Besaran dan Satuan

Fisika adalah ilmu pengetahuan berbasis eksperimen. Dalam melakukan eksperimen kita memerlukan pengukuran-pengukuran. Biasanya, untuk menggambarkan hasil pengukuran kita menggunakan angka-angka. Setiap ukuran yang kita gunakan untuk menggambarkan gejala fisika secara kuantitatif disebut besaran. Sebagai contoh, dua besaran fisika yang menggambarkan diri kita adalah massa dan tinggi badan.

Ketika kita mengukur suatu besaran, kita selalu membandigkannya dengan standar acuan tertentu yang disebut satuan. Sebagai contoh, bila kita mengatakan bahwa "Tinggi Tugu Monas adalah 100 m", maka maksud dari perkataan kita adalah Tugu Monas setara dengan 100 kali panjang meter strick (meter standar yang panjangnya 1 meter).

Besaran Pokok

Besaran Pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu dan tidak bergantung pada satuan-satuan besaran lain. Dalam Sistem Internasional ada 7 besaran pokok yaitu:

Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari satuan besaran pokok.

Sistem Satuan Internasional

Di berbagai negara maupun di berbagai penerapan teknologi telah digunakan berbagai macam satuan untuk suatu besaran. Misalnya, untuk satuan panjang masih ada orang yang menggunakan inci, kaki, mil, atau yang lain. Adanya berbagai satuan untuk besaran yang sama tentu saja dapat menimbulkan kesulitan. Untuk mengatasi kesulitan tersebut, kita perlu merumuskan satu jenis satuan untuk suatu besaran tertentu yang standar yang disebut disebut satuan standar. Syarat utama satuan standar adalah :

• Nilai satuannya harus sama.
• Mudah diperoleh kembali (mudah ditiru).
• Dapat diterima secara internasional.

Berikut ini akan diuraikan definisi satuan standar untuk 3 besaran pokok, yaitu meter untuk besaran panjang, kilogram untuk besaran massa, dan sekon untuk besaran waktu.

Meter Standar

 
Standar panjang internasional yang pertama adalah sebuah batang yang terbuat dari campuran platina-iridium yang disebut meter standar. Meter standar ini di simpan di Internasional Bureau of Weight and Measures di kota Sevres, Perancis. Satu meter didefinisan sebagai jarak antara dua goresan pada kedua ujung meter standar yang diukur pada suhu 0°C. Ada beberapa kelemahan dalam penggunaan meter standar, diantaranya :

1. Meter standar mudah rusak. Hal ini disebabkan batang platina iridium mudah terpengaruh oleh perubahan suhu. Apabila rusak batang ini sulit untuk dibuat ulang.
2. Ketelitian pengukuran tidak memadai lagi dengan kemajuan teknologi saat ini.

Dengan adanya kelemahan tersebut dibutuhkan meter standar yang baru dengan menggunakan panjang gelombang cahaya.

Pada tahun 1960 ditetapkan bahwa satu meter didefinisikan sama dengan 1.650.763,73 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan atom-atom krypton (Kr-86). Pada tahun 1983, definisi standar meter diubah lagi. Satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam selang waktu 1/299.792.458 sekon.

Kilogram Standar

 
Satu kilogram adalah massa silinder campuran platina-iridium yang di simpan di Internasional Bureau of Weight and Measures di kota Sevres dekat Paris, Perancis. Massa standar satu kilogram dipilih sedemikian rupa sehingga sama dengan massa 1 liter air murni pada suhu 4°C.

Sekon Standar

 
Pada tahun 1956, satu sekon ditetapkan berdasarkan perputaran bumi pada porosnya (rotasi bumi), yaitu waktu satu hari. Karena rotasi bumi tidak tetap benar, maka digunakan waktu hari rata-rata dalam satu tahun. Oleh karena itu, diperoleh waktu sekon standar, yaitu (1/24x60x60 = 1/86.400) bagian dari lamanya satu hari matahari rata-rata. 

Namun, setelah dilakukan pengamatan dengan lebih teliti lagi ternyata selang waktu satu hari matahari rata-rata berbeda dari tahun ke tahun. Ini menyebabkan para ilmuwan mengubah satuan standar sekon. Pada tahun 1967 satuan waktu standar ditetapkan berdasarkan jam atom Cesium. Satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh atom Cesium-133 (Cs-133) untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.

Dimensi Besaran

Dimensi suatu besaran menggambarkan bagaimana besaran tersebut tersusun atas kombinasi besaran-besaran pokok. Tabel di bawah ini memberikan rumusan dimensi dari besaran-besaran pokok.

Dimensi dari besaran turunan dapat disusun dari dimensi besaran-besaran pokok tersebut. Sebagai contoh, dimensi kecepatan merupakan hasil bagi antara dimensi panjang dan dimensi waktu.

Berikut ini dirumuskan berbagai dimensi dari besaran turunan yang dirangkum dalam tabel.

Konversi Satuan

Pemakaian satuan dalam penyelesaian suatu persoalan terkadang menjadi masalah, dikarenakan perbedaan satuan yang digunakan untuk menafsirkan suatu besaran. Untuk mengatasi hal tersebut kita memerlukan suatu tahapan konversi untuk mengubah suatu satuan ke satuan lain. Di dalam pengkonversian suatu satuan, maka kita memerlukan suatu faktor konversi yang terdiri dari bilangan dan penyebut yang masing-masing memiliki satuan yang berbeda, tetapi memiliki besar yang sama, sehinggga faktor konversi ini bernilai satu.

Faktor konversi besaran panjang, massa, dan waktu

Notasi Ilmiah

Dalam melakukan pengukuran, seringkali kita berhadapan dengan bilangan yang sangat besar (misalnya, radius rata-rata Matahari = 696 000 000 m), atau bilangan yang sangat kecil (misalnya, radius atom hidrogen = 0,000 000 000 053 m), sehingga kita mengalami kesulitan. Untuk menyelesaikan masalah itu disusumlah bilangan secara ilmiah yang disebut notasi ilmiah. Dalam notasi ilmiah kita menuliskan bilangan sebagai hasil kali bilangan a ( 1 < a < 10) dengan bilangan 10 berpangkat, yang disebut orde.

Awalan dan Simbol Bilangan 10 Berpangkat

Alat Ukur

Alat Ukur adalah sesuatu yang digunakan untuk mengukur suatu besaran. Berbagai macam alat ukur memiliki tingkat ketelitian tertentu. Hal ini bergantung pada skala terkecil alat ukur tersebut. Semakin kecil skala yang tertera pada alat ukur maka semakin tinggi ketelitian alat ukur tersebut. Beberapa contoh alat ukur sesuai dengan besarannya, yaitu:

Alat Ukur Panjang 

•    Mistar (Penggaris)
 
Mistar merupakan alat ukur panjang yang paling sederhana dan sudah lumrah dikenal orang. Ada dua jenis mistar yang sering digunakan, yaitu stik meter dan mistar metrik. Stik meter memiliki panjang 1 meter dan memiliki skala desimeter, sentimeter, dan milimeter. Mistar metrik memiliki panjang 30 sentimeter. Mistar memiliki skala pengukuran terkecil 1 milimeter, sesuai dengan jarak garis terkecil antara dua garis yang saling berdekatan. Ketelitiannya adalah 0,5 milimeter, atau setengah dari skala terkecil. 

  

• Jangka Sorong
   
  Jangka sorong dipakai untuk mengukur suatu benda dengan panjang yang kurang dari 1mm. Skala terkecil atau tingkat ketelitian pengukurannya sampai dengan 0,01 cm atau 0,1 mm.
  Umumnya, jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang suatu benda, diameter bola, ebal uang logam, dan diameter bagian dalam tabung.
  
  Jangka sorong memiliki dua skala pembacaan, yaitu:
  a). Skala Utama/tetap, yang terdapat pada rahang tetap jangka sorong.
  b). Skala Nonius, yaitu skala yang terdapat pada rahang sorong yang dapa bergeser/digerakan.
  
  
  
  
  
  • Mikrometer Sekrup
  Mikrometer sekrup merupakan alat ukur panjang dengan ingkat ketelitian terkecil yaiu 0,01 mm atau 0,001 cm.
  Skala terkecil (skala nonius) pada mikrometer sekrup terdapat pada rahang geser, sedangkan skala utama terdapat pada rahang tetap.
  Mikrometer sekrup digunakan untuk mengukur diameter benda bundar dan plat yang sangat tipis. 
  
  
  
  
  
  Alat Ukur Massa
  
  
  Alat ukur yang digunakan untuk mengukur massa suatu benda adalah neraca. Berdasarkan cara kerjanya dan keelitiannya neraca dibedakan menjadi tiga, yaitu:
  
  
      1. Neraca digital, yaitu neraca yang bekerja dengan sistem elektronik. Tingkat ketelitiannya hingga 0,001 g.
  
  
  
     2. Neraca O’Hauss, yaitu neraca dengan tingkat ketelitian hingga 0.01 g.
  
  
  
  
   
  3. Neraca sama lengan, yaitu neraca dengan tingkat ketelitian mencapai 1 mg atau 0,001 g.
  
  
  
  
  
  Alat Ukur Waktu
  
  
  Satuan internasional untuk waktu adalah detik atau sekon. Satu sekon standar adalah waktu yang dibuuhkan oleh atom Cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.
  Alat yang digunakan untuk mengukur waktu, antara lain jam matahari, jam dinding, arloji (dengan ketelitian 1 sekon), dan stopwatch (ketelitian 0,1 sekon).
  
  
   
  
  
  
  Alat Ukur Kuat Arus
  
  
  

  • Amperemeter / Ampere Meter
   
  

  Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter.

  Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti melon magnet akan menimbulkan gayalorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter.
  Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya.
  
  

   

  
  

  Alat Ukur Suhu 

  
  

  Alat untuk mengukur suhu disebut termometer. Termometer memanfaatkan sifat termometrik suatu zat, yaitu perubahan sifat-sifat zat karena perubahan suhu zat itu. Termometer yang banyak digunakan saat ini adalah termometer raksa. Fungsi raksa adalah untuk penunjuk suhu. Berikut beberapa keunggulan raksa.

  • Peka terhadap perubahan suhu.
  • Dapat digunakan untuk mengukur suhu tinggi dan rendah. 
  • Tidak membasahi dinding kaca.
  • Mengkilap seperti perak sehingga mudah dilihat.
  • Mengembang dan memuai secara teratur.

  
  

  Termometer dibedakan menjadi empat jenis menurut bahan yang digunakan dalam termometer tersebut yaitu:
  
  1. Termometer dengan bahan zat cair
  
  Bahan yang paling sering digunakan untuk membuat termometer adalah zat cair.
  

  

  2. Termometer dengan bahan zat padat

  Termometer Bimetal

  Termometer bimetal menggunakan logam untuk menunjukan adanya perubahan suhu dengan prinsip logam akan memuai jika dipanaskan dan menyusut jika didinginkan.

  
  

  
  

  

  
  Termometer Hambatan 
  
  Termometer hambatan merupakan termometer yang paling tepat digunakan dalam industri untuk mengukur suhu lebih dari 100°C. Termometer ini dibuat berdasarkan perubahan hambatan logam seperti termometer hambatan platina.
  

  

  Termokopel
  
  Pengukuran suhu denga ketepatan tinggi dapat dilakukan dengan menggunakan termokopel, dimana suatu tegangan listrik dihasilkan saat dua kawat berbahan logam yang berbeda disambungkan untuk membentuk sebuah loop.
  
  
  

  

  
  

  3. Termometer dengan bahan gas

  
  

  Termometer gas adalah jenis termometer yang memanfaatkan sifat-sifat termal gas.

  

  
  

  4. Termometer optis
  
  Pyrometer
  
  Pirometer inframerah adalah sensor suhu yang dapat mengukur suhu dari jarak jauh tanpa melakukan kontak langsung dengan objek yang akan diukur. Infrared pyrometer merupakan device pengukur suhu yang juga biasa disebut sebagai termometer radiasi termal. Sensor ini menggunakan cahaya inframerah untuk mengukur atau mendeteksi radiasi panas benda.
  
  Pirometer biasa digunakan dalam keadaan yang khas, seperti dalam kasus yang berhubungan dengan objek bergerak atau berputar, atau dimana pengukuran non-kontak diperlukan karena kontaminasi atau alasan berbahaya (seperti tegangan tinggi), jarak objek yang diukur terlalu jauh, atau juga dimana suhu yang akan diukur terlalu tinggi untuk sensor yang pengukurannya berkontak langsung dengan objek. 
  
  

  

   

  Alat Ukur Intensitas Cahaya

   

  Alat ukur cahaya (lux meter) adalah alat yang digunakan amok mengukur  besarnya intensitas cahaya di suatu tempat. Besarnya intensitas cahaya ini perlu untuk diketahui karena pada dasarnya manusia juga memerlukan penerangan yang cukup. Untuk mengetahui besarnya intensitas cahaya ini maka diperlukan sebuah sensor yang cukup peka dan linier terhadap cahaya.  Sehingga cahaya yang diterima oleh sensor dapat diukur dan ditampilkan pada sebuah tampilan digital.

  Harga dari besarnya cahayadapat ditampilkan pada layar LCD (Liquid Crystal Display) dengan menggunakan sebuah ADC (Analog to Digital Converter) Max ICL’7106 dengan tegangan masukan antara 200 mV – 2 V dan tegangan referensi antara 100 mV – 1 V. Sensor cahaya yang digunakan adalah solar cell dengan tegangan keluaran sebesar 0.5 V dan arus 20 mA sampai 30 mA. Alat ukur ini dibuat portable dengan menggunakan tegangan somber 9 V DC dari baterai.
  
   

  

   
  

   Angka Penting
  
  
  Angka penting adalah angka-angka yang diperoleh dari hasil pengukuran yang terdiri dari angka-angka pasti dan satu angka terakhir yang diragukan. Penentuan jumlah angka penting dan cara penulisannya dalam proses berhitung harus mengacu pada ketentuan yang berlaku.
  
  1. Angka yang merupakan angka penting adalah :
  a. Semua angka bukan nol
  Contoh :
  • 458 terdiri dari 3 angka penting.
  • 46,79 terdiri dari 4 angka penting
  b. Angka nol yang berada diantara angka bukan nol
  Contoh :
  • 450043 terdiri dari 6 angka penting.
  • 20,02 terdiri dari 4 angka penting
  c. Angka nol yang berada di sebelah kanan tanda desimal dan mengikuti angka
  bukan nol 
  Contoh :
  • 2,280 terdiri dari 4 angka penting.
  • 0,200 terdiri dari 3 angka penting
  
  
  2. Angka yang bukan merupakan angka penting adalah :
  a. Angka nol yang berada di sebelah kiri angka bukan nol 
  Contoh :
  • 0,000675 terdiri dari 3 angka penting.
  • 0,03 terdiri dari 1 angka penting
  b. Angka nol disebelah kanan angka bukan nol dan tanpa desimal, kecuali jika
  diberi tanda khusus, misalnya garis pada angka yang diragukan
   Contoh:
  • 500 terdiri dari 1 angka penting.
  • 2050 terdiri dari 3 angka penting.

Source : 

Buku Fisika Untuk SMA Kelas X Karya Supiyanto

https://kurniarita.wordpress.com/ipa1/besaran-dan-satuan-2/materi-besaran-dan-satuan/

MODES/KONSEP_DASAR_FISIKA/BBM_1_%28Besaran_dan_Pengukuran%29_KD_Fisika.pdf
https://devannobali.wordpress.com/2012/03/24/macam-macam-alat-ukur-dalam-fisika-dan-fungsinya/
http://trikueni-desain-sistem.blogspot.co.id/2014/03/Pengertian-Infrared-Pyrometer.html