pengukuran besaran fisika

PENGUKURAN

Fisika tidak bisa dilepaskan dari proses pengukuran berbagai besaran fisika dan alat ukur yang digunakan dalam fisika sedikit berbeda dengan alat ukur yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Hal ini dikarenakan dalam fisika membutuhkan tingkat ketelitian yang sangat tinggi.

Berikut adalah beberapa alat ukur yang digunakan dalam proses pengukuran besaran fisika :

1.  Alat ukur panjang

          Alat ukur panjang terdiri dari beberapa jenis seperti mistar, jangka sorong, dan mikrometer dan masing-masing mempunyai tingkat ketelitian yang berbeda.

a.  Mistar

Mistar adalah sebuah alat pengukur panjang untuk menggambar garis lurus. Contoh : penggaris lurus, pengaris yang dapat dilipat dan penggaris pita.

Alat ukur ini di gunakan untuk mengukur linear langsung (panjang, lebar, dan tinggi), dimana hasil pengukurannya dapat langsung di baca pada bagianpenunjuk (skala) dai alat ukur, dan hasil pengukuran dari alat ini kurang teliti.

Kegunaan mistar antara lain :

• Untuk mengukur benda yang panjangnya kurang dari  50 cm atau 100 cm.
• Tingkat ketelitiannya 0,5 mm ( ½ x 1 cm)
• Satuan yang tercantum dalam mistar adalah cm, mm, serta inchi.

Untuk mendapatkan hasil pengukuran yang tepat, maka sudut pengamatan harus tegak lurus dengan obyek dan mistar.

Contoh pengukuran dengan mistar:

Panjang balok di atas adalah 3,2 cm atau 32 mm.

b.  Jangka sorong

Jangka sorong adalah alat ukur panjang yang memiliki ketelitian 0,1 mm dengan ketelitian yang lebih baik dari mistar. Jangka sorong digunakan untuk mengukur diameter luar suatu tabung, kawat, atau tebal sebuah buku. Jangka sorong juga dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian dalam tabung atau botol dan juga kedalamannya.

Jangka sorong terdiri atas rahang tetap yang memiliki skala tetap , rahang geser yang memiliki skala nonius (vernier) , rahang bawah, rahang atas dan pengukur kedalaman. Pada Jangka sorong, rahang bawah digunakan untuk mengukur diameter luar tabung dan rahang atas digunakan untuk mengukur diamater bagian daiam tabung. Adapun bagian ujung digunakan untuk mengukur kedalaman tabung.

Rahang geser jangka sorong dapat digeser secara bebas disesuaikan dengan ukuran benda. Pada rahang geser terdapat skala nonius, yaitu skala yang menentukan ketelitian pengukuran pada jangka sorong. Pada saat keadaan kedua rahang tertutup, yaitu angka 0 skala utama dalam sentimeter berhimpit dengan angka 0 skala nonius, saat diamati ternyata panjang 10 skala nonius = 9 mm, ini berarti panjang 1 skala nonius = 0,9 mm. Sehingga selisih antara skala utama pada rahang tetap dengan skala nonius adalah (1 – 0,9) = 0,1 mm.

Hasil pengukuran dengan jangka sorong akan memuat angka pasti dari skala utama dan angka taksiran dari skala nonius yang segaris (berhimpit) dengan skala utama. Penjumlahan dari keduanya merupakan angka penting. Hasil pengukuran itu dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

X =( Xo + ∆X. 0,1 ) mm

atau X = hasil skala utama + hasil skala nonius

Menggunakan Jangka Sorong

1. Langkah pertama. Tentukan terlebih dahulu skala utama. Pada gambar terlihat skala nol nonius terletak di antara skala 2,4 cm dan 2,5 cm pada skala tetap. Jadi, skala tetap bernilai 2,4 cm.
2. Langkah kedua. Menentukan skala nonius. Skala nonius yang berimpit dengan skala tetap adalah angka 7. Jadi, skala nonius bernilai 7 x 0,01 cm = 0,07 cm.
3. Langkah ketiga. Menjumlahkan skala tetap dan skala nonius. Hasil pengukuran = 2,4 cm + 0,07 cm = 2,47 cm. Jadi, hasil pengukuran diameter baut sebesar 2,47 cm

Kegunaan jangka sorong adalah:

• untuk mengukur suatu benda bagian luar dengan cara diapit, contoh :  mengukur tebal buku
• untuk mengukur bagian dalam atau diameter lubar suatu benda, contoh  besar diameter lubang pipa, botol atau tabung
• untuk mengukur kedalamanan celah/lubang pada suatu benda dengan cara “menancapkan/menusukkan” bagian pengukur pengukur kedalaman

c.   Mikrometer Sekrup

Mikrometer sekrup atau disebut juga Mikrometer adalah alat ukur yang lebih cermat dari jangka sorong. Alat ini dapat digunakan untuk mengukur benda-benda yang tergolong kecil dan tipis, misalnya diameter pensil, diameter kawat/ kabel listrik, tebal karton, tebal sehelai kertas hingga diameter rambut. Mikrometer memiliki ketelitian ukur 0,01 mm (Mikrometer analog), bahkan pada Mikrometer elektronik digital, dapat mencapai ketlitian hingga 0,002 mm (2µm).

Bagian utama Mikrometer adalah poros ukur yang dapat bergerak, dipasang pada Silinder pemutar ( Bidal). Pada Bidal terdapat skala Nonius yang memiliki 50 bagian skala. Jika skala Nonius diputar satu kali putaran (50 skala), maka bidal akan bergerak maju 0,5 mm, yang dapat diamati pada skala Utama (pada gambar 3.1  (Bidal bergerak maju kearah kiri) Berarti, jika Bidal diputar satu skala, maka akan bergeser sejauh 0,5 mm dibagi 50 = 0,01 mm . Hasil pengukuran Mikrometer terhadap sebuah benda, dapat dituliskan dengan persamaan sebagai berikut :

X =( Xo + ∆X. 0,01 ) mm

Dimana :

Xo = hasil skala utama
ΔX = hasil skala nonius ( Skala bidal yang berimpit dengan skala utama)
X   = hasil pengukuran Mikrometer terhadap sebuah benda

Menggunakan Mikrometer Sekrup

1. Langkah pertama. Menentukan skala utama, terlihat pada gambar skala utamanya adalah 1,5 mm.
2. Langkah kedua. Perhatikan pada skala putar, garis yang sejajar dengan skala utamanya adalah angka 29. Jadi, skala nonius sebesar 29 x 0,01 mm = 0,29 mm.
3. Langkah ketiga. Menjumlahkan skala utama dan skala putar. Hasil pengukuran = 1,5 mm + 0,29 mm = 1,79 mm. Jadi hasil pengukuran diameter kawat adalah 1,79 mm.

2.  Alat Ukur Massa

Neraca  yang digunakan di laboratorium fisika pada umumnya berbeda neraca yang dijumpai dalam kehidupan sehari-hari.

Alat ukur massa yang sering digunakan dalam laboratorium fisika adalah neraca Ohaus. Tingkat ketelitian alat ini lebih baik daripada neraca pasar yang sering dijumpai di toko-toko atau di warung. Neraca Ohaus adalah alat ukur massa benda dengan ketelitian 0.01 gram. Prinsip kerja neraca ini adalah sekedar membanding massa benda yang akan dikur dengan anak timbangan. Anak timbangan neraca Ohaus berada pada neraca itu sendiri. Kemampuan pengukuran neraca ini dapat diubah dengan menggeser posisi anak timbangan sepanjang lengan. Anak timbangan dapat digeser menjauh atau mendekati poros neraca . Massa benda dapat diketahui dari penjumlahan masing-masing posisi anak timbangan sepanjang lengan setelah neraca dalam keadaan setimbang. Ada juga yang mengatakan prinsip kerja massa seperti prinsip kerja tuas.

Neraca ohaus yang paling sering di gunakan adalah neraca ohaus tiga lengan. Neraca ini memiliki tiga lengan, yakni sebagai berikut:

1.     Lengan depan memiliki anting logam yang dapat digeser dengan skala 0, 1, 2, 3, 4,…..10gr. Di mana masing-masing terdiri 10 skala tiap skala 1 gr.jadi skala terkecil 0,1 gram

2.    Lengan tengah, dengan anting lengan dapat digeser, tiap skala 100 gr, dengan skala dari 0,100, 200, ………500gr.

3.    Lengan belakang, anting lengan dapat digeser dengan tiap skala 10 gram, dari skala 0, 10, 20, …, 100 gr.

3.  Alat Ukur Waktu

a.  Stopwatch

Sebenarnya ada banyak alat ukur waktu yang tersedia, seperti jam tangan, jam dinding, jam bandul dan sebagainya. Namun yang sering digunakan di laboratorium adalah stopwatch.

Ada banyak jenis stopwatch dengan berbagai ketelitian, mulai dari 1 detik, 1/10 detik, sampai 1/100 detik. Ada juga stopwatch digital dengan ketelitian yang sangat tinggi, misalnya fasilitas stopwatch di handphone.

b.  Jam

Jam merupakan jam yang difungsikan secara letak atau biasanya diletakkan di dinding atau tangan. Jam dinding dapat pula digunakan sebagai hiasan atau pajangan. Selain itu, ada pula jam tangan yang diletakkan di pergelangan tangan. Dapat sebagai penunjuk waktu dan perhiasan. Jam dinding atau jam tangan dipergunakan untuk menunjukkan jam, menit dan detik.

Jam memiliki dua tipe yakni jam analog dan jam digital.

 

4.  Alat Ukur Suhu (temperatur)

Alat ukur suhu adalah termometer, dan ada banyak jenis termomter. Dilihat dari jenis skala ada empat macam termomometer, yaitu Celcius, Fahrenheit,Kelvin dan Reamur. Ditinjau dari bahan termometrik yang digunakan juga ada tiga jenis termometer, yaitu termometer gas, zat cair, dan zat padat (termokopel dan hambatan platina).

Ada empat jenis skala pengukuran termometer yang umum, yaitu :

1.     Termometer  Celcius (C), dengan titik tetap skala bawah sama dengan suhu es yang sedang mencair pada tekanan 1 atm yaitu 0^oC. Titik tetap skala atas diambil suhu uap air yang mendidih pada tekanan 1 atm yaitu 100⁰C. Untuk termometer celcius terdapat rentang skala 100⁰.

2.    Termometer Reamur (R), menggunakan skala 0⁰R yang sama dengan suhu es mancair dan skala 80⁰R yang sama dengan suhu uap air mendidih. Maka untuk termometer Reamur terdapat rentang skala 80⁰.

3.    Termometer Fahrenheit (F), 0⁰F ditetapkan sama dengan es yang dicampur garam (lebih dingin dari pada es yang sedang mencair). Oleh sebab itu 0⁰R lebih rendah dari pada 0⁰C atau 0⁰R. 0⁰C atau 0⁰R sama dengan 32⁰F. Untuk titik tetap atas Fahrenheit memilih suhu uap air mendidih pada tekanan 1 atm dan ditetapkan 212⁰F. Oleh karenanya 212⁰F=100⁰C=80⁰R.

4.    Termometer Kelvin (K), menetapkan titik bawah dengan nol mutlak yang besarnya lebih kurang -273,15^oC. Pada suhu ini, gerak partikelberhenti sehingga tidak ada panas yang dapat diukur. Hal ini karena panas sebanding dengan energi kinetic tiap partikel.

a.  Rumus merubah celcius ke Kelvin = Celcius + 273,15

b.  Rumus merubah celcius ke rheamur = Celcius x 0,8

c.  Rumus merubah reamur ke celcius = Rheamur x 1,25

d.  Rumus merubah celcius ke Fahrenheit = (Celcius x 1,8) + 32

e.  Rumus merubah fahrenheit ke celcius = (Fahrenheit - 32) / 1,8

f.  Rumus merubah rheamur ke farenheit = (Rheamur x 2,25) + 32

Yang perlu kita ketahui adalah perbandingan suhu antara celcius, reamur dan fahrenheit adalah 5 : 4 : 9. Khusus untuk farenheit perlu ditambah 32 untuk perubahnnya. Perubahan lain bisa melakukan penyesuaian rumus di atas.

5.  Alat Ukur Volume

a.  Benda Beraturan

Benda beraturan Benda beraturan adalah benda yang dapat langsung diukur dengan alat ukur dan rumus. Contoh:kubus ,balok ,tabung ,dll.

Rumus volume digunakan untuk benda yang beraturan:

• Volume kubus = r3 (r adalah rusuk kubus)
• Volume balok = p.l.t (p adalah panjang, l adalah lebar dan t adalah tinggi)
• Volume prisma = La.t (La adalah luas alas dan t adalah tinggi)
• Volume limas = 1/3.La.t (La adalah luas alas dan t adalah tinggi)
• Volume silinder = π.r2.t (r adalah jari-jari dan t adalah tinggi)
• Volume kerucut = 1/3.π.r2.t (r adalah jari-jari dan t adalah tinggi)
• Volume bola = 4/3.π.r3

b.  Benda Tidak Beraturan

Benda tidak beraturan adalah benda yang tidak dapat langsung diukur dengan alat ukur dan rumus.contoh:batu,kayu,kursi,dll. Untuk menentukan volume benda yang tidak beraturan bisa digunakan gelas ukur.

Mula-mula air pada gelas ukur menunjuk skala pada 12,4 ml. Setelah sebuah benda dimasukkan pada gelas ukur, air menunjuk pada skala 20,2 ml. Jadi volume benda tersebut adalah 20,2 ml – 12,4 ml  atau 7,8 ml.