Pengukuran dalam Fisika

Halo, sobat muda, kali ini kita akan membahas pengukuran. Pengukuran ini masih ada kaitannya dengan besaran fisika. Yuk, kita telusuri lebih lanjut.

Di dalam fisika dan kehidupan sehari-hari, kita tidak dapat lepas dari namanya pengukuran. Sebagai contoh, saat kita ingin mengetahui berat badan kita tentunya kita menggunakan timbangan badan untuk mengukur berapa massa tubuh kita.

Seperti biasa kita bahas dulu pengertian-pengertian yang ada pada pengukuran.

Pengukuran sendiri merupakan kegiatan membandingkan suatu besaran yang diukur dengan alat ukur yang digunakan sebagai satuan.

Dari definisi di atas dapat disederhanakan bahwa pengukuran merupakan kegiatan kita saat ingin mencari nilai suatu besaran yang dinyatakan dengan satuan. Misalnya, kita ingin mengukur berapa panjang dari pulpen. Tentu kita akan mengambil alat ukur yang cocok yaitu mistar, lalu kita bandingkan pulpen dengan patokan pada alat ukur mistar kita dan mendapatkan nilainya.

Karena pengukuran identik dengan alat ukurnya. Maka, langsung saja kita bahas berbagai alat ukur dalam fisika.

1. Alat Ukur Panjang
Alat ukur panjang yang sangat lazim digunakan antara lain mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Masing-masing dari alat ukur tersebut memiliki teknik membaca hasil ukur yang berbeda pula serta unik sehingga gampang untuk dibedakan. Yuk, kita langsung cari tahu keunggulan dari gadget di atas huehuehue...
  
a. Mistar

 Bagi yang memiliki mistar, silahkan diperhatikan mistarnya masing-masing dan bagi yang belum berarti belum jodoh, hahaha... just kidding.

Nah, kita teliti yuk mistar kita masing-masing. Di mistar pasti terdapat banyak garis-garis penunjuk satuan, garis-garis ini memiliki perbedaan panjang yang berbeda dan berurut. Beberapa mistar yang standar dan sederhana biasanya memiliki dua macam panjang garis. Jarak antar dua garis yang pendek berdekatan biasanya adalah sebesar 1 mm atau 0,1 cm sedangkan jarak garis panjang yang saling berdekatan adalah 1 cm.

Lalu, bagaimana dengan ketelitiannya? Eits, kok ketelitian ditanya sih? emang apaan ya?
Hehe... tenang, jadi setiap alat ukur memiliki ketelitiannya masing-masing. Nah, untuk pengertian ketelitian dalam pengukuran adalah sebagai berikut.

Ketelitian adalah ketidakpastian dalam pengukuran yang nilainya merupakan setengah dari skala terkecil yang dimiliki oleh alat ukur.

Karena Mistar memiliki skala terkecil yaitu 1 mm atau 0,1 cm maka kita dapat mencari ketelitian atau ketidakpastian mistar:
1/2 x 0,1 cm = 0,05 cm
Jadi, ketidakpastian mistar adalah 0,05 cm. Dengan ketelitian sebesar itu, mistar sangat cocok untuk mengukur panjang benda-benda yang lumayan panjang hingga yang pendek.

Cara Menggunakan Mistar
 Pertama, yang harus diperhatikan yaitu posisi membaca mistar. Posisi yang benar adalah arah pandangan mata tegak lurus dengan mistar, sehingga hasil pengukuran yang ditunjuk akurat, sebab apabila kita membacanya dengan posisi miring terhadap mistar maka hasil bacaan akan berbeda.

Setelah posisi benar, lanjut ke pengukuran. Nah, disini kita cukup mendekatkan benda dengan mistar. Ujung awal benda harus pas dengan titik 0 mistar. Setelah itu kita akan mendapatkan nilai ukur dari suatu benda dengan melihat ujung akhir benda terhadap mistar. Lihat gambar dibawah.

Dari gambar di atas kita mendapat nilai panjang benda yaitu 2,55 cm. Dalam pengukuran seperti di atas, sebenarnya kita tidak mungkin memperoleh nilai benar-benar pasti seperti 2,55 cm. Mengapa? Karena semua alat ukur memiliki ketelitiannya masing-masing. Sebagai contoh mistar memiliki ketelitian/ketidakpastian sebesar 0,05 cm. Jadi, hasil pembacaan pengukuran diatas bisa saja 2,5 hingga 2,6. Untuk itu dalam fisika, kita harus menggunakan aturan pembacaan hasil ukur. Rumusnya seperti dibawah:

x = x₀ ± ∆x

Keterangan:

x = Nilai pendekatan

x₀ = Nilai pengukuran

∆x = Nilai ketidakpastian alat ukur

Ingat!

∆x = 1/2 × skala terkecil alat ukur

Jadi, hasil pengukuran tersebut dilaporkan menjadi:

x = x₀ ± ∆x

   = 2,55 cm ± (1/2 × 0,1) cm

   = (2,55  ±  0,05) cm  

NB: Aturan angka penting berlaku dalam penyajian hasil pengukuran :)
 

b. Jangka Sorong

Ea, pada tau ga nih alat?? udah punya?? kalo belum silahkan ke toko-toko perkakas terdekat atau belanja di olshop hahaha...

Langsung saja kita teliti benda ini ea. Alat ini memiliki bentuk yang unik, dimulai dari bagian atas hingga bawah. Bagian atas terdapat rahang yang dapat digeser-geser. Rahang ini ada sebutannya masing-masing, rahang luar dan rahang dalam. Rahang luar berguna untuk mengukur diameter luar benda, sedangkan rahang dalam berfungsi untuk mengukur diameter dalam benda. Yuk, kita ke bagian selanjutnya, yaitu gagang. Pada gagang jangka sorong kita bisa menemukan skala. Skala ini ada 2 macam, yaitu skala utama dan skala nonius.

Skala utama memiliki garis-garis penunjuk yang sama seperti mistar, sedangkan skala nonius memiliki panjang sebesar 0,9 cm. Dengan penggabungan dua skala tersebut menghasilkan skala terkecil jangka sorong sebesar 0,01 cm.

Karena jangka sorong memiliki skala terkecil sebesar 0,01 cm. Maka, kita dapat mencari nilai ketidakpastian atau ketelitian jangka sorong.

1/2 × 0,01 cm = 0,005 cm

Dengan ketelitian sebesar 0,005 cm kita dapat menggunakan jangka sorong untuk mengukur ketebalan buku, mengukur diameter kelereng, pipa, dan sebagainya. Khususnya benda yang sulit diukur dengan mistar.

Cara Menggunakan Jangka Sorong

Agar memudahkan sobat-sobat, yuk perhatikan gambar di bawah.

Sekiranya animasi ini sudah cukup membantu untuk membaca jangka sorong. Thanks to Fisika Study Center.

Jadi, langkah-langkahnya adalah himpitkan benda pada rahang jangka sorong. Rahang yang digunakan adalah opsional, tergantung keperluan kita mau memakai rahang dalam atau rahang luar. Setelah itu lihat skala utama, titik keberapa pada skala utama yang berdekatan dengan angka 0 pada skala nonius, ambilah yang sebelum angka 0. Pada gambar di atas skala utama menunjukkan 1,2 cm. 

Lalu, selanjutnya perhatikan garis pada skala utama yang berhimpit pas dengan skala nonius. Pada gambar di atas, skala nonius menunjukkan pada angka 6. Dari nilai-nilai yang ditunjukkan dua skala tersebut kita dapat nilai pengukuran dengan rumus yang dimiliki jangka sorong.

x₀ = [(skala utama) + (skala berimpit × skala terkecil jangka sorong)] cm

Mari, kita selesaikan gambar di atas

   x₀ = [(skala utama) + (skala berimpit × skala terkecil jangka sorong)] cm

        = [1,2 + (6 × 0,01)] cm
        = [1,2 + 0,06] cm
        = 1,26 cm
Ingat! Aturan melaporkan hasil bacaan masih berlaku.
  x = x₀ ± ∆x
     = 1,26 cm ± (1/2 ×  0,01) cm
     = (1,260 ± 0,005) cm    Ingat! aturan angka penting berlaku
 
c. Mikrometer Sekrup

 Alat ini gak kalah unik loh, lihat aja bentuknya haha...

Yuk, kita teliti alat ini. Bagian-bagiannya sudah cukup jelas pada gambar. Bahan yang digunakan untuk mikrometer sekrup adalah logam, sehingga alat ini lumayan kokoh. Terutama pada bagian rangka atau frame apabila bagian itu kurang kokoh maka dapat terjadi pengerutan atau goyang saat pengukuran yang dapat mengganggu hasil pembacaan.

Pada mikrometer sekrup menggunakan dua skala, yaitu skala utama dan skala nonius. Jarak antar garis panjang skala utama mikrometer sekrup yaitu sepanjang 1 mm atau 0,1 cm. Sedangkan pada skala nonius, masing-masing garisnya mewakili 0,01 mm atau 0,001 cm. Dengan demikian skala terkecil dari mikrometer sekrup adalah 0,001 cm.

Karena skala terkecil dari mikrometer sekrup adalah sebesar 0,001 cm maka ketelitiannya adalah sebagai berikut.
1/2 × 0,001 cm = 0,0005 cm atau 0,005 mms

Dengan ketelitian sebesar itu, mikrometer sekrup sangat cocok untuk mengukur ketebalan benda-benda tipis, misalnya lembaran kertas, diameter kawat, dan sebagainya dengan akurat. Khususnya benda-benda yang sulit untuk diukur jangka sorong.

Cara Menggunakan Mikrometer Sekrup  
Untuk mempermudah, silahkan lihat animasi berikut.

Thanks to Fisika Study Center. 
Dengan menggunakan patokan animasi di atas, langkah-langkahnya adalah sebagai berikut. Pertama himpitkan benda pada ruang ukur. Setelah benda berada di ruang ukur, jepit benda dengan memutar pemutar besar. Setelah sudah rapat, putar roda bergerigi untuk mengunci pemutar besar agar skala nonius terkunci.

Lanjutkan dengan pencarian angka atau memperoleh hasil pengukuran, dengan cara membaca skala utama terlebih dahulu. Lihat pada skala utama skala berapa yang paling terakhir ditunjukkan (pada gambar di atas ditunjukkan 2,5). Setelah itu lihat skala nonius, pada garis ke berapa yang berimpit dengan skala utama (pada gambar ditunjukkan  26). Dengan data tersebut kita bisa mencarinya dengan rumus yang dimiliki mikrometer sekrup.

x₀ = [(skala utama) + (skala berimpit × skala terkecil mikrometer sekrup)] mm

Mari kita selesaikan gambar di atas.

 x₀ = [(skala utama) + (skala berimpit × skala terkecil mikrometer sekrup)] mm

      = [2,5 + (26 × 0,01)] mm

      = [2,5 + 0,26] mm

      = 2,76 mm atau 0,276 cm

Gunakan aturan melaporkan hasil bacaan.

 x = x₀ ± ∆x

    = 2,76 ± (1/2 × 0,01) mm

    = 2,760 ± 0,005 mm  Gunakan aturan angka penting!

d. Beberapa Teknik Pengukuran Panjang

Jadi, apabila kita ingin mengukur kedalaman laut, jari-jari bumi, jarak bumi-matahari, atau bahkan bintang kita memerlukan teknik khusus, antara lain:

•  Fathometer, memancarkan pulsa (gelombang) ultrasonik untuk mengukur kedalaman laut. Pulsa ini akan dipancarkan hingga ia merambat ke dasar laut dan memantul kembali ke sumber atau Fathometer. Dengan mengetahui cepat rambat bunyi di air (v) dan selang waktu yang dibutuhkan pulsa untuk memancar dan kembali (∆t), maka kita dapat gunakan rumus:

Kedalaman Laut = (v ∆t)/2 

•  Jari-jari dan keliling lingkaran dapat diukur dengan metode yang cukup mudah dan sederhana yang dikenal dengan teknik pengukuran sudut pusat yang dibentuk oleh sinar matahari  di dua tempat berbeda pada permukaan bumi yang jaraknya telah diketahui. Metode ini ditemukan oleh Eratostenes 2300 tahun yang lalu. Jadi, pada waktu itu, Eratostenes dan temannya berada ditempat yang berbeda. Eratostenes berada di Syene dimana pada jam saat ia melakukan percobaan, matahari berada tegak lurus di atasnya. Di jam yang sama, ternyata temannya yang berada di Alexandria mengukur sudut elevasi matahari yaitu sebesar 7,2° di atas kepalanya. Dengan mengetahui jarak antara Alexandria dan Syene yaitu 800 km maka Eratostenes melakukan perhitungan dan berhasil menemukan keliling bumi dan jari-jarinya.

 

• Metode Paralaks, guna mencari jarak bintang dan matahari. Di dalam astronomi, metode inilah yang digunakan dalam penentuan jarak. Paralaks merupakan metode yang digunakan dengan melihat pada pergeseran dua titik tetap relatif satu terhadap yang lain dilihat dari sudut pandang pengamat. Kita tahu kalau Bumi mengitari Matahari dengan periode orbit 365,25 hari dan akibat gerak edar Bumi, bintang yang dekat akan tampak bergeser letaknya dari bintang yang jauh. Bintang tersebut seolah menempuh lintasan berbentuk elips relatif terhadap bintang – bintang latar belakang yang jauh. Gerak yang disebut gerak paralaktik ini merupakan cerminan gerak Bumi mengitari Matahari.  Sudut yang dibentuk oleh bumi dan matahari ke bintang inilah yang diebut paralaks bintang. Semakin jauh letak bintang, lintasan ellipsnya makin kecil, paralaksnya juga makin kecil. Metode ini yang disebut Paralaks Trigonometri. Thanks to Langit Selatan.

2. Alat Ukur Waktu
Dalam fisika, alat ukur waktu yang sering dipakai adalah Stopwatch. Stopwatch ada yang analog dan ada yang digital. Stopwatch digital sangat mudah membacanya karena langsung menampilkan angkanya. Sedangkan stopwatch analog harus memperhatikan beberapa penunjuk.

    

Stopwatch analog memiliki dua penunjuk, penunjuk detik dan penunjuk menit. Skala terkecil stopwatch adalah 0,1 sekon dengan demikian ketelitiannya adalah 0,05 sekon. Cara menyajikan pelaporan pembacaan tetap sama, dengan menggunakan rumus.
x = x₀ ± ∆x

3. Alat Ukur Massa
Alat ukur massa yang akan dibahas yaitu Neraca Ohaus (3 lengan).

Sesuai namanya, neraca ini memiliki 3 lengan dan memiliki 1 tempat benda. Lengan-lengan ini memiliki skala yang berbeda.

Cara Menggunakan Neraca Ohaus
Kita menggunakan neraca berlengan 10, 100, dan 500 gram.

Untuk animasi Thanks to Fisika Study Center.

Berdasarkan ilustrasi di atas kita coba untuk menyelesaikannya. Untuk membaca hasil pengukuran, mulailah dulu dengan lengan 500 gram, 100 gram, dan 50 gram. Model-model pada neraca ohaus mungkin berbeda dengan ilustrasi gambar, bisa saja lengan 500 gram berada di atas atau di bawah.

Dari ilustrasi di atas, kita dapat mengetahui nilai masing-masing lengan:
400 + 90 + 8,2 = 498,2 gram

Sekian artikel Pengukuran dalam Fisika terimakasih atas kunjungannya :)