Baca Juga:
Amatilah tinggi badan teman Anda, apakah terlihat lebih tinggi atau lebih pendek daripada badan Anda? Anda dapat mengetahui jawabannya dengan membandingkan tinggi badan Anda dengan teman Anda. Akan tetapi, Anda akan mengalami kesulitan dalam menentukan secara tepat seberapa besar perbedaan tinggi yang ada pada Anda dan teman Anda. Dalam menentukan besarnya perbedaan ini, Anda tentunya membutuhkan alat bantu yang dapat memberikan solusinya dengan tepat. Dalam kasus ini, secara tidak langsung Anda telah melakukan suatu proses pengukuran. Membandingkan suatu besaran dengan besaran lain yang telah ditetapkan sebagai standar pengukuran disebut mengukur. Alat bantu dalam proses pengukuran disebut alat ukur. Berikut ini akan dijelaskan proses pengukuran dengan menggunakan beberapa alat ukur, antara lain alat ukur panjang (mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup), alat ukur massa, dan alat ukur waktu.
1. Alat Ukur
Ketika Anda akan melakukan pengukuran suatu besaran Fisika, dibutuhkan alat ukur untuk membantu Anda mendapatkan data hasil pengukuran. Untuk mengukur panjang suatu benda, dapat menggunakan mistar, jangka sorong, atau mikrometer ulir (sekrup). Untuk mengukur massa suatu benda dapat menggunakan timbangan atau neraca. Adapun untuk mengukur waktu, Anda dapat menggunakan jam atau stopwatch. Dapatkah Anda menyebutkan alat ukur lainnya selain alat ukur tersebut?
Selain faktor alat ukur, untuk mendapatkan data hasil pengukuran yang akurat perlu juga dipertimbangkan faktor-faktor lain yang dapat mempengaruhi proses pengukuran, antara lain benda yang diukur, proses pengukuran, kondisi lingkungan, dan orang yang melakukan pengukuran.
a. Mistar Ukur
Pada umumnya, mistar sebagai alat ukur panjang memiliki dua skala ukuran, yaitu skala utama dan skala terkecil. Satuan untuk skala utama adalah sentimeter (cm) dan satuan untuk skala terkecil adalah milimeter (mm). Skala terkecil pada mistar memiliki nilai 1 milimeter, seperti yang terlihat pada Gambar 1.1. Jarak antara skala utama adalah 1 cm. Di antara skala utama terdapat 10 bagian skala terkecil sehingga satu skala terkecil memiliki nilai
pengukuran sebesar 0,5 mm atau 0,05 cm, yakni setengah dari nilai skala terkecil yang dimiliki oleh mistar tersebut. Selain skala sentimeter (cm), terdapat juga skala lainnya pada mistar ukur. Tahukah Anda mengenai skala tersebut? Kapankah skala tersebut digunakan?
b. Jangka Sorong
Pernahkah Anda melihat atau menggunakan alat ukur yang memiliki skala nonius? Salah satu alat ukur ini adalah jangka sorong. Anda dapat menggunakan alat ukur ini untuk mengukur diameter dalam, diameter luar, serta kedalaman suatu benda yang akan diukur.
Jangka sorong merupakan alat ukur panjang yang terdiri atas skala utama, skala nonius, rahang pengatur garis tengah dalam, rahang pengatur garis tengah luar, dan pengukur kedalaman. Rahang pengatur garis tengah dalam dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian dalam sebuah benda. Adapun rahang pengatur garis tengah bagian luar dapat digunakan untuk mengukur diameter bagian luar sebuah benda.
Coba Anda ukur panjang sebuah benda dengan menggunakan alat ukurini. Ketika Anda menggunakan jangka sorong, Anda akan menemukan nilai skala terkecil pada alat ukur tersebut. Tahukah Anda apakah nilai skala terkecil itu? Nilai skala terkecil pada jangka sorong, yakni perbandingan antara satu nilai skala utama dengan jumlah skala nonius. Skala nonius jangka sorong pada Gambar 1.2, memiliki jumlah skala 20 maka skala terkecil dari
b. Mikrometer Ulir (Sekrup)
Seperti halnya jangka sorong, mikrometer ulir (sekrup) terbagi ke dalam beberapa bagian, di antaranya landasan, poros, selubung dalam, selubung luar, roda bergerigi, kunci poros, dan bingkai (Gambar 1.3). Skala utama dan nonius terdapat dalam selubung bagian dalam dan selubung bagian luar.
Selubung bagian luar adalah tempat skala nonius yang memiliki 50 bagian skala. Satu skala nonius memiliki nilai 0,01 mm. Hal ini dapat diketahui ketika Anda memutar selubung bagian luar sebanyak satu kali putaran penuh, akan diperoleh nilai 0,5 mm skala utama. Oleh karena itu, nilai satu skala nonius
Jika jangka sorong dapat digunakan untuk mengukur diameter benda, begitu pula dengan mikrometer sekrup. Menurut Anda, dari kedua alat ukur tersebut, manakah yang memiliki nilai keakuratan yang tinggi?
c. Stopwatch
Pernahkah Anda mengukur,berapa lama Anda berlari? Menggunakan apakah Anda mengukurnya? Banyak sekali macam dan jenis alat ukur waktu. Salah satu contohnya adalah stopwatch. Stopwatch merupakan alat pengukur waktu yang memiliki skala utama (detik) dan skala terkecil (milidetik). Pada skala utama, terdapat 10 bagian skala terkecil sehingga nilai satu skala terkecil yang dimiliki oleh stopwatch analog adalah 0,1 detik. Ketelitian atau
= 0,05 detik. Selain stopwatch analog, terdapat juga stopwatch digital. Menurut Anda samakah pengukuran stopwatch analog dengan stopwatch digital? Manakah yang lebih akurat?
e. Neraca
Mungkin Anda pernah menimbang sebuah telur dengan menggunakan timbangan atau membandingkan massa dua buah benda, dengan meng- gunakan kedua tangan Anda. Dalam hal ini Anda sedang melakukan pengukuran massa. Hanya saja alat yang digunakan berbeda. Terdapat banyak macam alat ukur massa, misalnya neraca ohaus, neraca pegas, dan timbangan. Setiap alat ukur massa memiliki cara pengukuran yang berbeda. Cobalah Anda ukur massa sebuah benda kemudian tuliskan cara mengukurnya.
2. Pengukuran Tunggal dan Pengukuran Berulang
Dalam melakukan pengukuran, mungkin Anda pernah merasa bahwa dengan hanya sekali mengukur, data yang diperoleh sudah memiliki tingkat ketelitian yang cukup. Akan tetapi, adakalanya pengukuran tidak dapat dilakukan hanya sekali, melainkan berulang-ulang. Oleh karena itu, pengukuran dibagi menjadi dua cara, yakni pengukuran tunggal dan pengukuran berulang.
a. Pengukuran Tunggal
1) Pengukuran tunggal menggunakan mistar
Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya, ketelitian pengukuran mistar adalah 0,5 mm. Setiap pengukuran selalu disertai denganketidakpastian sehingga nilai ini selalu diikutsertakan dalam hasil pengukuran. Coba perhatikan Gambar 1.6.
Misalkan, hasil pengukuran adalah 2,1 cm. Oleh karena ketidakpastian memiliki nilai dua angka di belakang koma, yakni 0,05 cm maka hasil pengukuran ditulis pula dalam dua angka di belakang koma sehingga menjadi 2,10 cm. Panjang pengukuran dapat dituliskan menjadi:
Variabel x adalah nilai hasil pengukuran, Δx nilai ketidakpastian, dan adalah nilai panjang pengukuran. Hasil pengukuran tersebut dapat diartikan bahwa panjang hasil pengukuran berada di antara 2,05 cm dan 2,15 cm. Secara matematis, dapat dituliskan
2) Pengukuran tunggal menggunakan jangka sorong
Anda telah mempelajari pengukuran tunggal menggunakan mistar. Sekarang, Anda akan belajar bagaimana melakukan pengukuran tunggal menggunakan jangka sorong. Perhatikan Gambar 1.7
Hasil pengukuran panjang sebuah logam yang terbaca pada skala utama, yakni berada di antara 2,3 cm dan 2,4 cm. Nilai ini didapat dari pembacaan posisi nilai nol pada skala nonius yang berada di antara nilai 2,3 cm dan 2,4 cm pada skala utama. Perhatikan skala nonius pada Gambar 1.7. Skala atau garis ke-12 pada skala nonius berhimpit dengan skala atau garis pada skala utama, yakni pada nilai 4,7 cm. Oleh karena nilai terkecil dari skala nonius adalah 0,05 mm atau 0,005 cm, penulisan panjang logam menjadi 2,3 cm + (12 × 0,005 cm) = 2,36 cm.
Seperti yang Anda ketahui bahwa setiap alat ukur memiliki nilai tingkat ketelitian atau ketidakpastian. Nilai ketelitian yang dimiliki oleh jangka sorong adalah setengah dari nilai skala terkecil, yakni 0,025 mm atau 0,0025 cm. Seperti halnya pengukuran tunggal menggunakan mistar, nilai di belakang koma pada nilai ketelitian harus sama dengan nilai di belakang koma pada nilai hasil pengukuran. Oleh karena itu, panjang logam dapat ditulis kembali menjadi 2,3600 cm. Panjang hasil pengukuran secara matematis dapat ditulis:
3) Pengukuran tunggal menggunakan mikrometer ulir (sekrup)
Pada Gambar 1.8 terlihat nilai skala utama yang terbaca dari hasil pengukuran panjang dari benda adalah 5 mm. Nilai skala utama yang terbaca tersebut diperoleh dari nilai yang berhimpit dengan selubung bagian luar. Skala nonius yang berhimpit dengan sumbu utama pada skala utama me- nunjukkan nilai nonius yang terbaca, yakni bagian skala ke-45.
Oleh karena nilai terkecil yang dimiliki mikrometer ulir pada skala nonius adalah 0,01 mm, nilai yang terbaca pada skala nonius menjadi 0,45 mm dan panjang benda menjadi 5 mm + 0,45 mm = 5,45 mm. Nilai ketelitian yang dimiliki mikrometer ulir (sekrup) adalah 0,005 mm, yakni setengah dari skala terkecil yang dimiliki skala nonius pada mikrometer ulir. Nilai ketelitian mikrometer ulir memiliki tiga nilai di belakang koma sehingga nilai pengukurannya harus ditulis 5,450 mm dan panjang pengukuran adalah = (5,450 mm + 0,005 mm)
Setelah Anda memahami mengenai pengukuran tunggal pada mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup, bagaimanakah caranya jika Anda melakukan pengukuran tunggal dengan menggunakan stopwatch dan neraca? Coba diskusikan bersama teman dan guru Anda.
b. Pengukuran Berulang
Setelah Anda mempelajari pengukuran tunggal, sekarang Anda akan belajar pengukuran berulang. Pengukuran berulang adalah pengukuran yang dilakukan tidak hanya sekali, melainkan berulang-ulang supaya mendapatkan ketelitian yang maksimal dan akurat. Pengukuran berulang digunakan ketika dalam proses mengukur, Anda mendapatkan hasil yang berbeda-beda dari segi pandang, baik dari segi pengamat (pengukur) maupun dari segi objek yang diukur. Ketika Anda melakukan pengukuran tunggal, ketelitian atau ketidakpastian yang diperoleh adalah setengah dari skala terkecil. Dalam pengukuran berulang, pernyataan ini tidak berlaku melainkan menggunakan simpangan baku (Sx).
Hasil pengukuran panjang suatu benda dapat berbeda-beda jika dilakukan berulang-ulang. Laporan hasil pengukurannya berupa rata-rata nilai hasil pengukuran dengan ketidakpastian yang sama dengan simpangan bakunya. Sebagai contoh, hasil pengukuran panjang sebuah benda sebanyak n kali adalah x1, x2, x3, …, xn. Nilai rata-ratanya, yaitu
dengan n adalah jumlah data yang diukur dan x adalah nilai rata-rata hasil pengukuran. Simpangan bakunya dapat ditulis sebagai berikut.
Oleh karena itu, hasil pengukuran dapat ditulis menjadi
Ketidakpastian pengukuran berulang sering dinyatakan dalam persen atau disebut ketidakpastian relatif. Secara matematis dituliskan sebagai berikut
Adapun untuk menentukan ketidakpastian gabungan dapat Anda lihat pada
Tabel 1.1 berikut ini.
