FISIKA DASAR BERBASIS AL-QUR AN UNTUK PGMI

(1)

FISIKA DASAR BERBASIS AL-QUR’AN UNTUK PGMI Selvi Fauziyah, M.Pd

Editor: Drs. H. Zainul Hasan, M.Ag

INSTITUT AGAMA ISLAM NEGERI MADURA

2021

(2)

PRAKATA

Alhamdulillah, segala puji bagi Allah SWT. Tuhan semesta alam yang selalu mencurahkan kasih sayang, ilmu, dan wawasan yang luas kepada penulis sehingga mampu menyelesaikan buku ajar fisika dasar berbasis al-Qur’an. Sholawat serta salam semoga senantiasa tercurahkan kepada Rasulullah Muhammad SAW. Semoga kita mendapat syafa’at dari beliau di dunia hingga akhirat.

Mata kuliah Fisika Dasar merupakan jenis mata kuliah keilmuan dan keterampilan di program studi Pendidikan Guru Madrasah Ibtidaiyah Institut Agama Islam Negeri Madura.

Buku ajar Fisika Dasar ini berisi teori dan konsep fisika dasar untuk mahasiswa PGMI yang berbasis Al-Qur’an. Program kuliah direncanakan menggunakan pendekatan sudent center learning dimana mahasiswa harus aktif mencari bahan-bahan sendiri melalui text book maupun melalui online reading yang direkomendasikan.

Mudah-mudahan buku ajar Fisika Dasar Berbasis Al-Qur’an ini dapat menambah bahan belajar bagi mahasiswa PGMI. Terimakasih kepada seluruh pihak yang telah membantu penyusunan buku ajar ini. Demi penyempurnaan buku ajar ini, kami mengharapkan kepada semua pihak untuk dapat memberikan saran dan masukan.

Penulis Selvi Fauziyah, M.Pd

(3)

SANWACANA

Alhamdulillah segala puji syukur kepada Allah SWT dalam siap pages di kehidupan penulis. Berkat rahmat dan karunia-Nya penulis Bisa menyelesaikan penyusunan buku yang berjudul “Fisika Dasar Berbasis Al-Qur’an untuk PGMI” dengan baik.

Pada kesempatan ini penulis menyampaikan terima kasih yang begitu tulus kepada beberapa pihak, atas segala bantuan, bimbingan, dan dukungan yang diberikan kepada penulis dalam menyelesaikan buku ini. Peulis mengucapkan terima kasih kepada;

1. Bpk Dr. H. Mohammad Kosim, M.Ag selaku Rektor IAIN Madura.

2. Bpk Dr. H. Atiqullah, M.Pd. selaku Dekan Fakultas Tarbiyah IAIN Madura.

3. Bpk Drs. H. Zainul Hasan, M.Ag. selaku pendamping dan editor dalam penyempurnaan penulisan buku ini.

4. Ibu Aflahah, M.Pd selaku Ketua Program Studi Pendidikan Guru Madrasah Ibtidaiyah IAIN Madura.

5. Keluarga di rumah, utamanya suami tercinta Abisibah, S.Pd yang telah sabar menanti, menjaga dan mendidik putri tersayang Qisya Amira Aisyah.

6. Semua pihak yang membantu dalam penyelesaian buku ini.

(4)

DAFTAR ISI

PRAKATA ... ii

SANWACANA ... iii

DAFTAR ISI ... iv

BAB 1 BESARAN DAN SATUAN 1.1. PENDAHULUAN ... 2

1.2. PENYAJIAN MATERI ... 2

1.2.1. Besaran ... 2

1.2.2. Satuan ... 4

1.2.3. Konversi Satuan ... 5

1.2.4. Dimensi Besaran-besaran Fisik ... 6

1.2.5. Notasi Ilmiah ... 7

1.3. RANGKUMAN ... 8

1.4. LATIHAN/TUGAS ... 9

1.5 RUJUKAN ... 12

1.6 BACAAN YANG DIANJURKAN ... 12

BAB 2 SISTEM PENGUKURAN 2.1. PENDAHULUAN ... 13

2.2.1. Pengertian Pengukuran ... 14

2.2.2. Alat Ukur ... 15

2.2.3. Pengukuran Tunggal ... 26

2.2.4. Pengukuran Berulang ... 27

2.2.5. Cara Melaporkan Hasil Pengukuran ... 29

2.5. RUJUKAN ... 35

2.6. BACAAN YANG DIANJURKAN ... 35

BAB 3 GAYA 3.1. PENDAHULUAN ... 36

3.2.1. Pengertian Gaya ... 37

3.2.2. Jenis-Jenis Gaya ... 41

(5)

3.2.4. Hukum-Hukum Newton ... 66

3.2.5. Gaya pada Fenomena di Sekitar Kita ... 69

RANGKUMAN ... 73

LATIHAN/TUGAS ... 77

3.3. RUJUKAN ... 78

BAB 4 USAHA (KERJA) DAN ENERGI 4.1. PENDAHULUAN ... 79

4.2.1. Usaha (Kerja) ... 80

4.2.2. Efek Usaha (Kerja) Pada Laju Benda ... 82

4.2.3. Energi (Tenaga)... 84

4.2.4 Daya ... 91

4.2.5 Perubahan Energi dan Sumber Energi ... 92

4.5. RUJUKAN ... 97

BAB 5 PESAWAT SEDERHANA 3.1. Pendahuluan ... 98

3.2. Penyajian materi ... 99

3.2.1. Pengertian Pesawat Sederhana ... 99

3.2.2. Pengungkit atau Tuas ... 100

3.2.3. Bidang Miring ... 105

3.2.4. Katrol ... 108

3.2.5 Roda Beporos (Gear) ... 110

5.3 Rangkuman ... 113

5.4 Latihan/Tugas ... 115

5.5 Rujukan ... 118

5.6 Bacaan yang Dianjurkan ... 119

BAB 6 SUHU DAN KALOR 6.1 Pendahuluan ... 120

6.2 Penyajian materi ... 121

6.2.1 Suhu ... 121

6.2.2 Alat Ukur Suhu ... 123

6.2.3 Skala dan Konversi Antar Skala Suhu ... 127

(6)

6.2.4 Kalor ... 130

6.2.5 Beberapa Fenomena yang Diakibatkan Kalor ... 131

6.2.6 Perpindahan Kalor... 132

6.5 Rujukan ... 137

BAB 7 SISTEM TATA SURYA 7.1 Pendahuluan ... 139

7.2 Penyajian materi ... 140

7.2.1 Sistem Tata Surya ... 140

7.2.2 Anggota Tata Surya ... 141

7.2.3 Distribusi Massa ... 145

7.2.4 Teori Pembentukan Tata Surya ... 146

7.2.5 Planet, Asteroid, Meteoroid, dan Komet ... 148

7.2.6 Pergerakan Bumi dan Gerhana... 156

7.5 Rujukan ... 170

LAMPIRAN-LAMPIRAN ... 172

DAFTAR PUSTAKA ... 173

GLOSARI (DAFTAR ISTILAH) ... 175

INDEX ... 178

(7)

BAB I

BESARAN DAN SATUAN

1.1. PENDAHULUAN

Perbedaa nmendasar antara Fisika dengan ilmu-ilmu lainnya terletak pada besaran dan satuan yang dimilikinya. Komponen besaran dan satuan dalam fisika merupakan satu kesatuan yang tidak dapat dipisahkan satu sama lain, misalnya tinggi seseorang adalah 175 cm (175 merupakan besaran dan cm merupakan satuan). Besaran dan satuan yang digunakan dalam fisika merupakan besaran baku yang berlaku secara internasional.

Pembahasan pada bab 1 ini meliputi besaran, satuan, konversi satuan, dimensi besaran dan notasi ilmiah yang diintegrasikan dengn ayat-ayat Al-Qur’an. Secara umum, capaian yang diharapkan pada bab ini adalah Mahasiswa PGMI mampu menjelaskan konsep besaran dan satuan serta menganalisis besaran dan satuan tersebut berbasis Al-Qur’an.

1.2. PENYAJIAN MATERI 1.2.1. Besaran

Besaran fisika adalah sifat benda atau gejala alam yang dapat diukur. Beberapa contoh besaran fisika adalah panjang, massa, lama waktu perjalanan, suhu udara, ketebalan benda, kecepatan mobil, terang cahaya, arus listrik yang mengalir dalam kabel, energi dalam sebuah mesin, tegangan listrik, dan masssa jenis air.

Besaran terbagi menjadi duan bagian yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang menjadi dasar dari besaran turunan.

Sedangkan besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok.

1. Besaran Pokok

Komite saintis internasional telah menetapkan tujuh besaran pokok yang didasarkan atas diskusi dan perdebatan antar ahli fisika di seluruh dunia dengan beberapa alasan:

a. Tujuh besaran tersebut merupakan jumlah paling sedikit yang masih memungkinkan besaran-besaran lain dapat diturunkan. Jika kurang dari tujuh maka ada besaran lain yang tidak dapat diperoleh dari besaran pokok.

b. Tujuh besaran yang ada pada tabel 1.1 dapat diukur dengan ketelitian sangat tinggi.

Karena besaran pokok akan menurunkan besaran lain maka besaran-besaran tersebut harus dapat ditentukan dengan sangat teliti.

(8)

c. Besaran massa, panjang, dan waktu telah memiliki sejarah penggunaan yang sangat lama dalam mekanika. Maka dalam penentuan besaran pokok, ketiga besaran tersebut dimasukkan.

Tabel 1.1 Tujuh besaran pokok

Besaran Pokok Kegunaan

Panjang Mengukur panjang benda

Massa Mengukur massa atau kandungan materi benda Waktu Megukur selang waktu dua peristiwa atau kejadian

Kuat arus listrik Mengukur arus listrik atau aliran muatan listrik dari satu tempat ke tempat lain

Suhu Mengukur seberapa panas atau dingin suatu benda Intensitas cahaya Mengukur seberapa terang cahaya yang jatuh pada benda Jumlah zat Mengukur jumlah partikel yang terkandung dalam benda

Semua besaran selain tujuh besaran pokok di atas termasuk besaran turunan.

Karena jumlah besaran fisika sangat banyak maka bisa dikatakan bahwa hampir semua besaran fisika merupakan besaran turunan. Beberapa contoh besaran turunan yang sering kita dengar atau gunakan adalah luas, massa jenis, volume, kecepatan, dan lain- lain.

2. Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran fisis yang terdiri dari dua atau lebih besaran yang dapat diturunkan dari beberapa besaran pokok. Misalnya, besaran turunan kecepatan merupakan hasil bagi antara jarak dan waktu. Besaran turunan lain yang sering digunakan dalam kehidupan sehari-hari, diantaranya luas, volume, kecepatan, percepatan, momentum, gaya, usaha, dan daya. Tabel berikut ini merupakan besaran yang diturunkan dari beberapa besaran pokok.

Tabel 1.2 Beberapa Besaran Turunan yang Diturunkan dari Besaran Pokok Besaran Turunan Simbol Besaran

Luas L

Volume V

Kecepatan V

Percepatan A

(9)

Besaran Turunan Simbol Besaran

Gaya F

Usaha/Energi W/E

Daya P

Contoh Soal 1.1

Tentukanlah satuan dari besaran turunan berikut ini!

1. Gaya

2. Energi potensial 3. Massa jenis zat cair Penyelesaian

1. Satuan dari gaya adalah: 𝐹 = 𝑚. 𝑎 = 𝑘𝑔^𝑚

𝑠²

2. Satuan dari energi potensial: 𝐸𝑝 = 𝑚. 𝑔. ℎ = 𝑘𝑔.^𝑚

𝑠². 𝑚 = 𝑘𝑔^𝑚²

𝑠²

3. Satuan dari massa jenis zat cair adalah: 𝜌 =^𝑚

𝑉 = ^𝑘𝑔

𝑚³

1.2.2. Satuan

Satuan adalah tetapan yang ditentukan dan disetujui oleh para ilmuwan di seluruh dunia untuk mengukur besaran, misalnya, besaran panjang satuannya meter (m). Kita bisa menggunakan perumpamaan lain untuk satuan besaran tetapi harus disetujui oleh para ilmuwan fisika di seluruh dunia. Allah telah berfirman dalam Q.S. Al-ankabut : 43, tentang perumpamaan yang hanya difahami oleh orang-orang yang berilmu.

َن ْوُمِلٰعْلا َّلاِإ آَهُلِقْعَياَم َو ۖساَّنلِل اَهُب ِرْضَن ُلٰثْم َلأْا َكْلِت َو Artinya: “Dan perumpamaan-perumpamaan ini kami buatkan untuk manusia, dan tiada memahaminya kecuali orang-orang yang berilmu.” (Q.S Al-Ankabut: 43) Pemilihan satuan standar untuk besaran-besaran pokok menghasilkan suatu sistem satuan. Sistem satuan yang digunakan secara universal dalam masyarakat ilmiah adalah Systeme International (SI). General Conference on Weights and Measures ke- 14 pada tahun 1971 memilih tujuh besaran menjadi besaran pokok dan menjadi dasar terbentuknya Satuan Sistem Internasional sebagaimana tabel dibawah ini.

Tabel 1.3 Satuan dari Besaran Pokok dalam SI

Besaran Nama Satuan Simbol Satuan

Panjang Meter M

Waktu Sekon S

(10)

Besaran Nama Satuan Simbol Satuan

Massa Kilogram Kg

Suhu Kelvin K

Jumlah zat Mole Mol

Arus listrik Ampere A

Intensitas cahaya Candela Cd

Semua besaran fisik dapat dinyatakan dalam beberapa satuan-satuan pokok.

Misalnya, kelajuan dinyatakan dalam satuan panjang dan satuan waktu, contohnya meter per sekon atau mil per jam. Ada banyak besaran yang akan dipelajari dalam fisika, seperti gaya, momentum, usaha, energi, dan daya, dapat dinyatakan dalam tiga besaran pokok yaitu panjang, waktu, dan massa. Beberapa kombinasi satuan yang sering digunakan dinamai khusus, misalnya satuan SI untuk gaya, kg.m/s², disebut newton (N), dan daya, kg.m²/s³ = N.m/s, disebut watt (W).

Tabel 1.4 Satuan dari Besaran Turunan dalam SI Besaran

Turunan

Simbol Besaran Satuan Turunan Simbol Satuan

Luas A Meter kuadrat m²

Volume V Meter kubik m³

Kecepatan V Meter per detik m/s

Percepatan A Kecepatan per waktu m/s²

Tekanan P Gaya per luas Kg/ms² (Pa)

Gaya F Kilogram meter per detik Kg m/s²

Usaha W Kilogram meter kuadrat per

detik kuadrat

Kgm²/s² (J)

Daya P Usaha per waktu Kgm²/s³ (W)

1.2.3. Konversi Satuan

Suatu besaran fisik jika dijumlahkan, dikurangkan, dikalikan, atau dibagikan dalam suatu besaran persamaan aljabar, maka satuannya juga harus dikonversi dengan metode konversi link berantai (chain link convertion). Kita mengalikan pengukuran asli dengan faktor konversi (rasio antara satuan-satuan yang setara dengan 1). Misalnya, 1 menit sama dengan 60 detik yang disebut dengan interval waktu, maka

(11)

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

60 𝑠 = 1 𝑑𝑎𝑛 60 𝑠

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = 1 Dengan demikian, rasio (^{1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡}

60 𝑠 ) 𝑑𝑎𝑛 ( ^{60 𝑠}

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡) dapat digunakan sebagai faktor konversi. Hal ini berbeda dengan menulis ¹

60= 1 atau 60 = 1, karena jika menulis suatu besaran harus menuliskan angka dan satuannya. Faktor konversi ini bisa digunakan dimana saja dan kapan saja karena untuk menghilangkan satuan yang tidak diinginkan.

Misalnya, untuk mengubah 2 menit menjadi detik, dapat dilakukan 2 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 = (2 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡)(1) = (2 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡) ( 60 𝑠

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡) = 120 𝑠

Apabila kita memasukkan faktor konversi tetapi satuan yang tidak diinginkan tidak hilang, maka balik faktornya dan coba lagi karena satuan mengikuti aturan aljabar yang sama dengan variabel dan angkanya.

1.2.4. Dimensi Besaran-besaran Fisik

Luas suatu permukaan diperoleh dengan mengalikan panjang satu sisi dengan sisi lainnya. Misalnya, luas suatu persegi dengan sisi-sisinya 2 m adalah A = (2m)(2m) = 2 m². Satuan luas adalah meter persegi karena luas merupakan hasil kali dua besaran panjang maka dikatakan bahwa luas mempunyai dimensi panjang kali panjang atau panjang pangkat dua, ditulis L². Hal ini berlaku juga untuk besaran lainnya.

Tabel 1.5 Dimensi Besaran Pokok dalam SI

Besaran Nama

Satuan

Simbol Satuan

Lambang Dimensi Besaran

Panjang Meter M [L]

Waktu Sekon S [T]

Massa kilogram Kg [M]

Suhu Kelvin K [Θ] (theta)

Jumlah zat Mole Mol [N]

Arus listrik ampere A [I]

Intensitas cahaya candela Cd [J]

Tabel 1.6 Dimensi Besaran Turunan

Besaran Simbol Besaran Simbol Satuan Lambang Dimensi Besaran

Luas A m² [L²]

Volume V m³ [L³]

(12)

Besaran Simbol Besaran Simbol Satuan Lambang Dimensi Besaran

Kecepatan V m/s [L/T]

Gaya F Kg m/s² [ML/T²]

Usaha / energi W / E Kg m²/s² [ML²/T²]

Tekanan P Pa atau kg/ms² [M/LT²]

Rapat arus

listrik J A/m² [I/L²]

Seringkali kita menemukan kesalahan dalam suatu perhitungan dengan memeriksa dimensi atau satuan besaran didalamnya. Misalkan, kita ingin menghitung luas lingkaran dengan rumus A = 2πr. Kita akan mengetahui kalau rumus ini salah karena persamaan 2πr mempunyai dimensi panjang, sedangkan luas harus mempunyai dimensi panjang pangkat dua, jadi rumus luas lingkaran yang benar adalah A = 2πr². Contoh lain, rumus untuk jarak x dibawah ini:

𝑥 = 𝑣𝑡 +¹

2𝑎𝑡 (1.1)

Dengan t adalah waktu, v adalah kelajuan, dan a adalah percepatan, yang mempunyai dimensi L/T². Dengan melihat dimensi masing-masing besaran kita akan mengetahui bahwa rumus tersebut salah. Karena x mempunyai dimensi panjang, maka tiap suku dalam ruas kanan juga harus mempunyai dimensi panjang. Suku vt mempunyai dimensi panjang, tetapi suku ½at tidak memiliki dimensi panjang yaitu (L/T²)T = L/T. Sehingga rumus jarak yang sebenarnya:

𝑥 = 𝑣𝑡 −¹

2𝑎𝑡² (1.2) 1.2.5. Notasi Ilmiah

Untuk menyatakan besaran yang sangat besar dan besaran yang sangat kecil dalam fisika, digunakan notasi ilmiah, yang menggunakan pangkat dari 10, contohnya:

9.670.000.000 m = 9,67 x 10⁹m dan

0,000.000.537 = 5,37 x 10^-7 s

Notasi ilmiah dalam komputer terkadang hanya menggunakan huruf E artinya eksponen dari 10, semisal 9,67 E9 dan 5,37 E^-7. Bahkan di kalkulator lebih singkat lagi, E diganti dengan spasi kosong. Beberapa awalan yang sudah ditetapkan dalam satuan

(13)

Tabel 1.7 Awalan dalam satuan SI

Faktor Awalan^@ Simbol

10²⁴ Yotta- Y

10²¹ Zetta- Z

10¹⁸ Eksa- E

10¹⁵ Peta- P

10¹² Tera- T

10⁹ Giga- G

10⁶ Mega- M

10³ Koli- k

10² Hekto- h

10¹ Deka- da

10^-1 Desi d

10^-2 Senti- c

10^-3 Milli m

10^-6 Micro- µ

10^-9 Nano- n

10^-12 Piko- p

10^-15 Femto- f

10^-18 Atto- a

10^-21 Zepto- z

10^-24 Yokto- y

@Awalan yang paling sering digunakan ditunjukkan dengan tulisan bercetak tebal Contoh soal 1.2

Sebuah pengukuran dinyatakan: a x 10^b Keterangan: a = bilangan asli dari 1 – 9

b = pangkat yang merupakan bilangan bulat misalkan:

 250.000 ditulis 2,5 x 10⁵

 0,054 ditulis 5,4 x 10^-2 1.3. RANGKUMAN

1. Ayat yang berkaitan dengan materi besaran dan satuan adalah Q.S. Al-ankabut : 43, tentang perumpamaan yang hanya difahami oleh orang-orang yang berilmu.

(14)

2. Besaran fisika adalah sifat benda atau gejala alam yang dapat diukur. Besaran terbagi menjadi dua bagian yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok didefinisikan sebagai besaran yang menjadi dasar dari besaran turunan. Sedangkan besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok.

3. Besaran pokok ada tujuh macam yaitu, panjang, massa, waktu, kuat arus listrik, suhu, intensitas cahaya, dan jumlah zat. Selain tujuh besaran tersebut bisa dikatakan sebagai besaran turunan, seperti luas, volume, kecepatan, percepatan, tekanan, gaya, usaha, dan daya.

4. Satuan adalah tetapan yang ditentukan dan disetujui oleh para ilmuwan di seluruh dunia untuk mengukur besaran. Pemilihan satuan standar untuk besaran-besaran pokok menghasilkan suatu sistem satuan. Sistem satuan yang digunakan secara universal dalam masyarakat ilmiah adalah Systeme International (SI).

5. Suatu besaran fisik jika dijumlahkan, dikurangkan, dikalikan, atau dibagikan dalam suatu besaran persamaan aljabar, maka satuannya juga harus dikonversi dengan metode konversi link berantai (chain link convertion).

6. Dimensi besaran digunakan untuk menunjukkan benar atau salah suatu rumus yang akan digunakan. Sedangkan notasi ilmiah digunakan untuk menyatakan besaran yang sangat besar dan besaran yang sangat kecil dalam fisika.

1.4. LATIHAN/TUGAS

I. Pilihlah jawaban yang benar di bawah ini dengan memberi tanda (X)!

1. Di antara kelompok besaran di bawah ini yang hanya terdiri dari besaran turunan saja adalah

a. Kuat arus, massa, gaya b. Suhu, massa, volume

c. Waktu, momentum, percepatan d. Usaha, momentum, percepatan e. Kecepatan, suhu, jumlah zat

2. Satuan-satuan berikut ini merpakan satuan pokok, kecuali a. Kelvin, mole, celcius

b. Meter, sekon, candela c. Celcius, kilogram, mole

(15)

3. Kuat medan listrik pada sebuah titik mempunyai satuan a. Meter/volt

b. Newton.Coulomb c. Volt.meter

d. Newton/Coulomb e. Coulomb/Newton

4. Tentukanlah satuan dari besaran turunan berikut ini!

a. Percepatan b. Momentum c. Frekuensi d. Berat jenis e. Daya

5. Besaran yang dimensinya ML^-1T^-2 adalah a. Gaya

b. Tekanan c. Energi d. Momentum e. Percepatan

6. Dimensi energi potensial adalah a. MLT^-1

b. MLT^-2 c. ML^-1T^-2 d. ML²T² e. ML^-2T^-1

7. Dimensi konstanta pegas adalah a. LT^-1

b. MT^-2 c. MLT^-1 d. MLT^-2 e. ML²T¹

8. Kelompok besaran berikut yang merupakan besaran pokok adalah a. Panjang, kuat arus, kecepatan

b. Intensitas cahaya, berat, waktu c. Jumlah zat, suhu, massa

(16)

d. Percepatan, kuat arus, gaya e. Panjang, berat, intensitas cahaya

9. Besaran berikut yang dimensinya sama dengan dimensi berat adalah a. Momentum

b. Implus c. Daya d. Energi e. Gaya

10. Perhatikan tabel di bawah ini!

No Besaran Satuan Dimensi

1 Momentum Kg ms^-1 MLT¹

2 Gaya Kg ms^-2 MLT^-2

3 Daya Kg m²s^-3 MLT^-3

Dari tabel di atas yang mempunyai satuan dan dimensi yang benar adalah a. 1 saja

b. 1 dan 2 c. 1,2, dan 3 d. 1 dan 3 e. 2 dan 3

II. Jawablah pertanyaan di bawah ini dengan baik dan benar!

1. Tuliskan ayat Al-Qur’an yang berkaitan dengan materi besaran dan satuan!

2. Tentukanlah besaran dan dimensi dari besaran turunan berikut ini!

a. Percepatan b. Momentum c. Frekuensi d. Berat jenis e. Daya

3. Kuat medan listrik pada sebuah titik mempunyai satuan?

4. Satuan energi selain joule juga dapat dinyatakan sebagai?

5. Tuliskan notasi ilmiah dari hasil pengukuran:

a. 0,0002 b. 0,18

(17)

1.5 RUJUKAN

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker. (2010). FISIKA DASAR Edisi 7 Jilid 1, ed. by Wibi Hardani, Ade M. Drajat, Lemeda Sinarmata, 7th edn. Jakarta:

PT. Gelora Aksara Pratama

M.Pd.I. Romlah Dra, Ayat-ayat Al-Qur’an Dan Fisika, Journal of Chemical Information and Modeling, 1981, LIII.

1.6 BACAAN YANG DIANJURKAN

Paul A. Tipler, FISIKA Untuk Sains Dan Teknik, ed. By Joko Sutrisno, 3rd edn (Jakarta:

PT. Gelora Aksara Pratama, 1998).

(18)

BAB 2

SISTEM PENGUKURAN

Pengukuran dan perbandingan menjadi dasar dari sains. Sehingga harus ada aturan yang mengatur tentang bagaimana sesuatu diukur dan dibandingkan, eksperimen juga dibutuhkan dalam menetapkan satuan dari pengukuran dan perbandingan tersebut. Salah satu tujuan dari fisika adalah untuk merancang dan melaksanakan eksperimen tersebut.

Semisal, seorang ahli fisika berusaha mengembangkan jam dengan akurasi tinggi sehingga interval waktu dapat ditentukan dan dibandingkan dengan tepat. Manfaat jam dengan akurasi yang tinggi saat ini adalah GPS (Global Positioning System).

Ayat Al-Qur’an yang menjelaskan tentang pengukuran ini adalah QS. Al-Qamar : 49 dan QS. Al-Fruqon : 2.

ٍرَدَقِب ُهٰنْقَلَخ ٍءْيَش َّلُك اَّنِإ

Artinya: “Sesungguhnya Kami menciptakan segala sesuatu menurut ukuran”. (QS. Al-Qamar : 49)

َّلُك َقَلَخ َو ِكْلُملْا ىِف ٌكْي ِرَش ٗهَل ْنُكَي ْمَل َّو اًدَل َو ْذ ِخَّتَي ْمَل َو ِض ْرَلاْا َو ِت ٰو ٰمَّسلا ُكْلُم ُهَل ْيِذَّلا ا ًرْيِدْقَت ٗه َرَّدَقَف ٍءْيَش

Artinya: “yang kepunyaan-Nya-lah kerajaan langit dan bumi, dan Dia tidak mempunyai anak, dan tidak ada sekutu bagi-Nya dalam kekuasaan(Nya), dan Dia telah menciptakan segala sesuatu, dan Dia menetapkan ukuran-ukurannya dengan serapi-rapinya”.

(QS. Al-Furqon : 2)

Kedua ayat diatas mengisyaratkan “ukuran” adalah apa yang ada di alam ini dapat dinyatakan dalam dua peran, yang pertama sebagai bilangan dengan sifat dan ketelitian yang terkandung didalamnya dan yang kedua sebagai hukum atau aturan.

Pembahasan pada bab 2 ini meliputi pengetian pengukuran, alat ukur, pengukuran tunggal, pengukuran berulang, serta angka penting dan pengukurannya yang diintegrasikan dengn ayat-ayat Al-Qur’an. Secara umum, capaian yang diharapkan pada bab ini adalah Mahasiswa PGMI mampu menjelaskan dan menganalisis konsep sistem pengukuran tersebut berbasis Al-Qur’an.

(19)

2.2. PENYAJIAN MATERI 2.2.1. Pengertian Pengukuran

Pengukuran adalah suatu kegiatan yang dilakukan terhadap suatu objek tertentu dengan menggunakan alat ukur yang bersesuaian dengan objek yang diukur. Jadi, mengukur adalah membandingkan suatu objek yang akan diukur dengan suatu alat yang dianggap sebagai ukuran standar. Alat ukur yang digunakan haruslah memperhatikan nilai objek yang akan diukur agar sesuai dengan peruntukannya.

Misalnya, apabila kita ingin mengukur lebar sebuah buku tulis maka alat ukur yang tepat digunakan adalah mistar atau penggaris. Sebaliknya, mengukur ketebalan sehelai rambut misalnya, jika alat ukur yang digunakan penggaris maka hasil yang akan diperoleh tidak akan sahih, jadi yang paling tepat digunakan adalah mikrometer.

Pengukuran besaran fisis dalam fisika dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu pengukuran langsung dan pengukuran tidak langsung. Pengukuran langsung dapat dilakukan dengan menggunakan alat langsung hingga diperoleh besaran fisis yang dikehendaki secara langsung pula. Misalnya, untuk mengukur besarnya kuat arus listrik yang mengalir melalui suatu rangkaian tertutup dapat digunakan alat amper meter, sedangkan pengukuran tidak langsung, yaitu pengukuran suatu besaran yang diperoleh melalui besaran lain, misalnya untuk mengukur besarnya percepatan gravitasi bumi di suatu tempat di atas permukaan bumi, kita tidak dapat melakukannya secara langsung tetapi melalui pengukuran panjang tali dan periode dalam suatu percobaan bandul matematis.

Peranan pengukuran dalam kehidupan sehari-hari sangat penting. Seorang tukang jahit pakaian mengukur panjang kain untuk dipotong sesuai dengan pola pakaian yang akan dibuat dengan menggunakan meteran pita. Penjual daging menimbang massa daging sesuai kebutuhan pembelinya dengan menggunakan timbangan duduk.

Seorang petani tradisional mungkin melakukan pengukuran panjang dan lebar sawahnya menggunakan satuan bata, dan tentunya alat ukur yang digunakan adalah sebuah batu bata. Tetapi seorang insinyur sipil mengukur lebar jalan menggunakan alat meteran kelos untuk mendapatkan satuan meter.

Beberapa aspek pengukuran yang harus diperhatikan yaitu ketepatan (akurasi), kalibrasi alat, ketelitian (presisi), dan kepekaan (sensitivitas). Dengan aspek-aspek pengukuran tersebut diharapkan mendapatkan hasil pengukuran yang akurat dan benar.

Pada buku ajar ini, akan dibahas secara terbatas bagaimana cara menggunakan

(20)

alat ukur yang sesuai untuk pengukuran panjang, waktu, dan massa. Kemudian akan dilanjutkan dengan penulisan hasil pengukuran baik secara langsung maupun melalui perhitungan.

2.2.2. Alat Ukur

Berikut ini akan kita bahas pengukuran besaran-besaran fisika, meliputi panjang, massa, waktu, suhu.

a. Pengukuran Panjang

Alat ukur yang digunakan untuk mengukur panjang benda haruslah sesuai dengan ukuran benda. Sebagai contoh, untuk mengukur lebar buku kita gunakan pengaris, sedangkan untuk mengukur lebar jalan raya lebih mudah menggunakan meteran kelos.

Beberapa alat yang dapat digunakan dalam mengukur panjang, yaitu mistar atau penggaris, mikrometer sekrup, dan jangka sorong.

1. Mengukur Panjang dengan Mistar atau Penggaris

Mistar atau penggaris selain dapat digunakan untuk mengukur panjang atau lebar suatu benda juga dapat digunakan untuk menggambar suatu garis. Mistar atau penggaris berbagai macam jenisnya, seperti penggaris yang berbentuk lurus, berbentuk segitiga yang terbuat dari plastik atau logam, mistar tukang kayu, dan penggaris berbentuk pita (meteran pita). Mistar mempunyai batas ukur sampai 1 meter, sedangkan meteran pita dapat mengukur panjang sampai 3 meter. Mistar memiliki ketelitian 1 mm atau 0,1 cm.

Gambar 2.1 Macam-macam Mistar atau Penggaris

Posisi mata harus melihat tegak lurus terhadap skala ketika membaca skala mistar. Hal ini untuk menghindari kesalahan pembacaan hasil pengukuran akibat beda sudut kemiringan dalam melihat atau disebut dengan kesalahan paralaks.

(21)

Gambar 2.2 Pembacaan Skala Pada Mistar

Pembacaan pada alat ukur ini kurang teliti dbandingkan dengan mikrometer sekrup dan jangka sorong. Kelebihannya adalah dapat digunakan utuk mengukur objek yang jauh lebih panjang. Skala terkecil dari penggaris adalah 1 mm, dengan ketelitian setengah dari skal terkecilnya, yaitu 0,5 mm atau 0,05 cm.

2. Mengukur Panjang dengan Mikrometer Sekrup

Mikrometer merupakan sebuah alat yang dapat digunakan untuk mengukur suatu benda yang berukuran kecil. Alat ini banyak digunakan di laboratorium fisika, misalnya untuk mengukur ketebalan sehelai rambut, mengukur diameter sebuah kawat, tebal kaca. Berikut ini adalah sebuah gambar mikrometer lengkap dengan nama-nama tiap bagian dari alat tersebut.

Gambar 2.3 Mikrometer dan Bagian-bagiannya

Timbel pada mikrometer, dapat diputar maju mundur sesuai dengan tebal- tipisnya objek yang akan diukur. Pada badan timbel terdapat garis-garis yang menunjukkan skala pembacaan. Satu putaran penuh timbel terdiri dari 50 skala yang bersesuaian dengan ketebalan suatu objek setengah milimeter.

Contoh soal 2.1

Tentukanlah ukuran suatu objek apabila kondisi mikrometer menunjukkan seperti gambar berikut ini.

(22)

Penyelesaian:

a. Skala utama pada mikrometer menunjukkan angka 2 yang berarti 20 mm, sedangkan skala pada timbel yang sejajar dengan skala utama adalah angka 3. Oleh karena itu, ukuran objek tersebut adalah 20,3 mm.

b. Skala utama pada mikrometer menunjukkan angka 7 yang berarti 7 mm, sedangkan skala pada timbel yang sejajar dengan skala utama adalah angka 0. Oleh karena itu, ukuran objek tersebut adalah 7,00 mm.

c. Skala utama pada mikrometer menunjukkan angka 8 yang berarti 8 mm, sedangkan skala pada timbel yang sejajar dengan skala utama adalah angka 7. Oleh karena itu, ukuran objek tersebut adalah 8,07 mm.

3. Mengukur panjang dengan Jangka Sorong

Alat ukur jangka sorong (venier) ini berasal dari seorang matematikawan berkebangsaan Perancis, yaitu Pierre Vernier pada tahun 1631 M. Pierre Vernier adalah seorang ilmuwan yang menemukan alat ini dan Dia bergerak dalam penelitian mengenai prinsip-prinsip pengukuran.

Jangka sorong yang ada saat ini sudah beraneka ragam baik yang digital maupun yang biasa (analog). Berikut adalah gambar dan bentuk dari jangka sorong beserta bagian-bagiannya.

(23)

Gambar 2.4 Jangka Sorong dan Bagian-bagiannya

Dengan jangka sorong kita dapat mengukur diameter sebuah pipa, baik diameter bagian dalam ataupun bagian luar. Kedalaman suatu bejana pun dapat diukur.

Jangka sorong mempunyai dua bagian skala, yaitu skala utama dan skala vernier.

Jika diperhatikan maka 10 bagian dari skala vernier akan tepat berimpit dengan 9 bagian dari skala utama.

Gambar 2.5. 9 bagian Skala Utama Brimpit dengan 10 Bagian Skala Vernier Pembacaan pada jangka sorong secara umum tekniknya sama dengan pembacaan pada mikrometer. Barangkali hanya besar kecilnya skala yang berbeda. Gambar berikut ini adalah berbagai kemungkinan pembacaan pada jangka sorong.

Gambar 2.6 Pembacaan Jangka Sorong

Vernier dapat digeser ke kiri dan ke kanan secara bebas mengikuti ketebalan objek yang akan diukur. Pada kedudukan ini maka pembacaannya adalah 426

(24)

tepat (dalam sembarang satuan yang digunakan). Kita lihat lebih teliti maka jarak pisah antar garis pada vernier tidak sama dengan jarak pisah pada skala utama.

Garis nol pada vernier adalah segaris dengan angka 426 pada skala utama, namun garis 10 pada vernier segaris dengan angka 435 pada skala. Jadi, jarak pisah pada vernier adalah 90% dari jarak pisah pada skala.

Contoh soal 2.2

Tentukanlah skala yang ditunjukkan oleh jangka sorong berikut ini.

Penyelesaian:

Kita lihat pada gambar pertama, penunjuk skala utama berada pada angka antara 328,5 dan 329, sedangkan pada vernier yang segaris dengan salah satu garis pada skala utama adalah garis 7. Ini berarti pembacaan yang ditunjukkan oleh jangka sorong adalah 328,7.

b. Pengukuran Massa

Massa merupakan konsep utama dalam mekanika klasik dan objek lain yang berhubungan. Massa adalah salah satu sifat fisika 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 megnukur massa biasanya adalah timbangan atau neraca. Tidak seperti berat, massa di setiap temapt sealu sama. Misalnya, massa kita ketika berada di bumi dan berada di bulan adalah sama, akan tetapi berat kita di bumi dan di bulan sudah pasti akan berbeda. Jadi secara fisika, ada perbedaan mendasar antara berat dan massa.

Hubungan antara massa dan berat adalah berat (W) merupakan hasil kali antara massa (m) dan percepatan gravitasi bumi (g), yaitu:

W = mg (2.1)

Massaa seseorang akan selalu sama di manapun dia berada, akan tetapi berat orang tersebut akan berbeda untuk satu tempat dengan tempat lainnya karena pengaruh gravitasi yang berbeda-beda. Sebagai contoh, berat orang di kutub akan lebih besar

(25)

permukaan laut akan lebih besar daripada beratnya pada puncak gunung yang tinggi.

Hal ini disebabkan karena percepatan gravitasi di kutub lebih besar daripada di khatulistiwa dan percepatan gravitasi di atas permukaan laut lebih besar daripada di tempat yang lebih tinggi, sebab jaraknya ke pusat bumi lebih jauh.

Gambar 2.7 Pengukuran berat dari massa yang sama (a) di bumi, (b) di bulan. Berat benda di bumi lebih besar dibanding di bulan seperti terlihat pada alat.

Ada banyak jenis-jenis alat ukur massa yang penggunaanya bergantung pada besar kecil ukuran dan berat benda yang akan diukur. Salah satu alat ukur massa yang sering kita temui sehari-hari adalah timbangan, seperti gambar di bawah ini.

Gambar 2.8 Alat ukur Massa/Berat (a) Timbangan lengan, (b) Timbangan digital Prinsip kerja timbangan adalah keseimbangan kedua lengan, yaitu keseimbangan antara massa benda yang diukur dengan anak timbangan yang digunakan. Dalam dunia pendidikan sering digunakan neraca O’Hauss tiga lengan atau dua lengan. Perhatikan beberapa alat ukur berat berikut ini.

Bagian-bagian dari neraca O’Hauss tiga lengan adalah sebagai berikut:

• Lengan depan memiliki skala 0—10 g, dengan tiap skala bernilai 1 g.

• Lengan tengah berskala mulai 0—500 g, tiap skala sebesar 100 g.

• Lengan belakang dengan skala bernilai 10 sampai 100 g, tiap skala 10 g.

(26)

Gambar 2.9 Neraca c. Pengukuran Waktu

Waktu dapat diukur dengan menggunakan bermacam-macam alat ukur waktu, di antaranya jam analog, jam digital, jam dinding, jam atom, jam matahari, dan stopwatch.

Dari alat-alat tersebut, stopwatch termasuk alat ukur yang memiliki ketelitian cukup baik, yaitu sampai 0,1 s.

Gambar 3.10 Alat Ukur Waktu d. Pengukuran Suhu

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.

(27)

Termometer air raksa adalah termometer yang dibuat dari air raksa yang ditempatkan pada suatu tabung kaca. Tanda yang di kalibrasi pada tabung membuat temperatur dapat dibaca sesuai panjang air raksa di dalam gelas dan bervariasi sesuai dengan suhu. Untuk meningkatkan ketelitian, biasanya ada bohlam air raksa pada ujung termometer yang berisi sebagian besar air raksa. Pemuaian dan penyempitan volume air raksa kemudian dilanjutkan ke bagian tabung yang lebih sempit. Ruangan di antara air raksa dapat diisi atau dibiarkan kosong. Sebagian pengganti air raksa, beberapa termometer mengandung alkohol dengan tambahan berwarna merah.

Jenis khusus termometer air raksa (disebut termometer maksimum) bekerja dengan adanya katup pada leher tabung dekat bohlam. Saat suhu naik, air raksa didorong ke atas melalui katup oleh gaya pemuaian. Saat suhu turun, air raksa tertahan pada katup dan tidak dapat kembali ke bohlam yang membuat air raksa tetap di dalam tabung. Selanjutnya, kita dapat membaca temperatur maksimum selama waktu yang telah ditentukan. Untuk mengembalikan fungsinya, termometer harus diayunkan dengan cara mengipas-ngipas ujungnya.

Air raksa akan membeku pada suhu -38,83^oC dan hanya dapat digunakan pada suhu di atasnya. Air raksa, tidak seperti air, tidak mengembang saat membeku sehingga tidak memecahkan tabung kaca, membuatnya sulit diamati ketika membeku. Jika termometer mengandung nitrogen, gas mungkin mengalir turun ke dalam kolom dan terjebak di tempat terebut ketika temperatur naik. Jika ini terjadi termometer tidak dapat digunakan hingga kembali ke kondisi awal. Untuk menghindarinya, termometer air raksa sebaiknya dimasukkan ke dalam tempat yang hangat saat temperatur di bawah - 37^oC. Termometer air raksa umumnya menggunakan skala suhu Celsius dan Fahrenheit. Andres Celsius merumuskan skala Celsius yang dipaparkan pada publikasinya “the origin of the Celsius temperature skala” pada tahun 1742. Celsius memakai dua titik penting pada skalanya: suhu es mencair dan suhu penguapan air.

Berikut ini adalah penetapan titik tetap pada skala termometer.

a. Termometer Celcius

Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 100. Diantara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 100 skala.

b. Termometer Reaumur

Titik tetap bawah diberi angka 0 dan titik tetap atas diberi angka 80. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi menjadi 80 skala.

(28)

c. Termometer Fahrenheit

Titik tetap bawah diberi angka 32 dan titik tetap atas diberi angka 212. Suhu es yang dicampur dengan garam ditetapkan sebagai 0ºF. Di antara titik tetap bawah dan titik tetap atas dibagi 180 skala.

d. Termometer Kelvin

Pada termometer Kelvin, titik terbawah diberi angka nol. Titik ini disebut suhu mutlak, yaitu suhu terkecil yang dimiliki benda ketika energi total partikel benda tersebut nol. Kelvin menetapkan suhu es melebur dengan angka 273 dan suhu air mendidih dengan angka 373. Rentang titik tetap bawah dan titik tetap atas termometer Kelvin dibagi 100 skala.

Gambar 3.12 Titik Tetap Termometer

Perbandingan skala antara temometer Celcius, termometer Reaumur, dan termometer Fahrenheit adalah

C : R : F = 100 : 80 : 180

C : R : F = 5 : 4 : 9 (2.2)

Dengan memperhatikan titik tetap bawah 0ºC = 0ºR = 32ºF, maka hubungan skala C, R, dan F dapat ditulis sebagai berikut:

tº C =5/4 tºR (2.3) tº C =5/9 (tºF – 32) (2.4) tº C =4/9 (tºF – 32) (2.5) Hubungan skala Celcius dan Kelvin adalah

t K = tºC + 273 K (2.6)

Kita dapat menentukan sendiri skala suatu termometer. Skala termometer yang

(29)

Misalnya, kita akan menentukan skala termometer X dan Y. Termometer X dengan titik tetap bawah Xb dan titik tetap atas Xa. Termometer Y dengan titik tetap bawah Yb dan titik tetap atas Ya. Titik tetap bawah dan titik tetap atas kedua termometer di atas adalah suhu saat es melebur dan suhu saat air mendidih pada tekanan 1 atmosfer.

Dengan membandingkan perubahan suhu dan interval kedua titik tetap masing- masing termometer, diperoleh hubungan sebagai berikut.

(Tx -Xb)/(Xa- Xb)=(Ty- Yb)/( Ya- Yb) (2.7) Keterangan:

Xa = titik tetap atas termometer X Xb = titik tetap bawah termometer X Tx = suhu pada termometer X Ya = titik tetap atas termometer Y Yb = titik tetap bawah termometer Y Ty = suhu pada termometer Y

Seperti kita ketahui bahwa zat cair sebagai bahan pengisi termometer ada dua macam, yaitu air raksa dan alkohol. Nah, ternyata zat cair tersebut memiliki beberapa keuntungan dan kerugian.

a . Termometer air raksa.

Berikut ini beberapa keuntungan air raksa sebagai pengisi termometer, antara lain:

1) Air raksa tidak membasahi dinding pipa kapiler, sehingga pengukurannya menjadi teliti.

2) Air raksa mudah dilihat karena mengkilat.

3) Air raksa cepat mengambil panas dari suatu benda yang sedang diukur.

4) Jangkauan suhu air raksa cukup lebar, karena air raksa membeku pada suhu – 40 0C dan mendidih pada suhu 360 0 C.

5) Volume air raksa berubah secara teratur.

Selain beberapa keuntungan, ternyata air raksa juga memiliki beberapa kerugian, antara lain:

1) Air raksa harganya mahal.

(30)

2) Air raksa tidak dapat digunakan untuk mengukur suhu yang sangat rendah.

3) Air raksa termasuk zat beracun sehingga berbahaya apabila tabungnya pecah.

b. Termometer alkohol

Keuntungan menggunakan alkohol sebagai pengisi termometer, antara lain : 1) Alkohol harganya murah.

2) Alkohol lebih teliti, sebab untuk kenaikan suhu yang kecil ternyata alkohol mengalami perubahan volume yang besar.

3) Alkohol dapat mengukur suhu yang sangat rendah, sebab titik beku alkohol –130 0C.

Kerugian menggunakan alkohol sebagai pengisi termometer, antara lain : 1) Membasahi dinding kaca.

2) Titik didihnya rendah (78 0C)

3) Alkohol tidak berwarna, sehingga perlu memberi pewarna dahulu agar dapat dilihat.

Mengapa air tidak dipakai untuk mengisi tabung termometer? Alasannya karena air membasahi dinding kaca, jangkauan suhunya terbatas, perubahan volumenya kecil, penghantar panas yang jelek.

Belajar fisika tidak dapat dipisahkan dari kegiatan laboratorium. Dalam melaksanakan percobaan dan kegiatan di laboratorium mungkin saja terjadi kecelakaan.

Oleh karena itu, penting sekali untuk menjaga keselamatan dalam bekerja. Salah satu usaha menjaga keselamatan kerja dan mencegah terjadinya kecelakaan adalah dengan memperhatikan dan melaksanakan tata tertib di laboratorium.

Mengapa kecelakaan dapat terjadi? Kecelakaan di laboratorium dapat terjadi disebabkan beberapa hal, antara lain:

1. Tidak mematuhi tata tertib laboratorium,

2. Tidak bersikap baik dalam melaksanakan kegiatan laboratorium,

3. Kurangnya pemahaman dan pengetahuan terhadap alat, bahan, serta cara penggunaannya,

4. Kurangnya penjelasan dari guru atau tenaga laboratorium, dan 5. Tidak menggunakan alat pelindung.

(31)

Adapun bahaya-bahaya yang mungkin perlu diantisipasi di lingkungan laboratorium adalah sebagai berikut:

1. Luka bakar akibat panas, 2. Bahaya listrik,

3. Bahaya radioaktif, dan 4. Bahaya kebakaran.

2.2.3. Pengukuran Tunggal

Di dalam fisika, terdapat dua jenis pengukuran yaitu pengukuran tunggal dan pengukuran berulang. Pengukuran tunggal adalah pengukuran yang dengan satu kali pengukuran langsung diperoleh hasil ukurnya berupa (x ± Δx) satuan dan jika dilakukan pengukuran berulang hasilnya tetap sama. Sedangkan pengukuran berulang adalah pengukuran dimana untuk mendapatkan hasil (x ± Δx) satuan harus dilakukan beberapa kali pengukuran karena disetiap kali pengukuran memperoleh hasil yang berbeda.

Pengukuran tunggal dan pengukuran berulang hasil ukurnya ditulis ke dalam bentuk (x ± Δx) dimana pada pengukuran tunggal nilai x merupakan angka pasti sebuah pengukuran dan Δx merupakan nilai ketidakpastiannya atau ralat. Sedangkan pada pengukuran berulang nilai x merupakan rata-rata perkiraan terbaik dari setiap pengulangan pengukuran dan Δx merupakan nilai ralat yang diperoleh dari nilai sebaran sekitar rata-rata atau standar deviasi.

Pengukuran yang dilakukan dengan satu kali pengukuran dan hasil x pengukuran merupakan data tunggal, maka dalam penulisannya dituliskan sebagai (x ±

∆x) satuan dengan x adalah hasil pengukuran yang terbaca dan ∆x adalah ketidakpastian mutlak. Ketidakpastian mutlak merupakan nilai setengah dari nilai terkecil yang dapat dibaca alat ukur.

Dalam pengukuran tunggal, penentuan hasil ukurnya tidak ada aturan tertentu (tidak harus ½ Nilai Skala Terkecil) dan hasil ukurnya ditentukan oleh keprofesionalitas si pengukur itu sendiri yang dilakukan secara logis dan rasional berdasarkan intuisi dan pemahaman yang dikuasainya.

Taraf ketelitian = 100% - presentase ketidakpastian

(32)

Contoh soal 2.3

Hasil dari mengukur jarak menggunakan mistar, yaitu sebesar 10 cm dengan nilai terkecil yang dapat diukur oleh mistar sebesar 1 mm atau 0,1 cm, maka s = 10 cm.

sehingga penulisannya adalah (10,00 ± 0,05) cm 2.2.4. Pengukuran Berulang

Pengukuran yang dilakukan secara berulang dan hasil x pengukuran adalah sebanyak n, maka hasil akhirnya dituliskan sebagai (x ± ∆x) satuan dengan x adalah rata-rata dan ∆x adalah ketidakpastian mutlak.

Ada beberapa sebab mengapa sebuah pengukuran dilakukan secara berulang- ulang antara lain:

a. Adanya kesulitan eksperimen dalam pengulangan pengukuran b. Besaran yang diukur bersifat fluktuatif (berubah-ubah)

c. Adanya variasi dari medium pada saat eksperimen dilakukan

Disini kita dapat menentukan angka pastinya dengan cara mengambil sejumlah data yang kemudian diambil nilai rata-ratanya. Sedangkan nilai ke tidakpastiannya dapat diambil dari nilai deviasinya.

Nilai rata-ratanya dapat kita tentukan menggunakan persamaan di bawah ini:

(2.8) Keterangan:

N = jumlah data

ni = banyaknya data xi yang muncul.

Untuk nilai deviasinya dapat kita tentukan dengan persamaan akar kuadrat dari ragam rerata sampel (averaged sample variance), yakni

(2.9) Keterangan:

s = standar deviasinya

(33)

xi = jumlah data ke-i = nilai rata-ratanya.

Agar lebih mudah dalam perhitungan dan membuat Anda tidak bingung hendaknya data hasil pengukuran yang Anda lakukan dimasukan kedalam tabel.

Taraf ketelitian = 100% - presentase ketidakpastian (2.10)

Pada pengukuran tunggal dan berulang, terdapat perbedaan yang menjadi penciri dari masing-masing metode pengukuran. Perbedaannya adalah sebagai berikut:

Tabel 2.1 ciri-ciri pengukuran tunggal dan pengukuran berulang

PENGUKURAN TUNGGAL PENGUKURAN BERULANG

 Hasil pengukuran adalah pengukuran mutlak dan tidak dilakukan pengulangan

 Jika dilakukan pengulangan hasil ukurnya tetap sama

 Sumber ralat yang selain dari alat ukur dapat diabaikan

 Pengukuran harus diulang untuk menemukan hasil rata-rata dari pengukuran

 Jika dilakukan pengukuran hasil ukurnya berbeda setiap pengulangan

 Sumber ralat yang selain dari alat ukur tidak dapat diabaikan

Pada pengukuran tunggal dan berulang, terdapat perbedaan dalam aplikasi memperoleh data yang diperlukan untuk kemudian diolah. Berikut beberapa perbedaan:

Tabel 2.2 Perbedaan pengukuran tunggal dan pengukuran berulang dalam memperoleh data

 Pengukuran panjang menggunakan Mistar

 Pengukuran panjang menggunakan Jangka Sorong

 Pengukuran panjang menggunakan Mikrometer Sekrup

 Pengukuran pada percobaan penentuan konstanta Pegas

 Pengukuran pada percobaan Bandul Matematis

 Pengukuran pada percobaan Kesetaraan Kalor Listrik

Tabel 2.3 Kelebihan dan kekurangan pengukuran tunggal dan pengukuran berulang

Kelebihan: Kelebihan:

(34)

 Waktu memperoleh data relatif singkat

Kekurangan:

 Hasil pengukuran kurang akurat pada percobaan yang membutuhkan pengulangan untuk memperoleh data

 Hasil pengukuran lebih akurat pada percobaan yang membutuhkan pengulangan untuk memperoleh data Kekurangan:

 Waktu memperoleh data relatif lama

2.2.5. Cara Melaporkan Hasil Pengukuran

Tujuan pokok dalam sebuah eksperimen adalah melakukan pengukuran- pengukuran untuk memperoleh data, tentu saja langkah berikutnya setelah data tersebut diperoleh adalah mengerjakan pengolahan data. Pada tahap pengelohan data hasil pengukuran ini harus dilakukan perhitungan-perhitungan yang melibatkan proses reduksi data. Reduksi data di sini artinya dari banyak data yang diperoleh lewat pengukuran barangkali hanya memerlukan beberapa data akhir saja yang diperoleh melalui suatu perhitungan atau formulasi. Kemudian untuk dapat melaksanakn reduksi data dengan baik maka Anda harus memperhatikan ketidakpastian dari masing-masing variabel fisis yang terlibat, memperhatikan apakah perhitungan-perhitungan yang dilakukan sudah memenuhi kaedah-kaedah angka penting, serta bagaimana ketidakpastian masing-masing variabel fisis diperhitungkan.

a) Aturan Melaporkan Hasil Ukur

Suatu hasil pengukuran x seharusnya dinyatakan beserta ketidakpastian, yaitu 𝑥 = (𝑥̅ ± ∆𝑥) satuan dalam bentuk ralat mutlak atau dapat juga dituliskan dengan 𝑥 = 𝑥̅ 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑎𝑛 ± % ∆𝑥 dalam bentuk ralat relatif. Dimana 𝑥̅ adalah nilai rata-rata besaran fisis dari sejumlah pengukuran ulang atau hasil pengukuran tunggal terbaik yang dapat diperoleh, sedangkan ∆𝑥 adalah ketidakpastian pengukuran yang menggambarkan simpangan hasil pengukuran kita dari nilai benar. Dalam hal ini, untuk menyatakan baik 𝑥̅ maupun ∆𝑥, terutama untuk besaran fisis yang tidak diperoleh secara langsung, misalnya diperoleh melalui perhitungan rumus maka Anda perlu memperhatikan konsep angka penting dan metode perambatan ralat.

Mengapa demikian? Jawabannya karena suatu hasil ukur yang kita tuliskan dengan 𝑥 = (𝑥̅ ± ∆𝑥), sekaligus menyatakan tingkat ketelitian alat ukur atau hasil ukur. Sebagai contoh, apabila kita ingin menghitung nilai tahanan R dengan rumus

(35)

maka dengan kalkulator dapat dihitung bahwa R = 33,3333333333 Ω sampai digit terakhir yang dapat ditampilkan oleh kalkulator. Apabila kita tuliskan hasilnya seperti itu tentu saja ini tidak logis karena ketelitian dari nilai tegangan (V) dan arus (I) itu sendiri tidak sampai 2 digit di belakang tanda koma. Oleh karena itu, penting sekali mengetahui aturan untuk menuliskan suatu hasil ukur, yaitu sebagai berikut:

1) Ketidakpastian pengukuran biasanya menyertakan hanya sampai satu angka yang paling meragukan di belakang tanda koma.

2) Angka penting paling akhir dari hasil seluruhnya biasanya mempunyai orde sama (dalam posisi desimal yang sama) dengan ketidakpastian.

Contoh soal 2.4

Tuliskanlah hasil sebuah pengukuran bila menghasilkan nilai terbaik 213,42 satuan dengan ketidakpastian:

a. 0,3 satuan b. 3 satuan c. 30 satuan Penyelesaian

a. Menurut poin pertama aturan di atas ketidakpastian 0,3 berarti angka 3 adalah angka yang paling meragukan dan menurut poin dua seharusnya hasil pengukuran dilaporkan dengan x = (213,4 ± 0,3) satuan.

b. Dengan cara yang sama diperoleh x = (213,4 ± 3) satuan.

c. Dengan cara yang sama diperoleh x = (213,4 ± 30) satuan.

b) Aturan Konversi

Jika sebuah hasil pengukuran tidak menyertakan ketidakpastian maka dimaknai bahwa untuk hasil ukur 𝑥̅ = 1,27 satuan misalnya, mengandung arti bahwa nilai x berada dalam interval (1,265 ≤ x ≤ 1,275) satuan, yaitu x = (1,270 ± 0,005) satuan.

Contoh soal 2.5

Sebuah pengukuran panjang menghasilkan nilai terbaik 27,6 cm. Apakah makana dari hasil pengukuran tersebut?

Penyelesaian

Interval dari hasil pengukuran tersebut kira-kira adalah (27,55 ≤ L ≤ 27,65) cm, yaitu nilai benar pengukuran berada dalam selang tersebut.

c) Angka Penting

Untuk menghindari kekeliruan sebaiknya setiap menyatakan suatu hasil pengukuran jangan lupa untuk menyertakan nilai ketidakpastian pengukuran.

(36)

Selanjutnya, yang perlu diketahui adalah apakah angka penting itu? Sebuah pengukuran akan menghasilkan hasil ukur dengan sejumlah digit tertentu.

Banyaknya digit yang masih dapat dipercaya disebut dengan angka penting. Berapa jumlah angka penting dalam setiap pengukuran? Jawabannya adalah tergantung pada presisi dari sebuah alat ukur. Makin tinggi ketepatan hasil pengukuran maka semakin banyak pula jumlah angka penting yang dapat dituliskan dalam melaporkan hasil ukur. Dalam menuliskan hasil ukur 𝑥 = (𝑥̅ ± ∆𝑥) maka angka yang dilaporkan seharusnya merupakan angka penting, sedangkan Dalam menuliskan hasil ukur maka angka yang dilaporkan seharusnya merupakan angka penting, sedangkan angka yang bukan angka penting perlu kiranya untuk dibuang. Berkaitan dengan konsep angka penting maka ada aturan-aturan yang perlu diperhatikan, yaitu sebagai berikut.

a. Banyaknya angka penting dihitung dari kiri sampai angka paling kanan dengan mengabaikan tanda desimal.

b. Angka penting mencakup angka yang diketahui dengan pasti maupun satu angka pertama yang paling meragukan atau tidak pasti. Angka selanjutnya yang meragukan tidak perlu disertakan lagi dalam menuliskan hasil ukur.

c. Semua angka bukan nol adalah angka penting.

d. Angka nol di sebelah kiri angka bukan nol pertama paling kiri tidak termasuk angka penting.

e. Angka nol di antara angka bukan nol adalah termasuk angka penting.

f. Angka di ujung kanan dari suatu bilangan namun di kanan tanda koma adalah angka penting.

g. Angka nol di ujung kanan seluruh bilangan adalah angka penting, kecuali bila sebelum angka nol terdapat garis bawah.

h. Untuk menghindari kesalahan penafsiran sebaiknya untuk hasil ukur dengan jumlah digit banyak/besar sebaiknya dinyatakan dalam notasi ilmiah 10ⁿ satuan.

Contoh soal 2.6

Pengukuran panjang sebuah benda menggunakan alat dengan skala terkecil 1 mm, tunjukkanlah angka yang meragukan dari alat tersebut!

Penyelesaian:

(37)

pertama setelah angka koma (sesuai skala terkecil alat). Oleh karena itu, sebuah pengukuran panjang untuk alat ukur dengan skala terkecil 1 mm, misalnya dinyatakan dengan L = (21,43 ± 0,03) cm mempunyai empat buah angka penting, yaitu 2, 1, 4, dan 3. Tidak dapat diterima jika kita menuliskan dengan L = (21,43 ± 0,025) cm karena tidak sesuai dengan batas ketelitian alat.

d) Aturan Angka Penting untuk Perhitungan

Pada hasil pengukuran diperoleh nilai 15, 25, dengan perincian 1, 5, 2 adalah angka pasti, sedangkan angka berikutnya 5 adalah angka yang meragukan. Namun, 15,25 adalah angka penting (empat buah digit) yang dapat digunakan untuk melaporkan hasil ukur. Selanjutnya, pertanyaan yang seharusnya diajukan adalah, bagaimana kita dapat menghitung banyaknya angka penting yang boleh kita sertakan untuk hasil perhitungan? Apabila kita ingin menghitung nilai suatu hambatan R  V/I seperti pada kasus yang disampaikan di atas, di mana masing-masing V dan I diketahui jumlah angka pentingnya, bagaimana kita menuliskan hasil R?

Tidak semua besaran fisis dapat diukur langsung nilainya dengan alat ukur.

Sering kita harus menghitung nilainya dari rumus. Sebagai contoh jika alat yang kita miliki voltmeter dan amper meter maka untuk mengetahui nilai tahanan R harus kita hitung terlebih dahulu dengan rumus menggunakan hukum Ohm V=I.R yaitu R  V/I . Contoh lain yang lebih baik untuk menggambarkan pentingnya konsep angka penting adalah pengukuran luas bidang. Apabila sebuah lingkaran dapat diukur diameternya menghasilkan d = 7,9 mm, berapakah luas lingkaran tersebut? Dengan rumus d²/A= 4 jika dihitung dengan kalkulator menghasilkan A = 62,21138852 mm. Ada hal yang mengganggu di sini? Diameter d mempunyai dua buah angka penting sedangkan luas A mempunyai 10 buah angka penting dan ini tentu saja tidak betul. Oleh karena itu, diperlukan aturan berkaitan dengan cara menuliskan angka penting dari hasil perhitungan

e) Aturan Pembulatan Angka

Pada contoh di atas kita telah melakukan pembulatan supaya memenuhi aturan penulisan yang sesuai dengan aturan penulisan angka penting. Untuk dapat menerapkan pembulatan maka aturan pembulatan angka ditetapkan sebagai berikut.

1. Apabila pecahan/desimal <¹

2 maka bilangan dibulatkan ke bawah, contoh 4,23 dapat dibulatkan menjadi 4,2.

(38)

2. Apabila pecahan/desimal >¹

2 maka bilangan dibulatkan ke atas contoh 3,68 dapat dibulatkan menjadi 3,7.

3. Apabila pecahan/desimal sama dengan ¹

2 maka bilangan tersebut dibulatkan ke atas jika bilangan di depannya ganjil dan dibulatkan ke bawah jika bilangan di depannya genap.

2.3. RANGKUMAN

1. Untuk mengukur panjang suatu objek kita dapat menggunakan berbagai jenis alat ukur.

Jenis-jenis alat ukur yang digunakan bergantung pada objek apa yang ingin kita ukur.

2. Untuk mengukur panjang sebuah benda kita dapat menggunakan meteran atau penggaris maupun jangka sorong. Untuk mengukur jarak suatu tempat terhadap tempat yang lain maka dapat digunakan berbagai cara yang lain yang sesuai.

3. Massa adalah salah satu sifat fisis dari suatu benda, yang secara umum dapat digunakan untuk menggambarkan banyaknya materi yang terdapat dalam suatu benda. Massa merupakan konsep utama dalam mekanika klasik dan subyek lain yang berhubungan.

Dalam Sistem Internasional, SI, massa diukur dalam satuan kilogram. Alat yang digunakan untuk mengukur massa biasanya adalah timbangan atau neraca. Tidak seperti berat, massa di setiap tempat selalu sama. Misalnya, massa kita ketika di bumi dan di bulan sama, akan tetapi berat kita di bumi dan di bulan berbeda.

4. Hubungan antara massa dan berat adalah berat (W) merupakan hasil kali antara massa (m) dan percepatan gravitasi bumi (g) adalah W= mg dengan W adalah berat atau gaya (gravitasi bumi ) karena mempunyai dimensi gaya. Menurut fisika, massa seseorang akan selalu sama di manapun dia berada, akan tetapi berat orang tersebut akan berbeda untuk satu tempat dengan tempat yang lain karena secara umum gravitasi di berbeda tempat dapat berbeda. Sebagai contoh, berat orang tersebut di kutub akan lebih besar dari pada beratnya di katulistiwa. Mirip dengan hal itu, berat suatu benda di atas permukaan laut akan lebih besar dari pada beratnya pada puncak gunung yang tinggi.

Hal ini disebabkan karena percepatan gravitasi di kutub lebih besar daripada di katulistiwa dan percepatan gravitasi di atas permukaan laut lebih besar dari pada di tempat yang lebih tinggi.

5. Termometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur suhu (temperatur) ataupun

(39)

bermacam-macam, yang paling umum digunakan adalah termometer air raksa. Dalam pengukuran diasumsikan tidak ada pengukuran yang benar-benar eksak. Selalu ada ralat pengukuran sehingga untuk pengukuran besaran fisis x hasil ukurnya perlu dituliskan dengan: 𝑥 = (𝑥̅ ± ∆𝑥) satuan. 𝑥̅ adalah nilai rata-rata besaran fisis dari sejumlah pengukuran yang diulang-ulang atau hasil pengukuran tunggal terbaik yang dapat kita peroleh. ∆𝑥 adalah ketidakpstian pengukuran (ralat) yang menggambarkan simpangan hasil pengukuran kita dari nilai yang sebenarnya.

6. Untuk menyatakan baik 𝑥̅ maupun ∆𝑥, terutama untuk besaran fisis yang tidak dapat diperoleh secara langsung tapi misalnya diperoleh melalui perhitungan rumus maka kita perlu memperhatikan konsep angka penting dan metode perambatan ralat, sebab suatu hasil ukur yang kita tuliskan dengan 𝑥 = (𝑥̅ ± ∆𝑥), sekaligus menyatakan tingkat ketelitian alat ukur tersebut.

2.4. LATIHAN/TUGAS

Untuk memperdalam pemahaman Anda mengenai materi di atas, kerjakanlah latihan berikut!

1) Tentukan pembacaan yang ditunjukkan jangka sorong berikut ini.

2) Tentukan harga pembacaan yang diperlihatkan jangka sorong berikut ini dengan ketidakpastiannya.

3) Berapakah pembacaan pada mikrometer berikut ini.

(40)

4) Tentukan pembacaan pada mikrometer untuk posisi berikut:

5) Berapa buah angka penting yang terdapat pada bilangan-bilangan berikut ini.

(a) 60,0 (b) 0,2070 (c) 1,3 x 10⁸ (d) 0,00602

6) Bulatkan angka berikut ini sampai dengan satu angka desimal!

(a) 243,52 (b) 30,092

2.5. RUJUKAN

Halman, J.P. (1999). Experimental Methods for Engineers. Mc Graw Hill International Edition.

Kirkup, L. (1999). Experimental Methods. John Wiley.

M. Alonso & E.J. Finn. (1979). Fundamentals University Physics. Massachusetts: Addison- Wesley Publishing Company.

Tim Laboratorium Fisika Dasar. 2019. BUKU PANDUAN FISIKA DASAR 1. UNIVERSITAS NEGERI SURABAYA : Surabaya.

2.6. BACAAN YANG DIANJURKAN

David Halliday, Robert Resnick, Jearl Walker. (2010). FISIKA DASAR Edisi 7 Jilid 1, ed.

by Wibi Hardani, Ade M. Drajat, Lemeda Sinarmata, 7th edn. Jakarta: PT.

Gelora Aksara Pratama

(41)

BAB 3 GAYA

Ketika Anda memperhatikan dengan saksama, Anda akan menemui benda-benda yang ada di sekitar Anda selalu bergerak. Amatilah gerak benda-benda di sekitar Anda, bagaimana benda-benda tersebut dapat bergerak? Apa yang menjadi penyebab bergeraknya benda tersebut? Untuk memahami berbagai gejala alam tentang gerak benda tersebut maka dibutuhkan pemahaman tentang konsep gaya. Setelah mempelajari bab ini Anda diharapkan mampu memahami dan mermuskan konsep dasar tentang gaya. Sehingga Anda akan lebih terampil menerapkan konsep-konsep gaya dalam kehidupan sehari-hari.

Allah SWT. Telah menjelaskan konsep gaya di dalam Al-Qur’an di beberapa surah, salah satunya QS. Ar-Rahman : 60.

ٌن ٰسْحِلإْا َّلاِإ ِن ٰسْحِلإْا ُءىآ َزَج ْلَه Artinya: “Tidak ada balasan kebaikan kecuali dengan kebaikan pula”. (QS. Ar-

Rahman : 60)

Secara harfiah, ayat diatas menjelaskan tentang munculnya balasan kebaikan merupakan buah interaksi. Dalam ayat ini tersirat pula makna dari pemberian dan balasan berupa potensi yang dimiliki suatu benda.

Allah SWT juga berfirman dalam QS. Ar-Ra’d : 11.

ْن ِ م ٌتٰبِ قَعُم ٗهَل ِنْيَب

هَن ْوُظَفْحَي ٖهِفْلَخ ْنِم َو ِهْيَدَي ِْؕمِهِسُفْنَاِب اَم ا ْو ُرِ يَغُي ىٰتَح ٍم ْوَقِب اَم ُرِ يَغُي َلا َ ٰاللّ َّنِا ِِٰؕاللّ ِرْمَا ْنِم

آَذِا َو

ُٰاللَّدا َرَا َرَا َّد َرَم َلََف اًء ْوُس ٍم ْوَقِب

ٍلا َّو ْنِم ٖهِن ْوُد ْنِ م ْمُهَلاَم َو ٗۚٗهَل

Artinya: “Baginya (manusia) ada malaikat-malaikat yang selalu menjaganya bergiliran, dari depan dan belakangnya. Mereka menjaganya atas perintah Allah. Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan suatu kaum sebelum mereka mengubah keadaan diri mereka sendiri. Dan apabila Allah menghendaki keburukan terhadap suatu kaum, maka tak ada yang dapat menolaknya dan tidak ada pelindung bagi mereka selain Dia”. (QS. Ar-Ra’d : 11)

Ayat kedua menjelaskan bahwa Allah Maha Kuasa merubah nasib makhluk-Nya. Akan tetapi, hidup ini realistis, hidupseseorang tidak akan berubah jika dia tidak memberikan gaya yang lebih. Dalam ilmu fisika, suatu benda akan selalu diam jika tidak dikenai gaya. Begitu juga dengan benda yang bergerak akan selalu bergerak jika tidak ada gaya yang mempengaruhinya.