< PreviousFisika Kelas X2 Di bab ini, kalian akan mempelajari beberapa hal yang berkaitan dengan pengukuran, antara lain besaran, satuan, dimensi, dan cara menyatakan hasil pengukuran dengan benar. Dengan melakukan percobaan sederhana, kalian akan menguasai cara penggunaan alat-alat untuk mengukur panjang, massa, dan waktu dengan baik dan benar. Setelah melakukan percobaan, kalian diharapkan dapat menuliskan hasil pengukuran dengan mempertimbangkan aspek ketelitian dan ketepatan pengukuran. Selain itu, kemampuan menyatakan hasil pengukuran dalam bentuk grafik dan diagram atau bentuk lainnya juga perlu dikuasai. Dengan demikian, hasil percobaan yang dilakukan dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah. A. Besaran Pokok dan Besaran Turunan Pengukuran merupakan bagian yang tidak terpisahkan dari kehidupan kita sehari-hari. Pengukuran diartikan sebagai kegiatan membandingkan suatu benda dengan benda lain. Misalnya, ketika mengukur panjang meja menggunakan mistar, berarti kita membandingkan panjang meja dengan panjang mistar. Ketika kita mengukur massa benda dengan anak timbangan, berarti kita membandingkan massa benda dengan massa anak timbangan. Hasil pengukuran kemudian dinyatakan dalam angka dan sesuatu yang menyertainya. Apakah arti angka dan sesuatu yang menyertainya tersebut? Angka dan sesuatu yang menyertainya disebut satuan. Sedangkan sesuatu yang diukur disebut besaran. Untuk lebih mengenal pengertian besaran dan satuan, kerjakan Eureka berikut. Kata Kunci• Besaran• Satuan• Besaran pokok• Besaran turunan• Sistem satuan• Dimensi• Angka penting• PengukuranEurekaPerhatikanlah pernyataan-pernyataan di bawah ini.1. Jumlah siswa di kelas kalian adalah 40 orang.2. Panjang meja belajar Andi adalah 1 meter.3. Seorang pembalap mengendarai sepeda motor dengan kelajuan 110 km/jam.4. Suhu badan Aminah adalah 36C.5. Suatu kolam renang mempunyai volume 400 m3.6. Perjalanan dari Jogja ke Solo dapat ditempuh dalam waktu 1,5 jam.7. Andi mendorong mobil yang mogok dengan gaya 200 N.8. Ayah sedang memasang lampu neon 40 watt.9. Paman kemarin membeli aki yang dapat menghasilkan kuat arus 20 ampere.10. Dari penelitian para ahli fisika diketahui intensitas cahaya suatu benda hitam 1 m2 adalah 6×105 kandela. Dari setiap pernyataan di atas, manakah yang termasuk besar-an dan satuan? Setelah mengetahuinya, cobalah untuk mendefinisi-kan pengertian besaran dan satuan. Berdiskusilah bersama teman sebangku kalian dan bacakan hasilnya di depan kelas.Besaran dan Satuan3 Di SMP/MTs kelas VII, kalian telah mempelajari materi besaran dan satuan, termasuk pembagian besaran ke dalam besaran pokok dan besaran turunan. Dengan melakukan diskusi pada Eureka tersebut, kalian tentunya telah bisa mendefinisikan pengertian besaran dan satuan. Pernyataan-pernyataan yang terdapat pada Eureka tersebut menyatakan besaran dan satuan yang berbeda-beda. Besaran yang kalian temukan di depan dikelompokkan menjadi besaran pokok dan besaran turunan. Apakah perbedaan besaran pokok dan besaran turunan? Untuk lebih jelasnya, simaklah penjelasan berikut.1. Besaran Pokok Coba kalian perhatikan kembali beberapa pernyataan pada Eureka di depan. Pada Eureka tersebut terdapat besaran panjang, suhu, waktu, dan kuat arus. Besaran- besaran tersebut adalah contoh beberapa besaran pokok. Besaran pokok adalah besaran yang berdiri sendiri dan satuannya tidak tergantung pada satuan besaran yang lain. Besaran pokok merupakan besaran yang dijadikan dasar bagi besaran yang lain, dan dapat diukur secara langsung. Dalam fisika, dikenal 7 besaran pokok yaitu panjang, massa, waktu, suhu, kuat arus listrik, banyak mol zat, dan intensitas cahaya. Besaran- besaran pokok tersebut mempunyai lambang yang berbeda-beda dengan satuan yang berbeda-beda pula. Besaran- besaran pokok tersebut dapat dinyatakan dengan satuan pokok atau satuan dasar. Coba kalian perhatikan Tabel 1.1.Tabel 1.1 Besaran pokok dan satuannyaNo Besaran PokokLambangSatuanSingkatan1Panjanglmeterm2Massamkilogramkg3Waktutsekons4SuhuTkelvinK5Kuat arus listrikIampereA6Banyaknya molekul zatNmolemol7Intensitas cahayaJkandelacdHalliday & Resnick, 1995, hlm 5 Tabel 1.1 menunjukkan 7 besaran pokok yang mempunyai lambang dan satuan yang berbeda-beda. Lambang dan satuan yang dimiliki besaran di atas merupakan ciri khas dari besaran pokok tersebut. Bagaimana dengan lambang dan satuan untuk besaran turunan? 2. Besaran Turunan Pada Eureka di depan, kalian menemukan besaran kelajuan, volume, gaya, dan luas. Besaran- besaran ini merupakan contoh besaran turunan. Kita ambil contoh besaran kelajuan. Dari pernyataan tersebut, Fisika Kelas X4 besaran kelajuan mempunyai satuan km/jam. Berdasarkan Tabel 1.1, kita tahu bahwa km atau m adalah satuan besaran panjang, sedangkan jam adalah satuan untuk besaran waktu. Dari kenyataan ini, kita dapat menyimpulkan bahwa kelajuan benda tergantung pada besaran panjang dan besaran waktu. Dengan demikian, kita dapat mengambil kesimpulan bahwa besaran turunan adalah besaran yang tersusun dari beberapa besaran pokok. Perhatikan beberapa contoh besaran turunan berikut.a. Kelajuan Kelajuan merupakan besaran turunan. Besaran kelajuan (v) diturun-kan dari besaran pokok panjang dan waktu, yaitu jarak (s) dibagi waktu (t) yang dirumuskan: v = st b. Massa Jenis Massa jenis () diturunkan dari besaran massa (m) dibagi volume (V). Volume sendiri diturunkan dari besaran panjang. Dengan demikian, massa jenis () dapat dirumuskan: ρ=mV c. Gaya Gaya (F) diturunkan dari besaran massa (m) dikalikan percepatan (a). Percepatan diturunkan dari besaran kecepatan (v) dan waktu (t), sedangkan besaran kecepatan diturunkan dari besaran panjang (l) dan waktu (t). Untuk mencari gaya, kita dapat menggunakan persamaan: F = ma d. Muatan Listrik Muatan listrik (Q) diturunkan dari besaran kuat arus listrik (I) dikalikan waktu (t). Q = It e. Molaritas Zat Molaritas zat (M) diturunkan dari besaran banyak mol zat (N) dibagi volume (V), besaran volume diturunkan dari besaran panjang: MNV= Untuk mengetahui contoh besaran turunan lainnya, kerjakanlah Ekspedisi berikut ini. EEkspedisiApakah perbedaan antara besaran pokok dan besaran turunan? Carilah contoh besaran turunan minimal 7 contoh. Sertakan pula lambang, rumus pokok, satuan, dan singkatannya. Untuk setiap besaran turunan, dari besaran pokok apakah besaran tersebut diturunkan? Kumpulkan hasil pekerjaan kalian kepada guru di kelas.Fisika Kelas X6 Masalah penggunaan satuan dalam pengukuran di depan sudah dialami manusia sejak dulu. Di sekitar kita, masih sering dijumpai orang yang mengukur panjang benda dengan satuan jengkal atau depa. Tidak di sini saja, di tempat-tempat lain juga terjadi demikian. Bahkan, untuk menyatakan panjang di Inggris dan Amerika Serikat masih digunakan satuan kaki (feet) . Hasil pengukuran menggunakan satuan depa, jengkal, dan kaki berbeda-beda antara orang yang satu dengan orang lain. Dengan alasan itulah maka depa, jengkal, dan langkah kaki tidak bisa dijadikan standar pengukuran panjang. Untuk mengatasi permasalahan tersebut, sejak tahun 1960 telah digunakan Sistem Satuan Internasional yang disingkat SI, yang dalam bahasa Inggris disebut International System of Unit atau dalam bahasa Perancis le System International d’unites. Sistem ini merupakan hasil kesepakatan dari CGPM (Conference General des Poids et Measures) di Paris, Perancis. Sistem Internasional (SI) dibagi menjadi dua sistem, yaitu sistem MKS dan CGS.1. Sistem MKS (meter, kilogram, sekon) yaitu cara menyatakan besaran dengan memakai satuan meter, kilogram, dan sekon.2. Sistem CGS (centi, gram, sekon) yaitu cara menyatakan besaran dengan memakai satuan centimeter, gram, dan sekon.1. Satuan Panjang Dalam satuan internasional, standar satuan panjang adalah meter. Berdasarkan sejarahnya, satu meter didefinisikan sebagai sepersepuluh juta kali jarak khatulistiwa dengan kutub utara sepanjang meridian yang melewati Paris. Namun, jarak ini selalu berubah dengan adanya pemampatan yang diakibatkan oleh gerak rotasi bumi. Kemudian, dibuatlah meter standar yang terbuat dari campuran platina-iridium yang tersimpan di Sevres dekat Paris, Perancis. Perhatikan Gambar 1.2. Perkembangan selanjutnya, para ahli juga menilai meter standar tersebut kurang teliti, mudah berubah, dan sulit didapatkan. Untuk itu, diperlukan meter standar dengan nilai yang tetap. Pada tahun 1960 ditetapkan satu meter standar sebagai berikut. 1 meter standar = panjang gelombang yang dihasilkan oleh gas Kripton berwarna merah jingga untuk bergetar 1.650.763,73 kali. 2. Satuan Massa Satuan untuk massa adalah gram. Standar satuan massa adalah sebuah silinder platina iridium yang disimpan di Lembaga Berat dan Ukuran Internasional, dan sebagai perjanjian internasional disebut sebagai massa sebesar 1 kilogram. Standar sekunder dikirimkan ke laboratorium standar di pelbagai negara yang massanya telah ditentukan dengan menggunakan teknik neraca berlengan sama. MozaikBangsa Mesir Kuno menggunakan panjang telapak kaki dari tumit sampai ujung ibu jari Fir’aun sebagai satuan pengukuran kaki dan panjang dari siku Fir’aun sampai ujung jari tengahnya untuk satuan pengukuran siku. Masalah yang muncul dari satuan ini, dari abad ke abad, adalah adanya perbedaan alat ukur, tergantung pada penguasa atau Fir’aun massa itu.Wiese, Jim, 2004, hlm. 39Gambar 1.2 Meter standar yang terbuat dari campuran platina iridium yang disimpan di Sevres dekat Paris.Halliday & Resnick, 1995, hlm.10Gambar 1.3 Kilogram standar no. 20 yang disimpan di Lembaga Nasional Amerika Serikat. Kilogram standar ini merupakan turunan yang sangat teliti.Halliday & Resnick, 1995, hal. 10Besaran dan Satuan7 Dalam skala atomik, kita memiliki standar massa kedua. Standar massa ini adalah massa atom C12 yang diberikan harga tepat sebesar 12 satuan massa atom terpadu (unified atomic mass unit) disingkat u dengan 1 u = 1,667 × 10-27 kg.3. Satuan Waktu Satuan untuk waktu adalah sekon. Pada awalnya, standar waktu yang digunakan adalah perputaran bumi pada porosnya (rotasi). Karena perputaran ini tidak tetap, maka diambil rata-ratanya. Berdasarkan rotasi rata-rata ini ditetapkan bahwa satu sekon adalah 1/86.400 hari matahari rata-rata. Dalam pengamatan ahli astronomi, waktu ini kurang tepat karena adanya pergeseran. Pada tahun 1967 digunakan standar waktu yang diukur berdasarkan getaran atom cesium-133 (perhatikan Gambar 1.4). Standar waktu yang didasarkan pada getaran atom cesium ini diterima sebagai standar internasional oleh Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ketiga belas. 1 sekon didefinisikan sebagai waktu yang diper-lukan atom cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.4. Satuan Suhu Suhu atau temperatur menyatakan derajat atau tingkatan panas suatu benda. Kalian pastinya pernah mendengar, bahkan mengetahui pelbagai jenis termometer. Termometer adalah alat untuk mengukur suhu suatu benda. Satuan suhu dinyatakan dengan derajat, baik derajat Celcius (oC), Fahrenheit (oF), Reamur (oR), dan Kelvin (K), tergantung pada jenis termometer yang kalian gunakan. Dalam fisika, satuan suhu yang sering dipakai adalah Kelvin (K).5. Satuan Kuat Arus Listrik Kuat arus listrik menyatakan jumlah muatan listrik yang melewati suatu penghantar (konduktor) setiap satuan waktu. Satuan kuat arus listrik adalah ampere. Kuat arus listrik dikatakan 1 ampere jika muatan sebesar 1 coloumb mengalir dalam kawat konduktor setiap sekon. Berdasarkan Hukum Ohm, 1 ampere adalah besar kuat arus listrik yang mengalir pada kawat konduktor dengan hambatan 1 ohm dan beda potensial 1 volt. Sementara itu, berdasarkan terjadinya gaya Lorentz, 1 Gambar 1.4 Standar frekuensi atomik berkas cesium di laboratorium Boulder di Lembaga Standar NasionalHalliday dan Resnick, 1995, hal. 13MozaikAmedio Avogadro (1776-1856) adalah ahli fisika berkebangsaan Italia. Karya Avogadro yang terkenal adalah Fisika Dèicorpi Penderabili yang terbit pada tahun 1837-1841, dan hipotesisnya yaitu gas yang mempunyai volume, suhu dan tekanan yang sama, akan mempunyai jumlah molekul yang sama pula. Dari hipotesis ini, munculah konsep gram-molekul (grammol) dan konsep bilangan Avogadro. Konsep ini menyatakan jumlah molekul yang dikandung oleh berat grammolekul suatu zat. Pada tahun 1941 bilangan Avogadro diberi lambing NA oleh R.T Birge, dan ditetapkan nilainya sebesar 6,023×1023.Setyawan, Lilik Hidayat , 2004, hlm. 14Fisika Kelas X8ampere adalah kuat arus listrik pada dua kawat sejajar yang berjarak 1 m dan menyebabkan gaya Lorentz sebesar 2 × 10-7 N, dan kedua arus searah.6. Satuan Banyak mol Zat Molekul zat merupakan bagian terkecil dari suatu zat yang masih memiliki sifat zat tersebut. Satuan untuk banyak molekul zat adalah mol (mole). 1 mol menyatakan jumlah partikel dalam suatu zat yang sama jumlahnya dengan banyaknya partikel dalam 12 gram atom C-12 (karbon-12). Jumlah partikel/atom dalam 12 gram atom C-12 adalah 6,02 × 1023 partikel. Jumlah partikel atau atom ini disebut tetapan Avogadro dan dinyatakan dengan huruf L.7. Satuan Intensitas Cahaya Intensitas cahaya adalah banyaknya fluks cahaya yang menembus bidang setiap satuan sudut ruang. Satuan intensitas cahaya adalah kandela. Jika benda hitam seluas 1 m2 pada suhu titik lebur platina (1.773oC) memancarkan cahaya tegak lurus bidang, intensitas cahaya yang terjadi sebesar 6 × 105 kandela. Kandela menyatakan energi cahaya per waktu (daya) setiap satu satuan sudut ruang. C. Dimensi Satuan suatu besaran yang telah ditetapkan dalam sistem satuan internasional merupakan ciri khas dari suatu besaran. Tiap-tiap besaran mempunyai satuan yang berbeda satu dengan lainnya. Selain satuan, ciri khas besaran pokok dan besaran turunan lainnya adalah dimensi. Dimensi adalah cara suatu besaran tersusun atas besaran- besaran pokok. Dimensi dalam fisika ditulis dengan huruf-huruf tertentu di dalam tanda kurung siku. Dimensi dari setiap besaran pokok dapat kalian perhatikan pada Tabel 1.2.Tabel 1.2 Dimensi besaran- besaran pokokNoBesaran PokokLambangDimensi1Panjangl[L]2Massam[M]3Waktut[T]4SuhuT[I]5Kuat Arus ListrikI[]6Banyaknya molekul ZatN[N]7Intensitas CahayaJ[J] Dimensi besaran turunan dapat ditentukan dari rumus besaran turunan yang dinyatakan dalam besaran pokok. Perhatikan contoh berikut.MozaikPengukuran waktu berdasarkan getaran atom cesium mempu-nyai kesalahaan 1 sekon dalam kurun waktu 5.000 tahun. Saat ini telah ditemukan alat untuk mengukur waktu yang lebih teliti lagi, yaitu maser hidrogen. Kemungkinan kesalahan alat ini adalah 1 sekon dalam kurun waktu 33 juta tahun. Setyawan, Lilik Hidayat, 2004, hlm. 157PnPm122mvvTstNext >