Besaran Pokok, Besaran Turunan dan Ketelitian dalam Pengukuran

Untuk melakukan suatu pengukuran para ilmuwan menentukan berbagai besaran fisis yang dapat diukur di laboratorium.Hasil pengukuran selalu mengandung dua hal, yaitu nilai dan satuan. Sesuatu yang dapat diukur dan memiliki satuan disebut besaran. Besaran fisika dibedakan menjadi dua, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

Besaran Pokok

Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah didefinisikan atau ditetapkan dengan baku. Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 (1971), berdasarkan hasil-hasil pertemuan sebelumnya dan hasil-hasil Panitia Internasional, menetapkan tujuh besaran sebagai dasar. Ketujuh besaran ini merupakan dasar bagi Sistem Satuan Internasional, disingkat SI, berasal dari bahasa Perancis Le Systeme Internasionald’Unites, seperti ditunjukkan pada Tabel berikut ini.

Besaran dan Satuan Dasar SI

Awalan-awalan untuk faktor yang lebih dari satu berasal dari bahasa Yunani, sedangkan yang kurang dari satu berasal dari bahasa Latin (kecuali untuk femto dan atto, yang ditambahkan belakangan, berasal dari bahasa Denmark).

Seringkali dijumpai besaran fisis seperti jari-jari bumi dan selang waktu antara dua kejadian nuklir dalam satuan SI berupa bilangan-bilangan yang sangat besar atau sangat kecil. Agar lebih sederhana dianjurkan penggunaan awalan seperti ditunjukkan dalam Tabel berikut ini.

Awalan-awalan SI

Satuan pengukuran ada yang baku dan ada yang tidak baku. Di negara kita sering dikenal satuan yang tidak baku, misalnya hasta, depa, jengkal, kilan, dan sebagainya. Satuan ini sangat menyulitkan dalam komunikasi apalagi untuk kepentingan ilmiah.

Untuk menentukan satuan standar dari suatu besaran, harus dipenuhi syarat-syarat standar yang baik yaitu:

1. tetap, tidak mengalami perubahan dalam keadaan apapun;
2. dapat digunakan secara internasional;
3. mudah ditiru.

Ada dua sistem satuan lain yang sering dijumpai di samping SI yaitu:

1. Sistem Gaussian, banyak literatur fisika masih dinyatakan dalam sistem ini.
2. Sistem British, sampai sekarang masih banyak dipakai di daerah bekas jajahan Inggris (Amerika, Inggris, Australia, dan tempat-tempat lain).

Satuan dasarnya adalah panjang (foot), gaya (pound), dan waktu (second). Dengan diterimanya SI secara resmi, sistem British sedang dihilangkan di Inggris.

Standar untuk SI

Definisi standar dari 7 besaran pokok panjang, massa, waktu, arus listrik, suhu, jumlah zat, dan intensitas cahaya, sebagai berikut:

1. Panjang
   Satuan standar panjang adalah meter (m).Awalnya, yang dimaksud dengan satu meter adalah sepersepuluh juta kali jarak dari kutub utara ke katulistiwa sepanjang garis bujur (meredian) yang melalui Paris. Setelah batang standar meter dibuat dan dilakukan pengukuran yang teliti, ternyata ada perbedaan sedikit (sekitar 0,023%) dari harga yang dimaksud.Standar panjang internasional yang pertama adalah sebuah batang terbuat dari platinum iridium yang disebut sebagai meter standar. Standar meter ini disimpan di The International Bureau of Weights and Measures, Sevres, Paris.Dalam pertemuan ke-11 Konferensi Umum Mengenai Berat dan Ukuran (1960), satu meter didefinisikan sebagai 1.650.763,73 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan oleh atom-atom gas Krypton-86 pada suatu peristiwa lucutan listrik di ruang hampa. Pada tahun 1983, definisi satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama selang waktu 1/299 792 458 sekon.
2. Massa
   Satuan standar massa adalah kilogram (kg). Standar SI untuk massa adalah sebuah silinder platina iridium yang disebut kilogram standar, yang disimpan di The International Bureau of Weights and Measures, Sevres, Paris. Berdasarkan perjanjian internasional massa kilogram standar ini ditetapkan memiliki massa satu kilogram. Berdasarkan kilogram standar ini dibuat tiruannya yang dikirimkan ke berbagai negara. Massa dari benda-benda lain dapat ditentukan dengan menggunakan teknik neraca berlengan sama (equal-arm balance) dengan ketelitian 2 bagian adalah 10⁸.
3. Waktu
   Satuan standar waktu adalah sekon (s), atau detik (det). Satu detik didefinisikan selang waktu yang diperlukan atom Caesium 133 (Cs¹³³) untuk melakukan getaran 9.192.631.770 kali.
4. Suhu
   Satuan standar suhu adalah kelvin (K), yaitu 1/273,16 dari temperatur termodinamika dari titik triple air. Nol kelvin (0^oK) disebut nol mutlak. Satu kelvin sama dengan satu derajat pada skala suhu Celcius.
5. Kuat Arus Listrik
   Satuan standar kuat arus listrik adalah ampere (A), yaitu arus pada dua kawat panjang paralel yang terpisah sejauh 1 meter dan menimbulkan gaya magnetik per satuan panjang sebesar 2x10^-7 N/m.
6. Jumlah Zat
   Satuan standar jumlah zat adalah mol, yaitu jumlah zat yang berupa wujud elementer dalam 0,012 kilogram carbon-12. Wujud elementer ini mungkin atom, molekul, ion, elektron, foton, dan sebagainya. Satu mol mengandung 6,02252 x 10²³ partikel elementer. Satu mol dari unsur dengan massa atom relatif A mempunyai massa A gram (disebut gram atom). Satu mol senyawa dengan massa molekuler relatif M mempunyai massa M gram (disebut gram molekul).
7. Intensitas Cahaya
   Satuan standar intensitas cahaya adalah kandela (cd) yaitu intensitas cahaya, dalam arah tegak lurus permukaan benda hitam seluas 1/600.000 m² pada temperatur beku platinum dengan tekanan 1 atmosfer.

Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari satu atau lebih besaran-besaran pokok. Contoh: volume (m³) diturunkan dari satuan panjang, massa jenis (kg/m³) diturunkan dari satuan massa (kg) dan satuan panjang (m), kecepatan (m/s) diturunkan dari satuan panjang (m) dan waktu (s), dan sebagainya.

Ketelitian dalam Pengukuran

Dalam memahami fenomena alam sekitar, para ilmuwan selalu mencari keterkaitan antara berbagai besaran fisis secara kuantitatif dalam bentuk persamaan dengan menggunakan simbol-simbol yang mewakili besaran-besaran tersebut. Untuk menentukan besaran fisis dilakukan pengukuran secara teliti melalui suatu percobaan di laboratorium. Dalam melakukan pengukuran, selalu akan muncul kesalahan atau ketidakpastian. Oleh karena itu ketika melaporkan hasil pengukurannya harus disertakan pula kesalahannya. Berdasarkan kesalahannya itu dapat diketahui seberapa tepat dan teliti hasil eksperimen yang diperoleh.

Contoh, hasil pengukuran panjang balok, dituliskan (7,2 ± 0,1) cm. Artinya, panjang balok tersebut berada antara (7,2 – 0,1) cm, dan (7,2 + 0,1) cm. Jadi hasil pengukurannya tidak tepat 7,2 cm, melainkan antara 7,1 cm dan 7,3 cm. Angka ± 0,1 menyatakan kesalahan/ketidakpastian.

Ketelitian dan ketepatan hasil suatu pengukuran bergantung kepada alat ukur yang digunakan. Makin kecil pembagian skala suatu alat ukur, semakin besar ketelitian hasil pengukurannya atau semakin kecil kesalahannya. Mengukur menggunakan jangka sorong (dengan skala terkecil 0,1 mm), lebih teliti dibandingkan dengan menggunakan mistar (dengan skala terkecil 1 mm). Meskipun kita dapat memilih alat ukur dengan skala sangat kecil sekalipun, tidak mungkin diperoleh hasil yang tepat secara mutlak, pasti ada kesalahan. Sumber utama yang menimbulkan kesalahan dalam pengukuran adalah:

Kesalahan Sistematik

Kesalahan sistematik berasal dari alat ukur yang digunakan atau kondisi yang menyertai saat pengukuran. Termasuk kesalahan sistematik adalah:

1. Kesalahan alat
   Kesalahan ini muncul akibat kalibrasi skala penunjukan angka pada alat tidak tepat, sehingga pembacaan skala menjadi tidak sesuai dengan sebenarnya. Untuk mengatasi kesalahan alat, harus dilakukan kalibrasi setiap alat tersebut digunakan.
2. Kesalahan nol
   Kesalahan penunjukan alat pada skala nol. Untuk mengatasi kesalahan ini, sebelum alat ini digunakan harus diatur dulu titik nol alat, dan diperhitungkan dalam menentukan hasil pengukurannya.
3. Waktu respon yang tidak tepat
   Kesalahan pengukuran ini muncul akibat waktu pengukuran tidak bersamaan dengan saat munculnya data yang seharusnya diukur, sehingga data yang diperoleh bukan data sebenarnya. Untuk mengatasi kesalahan ini, pengukuran yang dilakukan harus tepat seperti apa yang seharusnya diukur.
4. Kondisi yang tidak sesuai
   Kesalahan pengukuran ini muncul karena kondisi alat ukur dipengaruhi oleh kejadian yang hendak diukur. Untuk mengatasi kesalahan ini kondisinya disesuaikan dengan aturan yang harus dilakukan terhadap alat ukur yang digunakan.

Kesalahan Kebetulan (random)

Kesalahan kebetulan umumnya bersumber dari dua hal, yaitu:

1. Pada gejala yang tidak mungkin dikendalikan secara pasti. Gejala tersebut umumnya merupakan perubahan yang sangat cepat dan acak hingga pengaturannya diluar kemampuan kita. Misalnya: fluktuasi pada besaran listrik, getaran landasan pesawat, getaran KA, dan lain-lain.
2. Pada pengukuran berulang, sehingga hasil-hasil yang diperoleh bervariasi dari harga rata-ratanya. Hasil pengukurannya menjadi berbeda antara yang satu dengan yang lain, karena kondisi pengukuran memang sebenarnya telah berbeda antara satu pengukuran dengan pengukuran yang lain; kesalahan alat ukur yang digunakan; dan bersumber dari kesalahan lain yang berkaitan dengan kegiatan pengukuran.

Kesalahan Pengamatan

Kesalahan pengamatan merupakan kesalahan pengukuran yang bersumber dari kekurang terampilan manusia saat melakukan kegiatan pengukuran. Misalnya: cara pembacaan skala tidak tegak lurus (paralaks); salah dalam membaca skala, dan pengetesan alat ukur yang kurang tepat.