Di gurun pasir yang sangat panas, seorang pengamat meletakkan termometernya dan memperlihatkan kenaikan cairan alkoholnya seperti pada gambar berikut ini :
Tentukanlah berapa suhu gurun pasir tersebut dalam skala celcius ! a. (48 ,0 ± 0,5)0 C
b. (48,5 ± 0,5)0 C c. (49,0 ± 0,5)0 C d. (49,5 ± 0,5)0 C
9. Berdasarkan pengamatan saudara, mengapa kita tidak dianjurkan untuk menyentuh badan thermometer langsung dengan tangan? Manakah yang paling tepat
a. Karena panas
b. Karena suhu tubuh akan mempengaruhi kenaikan cairan alcohol c. Karena suhu tubuh membuat cairan alcohol menguap
d. Karena khawatir kaca thermometer pecah 10. Tentukanlah hasil pengukuran waktu berikut ini :
a. (15,0 ± 0,5 ) s b. (15,2 ± 0,5 ) s
c. (15,3 ± 0,5 ) s d. (15,5 ± 0,5 ) s
