13
Pengukuran
K olom Ilmuwan 1.3
Carilah informasi di perpustakaan, majalah ilmiah, atau di internet tentang kondisi lingkungan sekitar yang dapat memengaruhi kinerja
alat percobaan Sebutkan kondisi-kondisi tersebut, jelaskan pengaruh- nya, dan cara mengatasinya Tulislah informasi yang Anda dapat
dalam bentuk laporan dan kumpulkan di meja guru
3. Kesalahan Acak
Kesalahan acak adalah kesalahaan yang terjadi karena adanya fluktuasi- fluktuasi halus pada saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat di-
sebabkan karena adanya gerak brown molekul udara, fluktuasi tegangan listrik, landasan bergetar, bising, dan radiasi.
a. Gerak Brown Molekul Udara
Molekul udara seperti Anda ketahui keadaannya selalu bergerak secara tidak teratur atau rambang. Gerak ini dapat mengalami fluktuasi yang sangat
cepat dan menyebabkan jarum penunjuk yang sangat halus seperti pada mikrogalvanometer terganggu karena tumbukan dengan molekul udara.
b. Fluktuasi Tegangan Listrik
Tegangan listrik PLN atau sumber tegangan lain seperti aki dan baterai selalu mengalami perubahan kecil yang tidak teratur dan cepat sehingga
menghasilkan data pengukuran besaran listrik yang tidak konsisten.
c. Landasan yang Bergetar
Getaran pada landasan tempat alat berada dapat berakibat pembacaan skala yang berbeda, terutama alat yang sensitif terhadap gerak. Alat seperti
seismograf butuh tempat yang stabil dan tidak bergetar. Jika landasannya bergetar, maka akan berpengaruh pada penunjukkan skala pada saat terjadi
gempa bumi.
d. Bising
Bising merupakan gangguan yang selalu Anda jumpai pada alat elektronik. Gangguan ini dapat berupa fluktuasi yang cepat pada tegangan
akibat dari komponen alat bersuhu.
e. Radiasi Latar Belakang
Radiasi gelombang elektromagnetik dari kosmos luar angkasa dapat mengganggu pembacaan dan menganggu operasional alat. Misalnya, ponsel
tidak boleh digunakan di SPBU dan pesawat karena bisa mengganggu alat ukur dalam SPBU atau pesawat. Gangguan ini dikarenakan gelombang
elektromagnetik pada telepon seluler dapat mengasilkan gelombang radiasi yang mengacaukan alat ukur pada SPBU atau pesawat.
Di unduh dari : Bukupaket.com
14
Fisika SMAMA Kelas X
Kegiatan 1.1
Adanya banyak faktor yang menyebabkan kemungkinan terjadinya kesalahan dalam suatu pengukuran, menjadikan Anda tidak mungkin
mendapatkan hasil pengukuran yang tepat benar. Oleh karena itu, Anda harus menuliskan ketidakpastiannya setiap kali melaporkan hasil dari suatu
pengukuran. Untuk menyatakan hasil ketidakpastian suatu pengukuran dapat menggunakan cara penulisan x = xo ±
x, dengan x merupakan nilai pendekatan hasil pengukuran terhadap nilai benar, xo merupakan
nilai hasil pengukuran, dan x merupakan ketidakpastiannya angka
taksiran ketidakpastian.
Untuk melaporkan suatu hasil pengukuran Anda terkadang mem- butuhkan juga pemahaman mengenai konversi satuan, angka
penting, notasi ilmiah, dan aturan pembulatan. Buatlah sebuah tulisan yang membahas hal-hal tersebut. Anda dapat mencari
informasi di perpustakaan, majalah, atau internet. Kumpulkan hasil tulisan Anda di meja guru
Ketidakpastian pada Pengukuran Tunggal
Pengukuran tunggal merupakan pengukuran yang hanya dilakukan sekali saja. Pada pengukuran tunggal, nilai yang dijadikan pengganti nilai
benar adalah hasil pengukuran itu sendiri. Sedangkan ketidakpastiannya diperoleh dari setengah nilai skala terkecil instrumen yang digunakan.
Misalnya, Anda mengukur panjang sebuah benda menggunakan mistar. Perhatikan Gambar 1.6
Gambar 1.6
Panjang suatu benda yang diukur dengan menggunakan mistar.
Pada Gambar 1.6 ujung benda terlihat pada tanda 15,6 cm lebih sedikit. Berapa nilai lebihnya? Ingat, skala terkecil mistar adalah 1 mm. Telah Anda
sepakati bahwa ketidakpastian pada pengukuran tunggal merupakan setengah skala terkecil alat. Jadi, ketidakpastian pada pengukuran tersebut
adalah sebagai berikut.
x = 1
2 × 1 mm = 0,5 mm = 0,05 cm
benda mistar
Di unduh dari : Bukupaket.com
15
Pengukuran
Karena nilai ketidakpastiannya memiliki dua desimal 0,05 mm, maka hasil pengukurannya pun harus Anda laporkan dalam dua desimal. Artinya,
nilai x harus Anda laporkan dalam tiga angka. Angka ketiga yang Anda laporkan harus Anda taksir, tetapi taksirannya hanya boleh 0 atau 5. Karena
ujung benda lebih sedikit dari 15,6 cm, maka nilai taksirannya adalah 5. Jadi, pengukuran benda menggunakan mistar tersebut dapat Anda laporkan
sebagai berikut.
Panjang benda = l = x x
r = 15,6 ± 0,05 cm
Arti dari laporan pengukuran tersebut adalah Anda tidak tahu nilai x panjang benda yang sebenarnya. Namun, setelah dilakukan pengukuran
sebanyak satu kali Anda mendapatkan nilai 15,6 cm lebih sedikit atau antara 15,60 cm sampai 15,70 cm. Secara statistik ini berarti ada jaminan
100 bahwa panjang benda terdapat pada selang 15,60 cm sampai 15,7 cm atau 15,60
d
x
d
15,70 cm.
Ketidakpastian pada Pengukuran Berulang
Agar mendapatkan hasil pengukuran yang akurat, Anda dapat melakukan pengukuran secara berulang. Lantas bagaimana cara melaporkan
hasil pengukuran berulang? Pada pengukuran berulang Anda akan mendapatkan hasil pengukuran sebanyak N kali. Berdasarkan analisis
statistik, nilai terbaik untuk menggantikan nilai benar x adalah nilai rata-
rata dari data yang diperoleh
x
. Sedangkan untuk nilai ketidakpastiannya
x
dapat digantikan oleh nilai simpangan baku nilai rata-rata sampel. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
x =
¦
1 2
3
...
i
N
x x
x x
x N
N
x
=
2 2
– 1
– 1
i i
N x
x N
N
¦ ¦
Keterangan: x
: hasil pengukuran yang mendekati nilai benar
x
: ketidakpastian pengukuran N
: banyaknya pengkuran yang dilakukan Pada pengukuran tunggal nilai ketidakpastiannya
x
disebut ketidakpastian mutlak. Makin kecil ketidakpastian mutlak yang dicapai pada
pengukuran tunggal, maka hasil pengukurannya pun makin mendekati
Di unduh dari : Bukupaket.com
16
Fisika SMAMA Kelas X
kebenaran. Nilai ketidakpastian tersebut juga menentukan banyaknya angka yang boleh disertakan pada laporan hasil pengukuran. Bagaimana
cara menentukan banyaknya angka pada pengukuran berulang?
Cara menentukan banyaknya angka yang boleh disertakan pada pengukuran berulang adalah dengan mencari ketidakpastian relatif
pengukuran berulang tersebut. Ketidakpastian relatif dapat ditentukan dengan membagi ketidakpastian pengukuran dengan nilai rata-rata
pengukuran. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.
ketidakpastian relatif = 100
x x
u
Setelah mengetahui ketidakpastian relatifnya, Anda dapat menggunakan aturan yang telah disepakati para ilmuwan untuk mencari
banyaknya angka yang boleh disertakan dalam laporan hasil pengukuran berulang. Aturan banyaknya angka yang dapat dilaporkan dalam
pengukuran berulang adalah sebagai berikut. •
ketidakpastian relatif 10 berhak atas dua angka •
ketidakpastian relatif 1 berhak atas tiga angka •
ketidakpastian relatif 0,1 berhak atas empat angka
Suatu pengukuran berulang massa sebuah benda menghasilkan data sebagai berikut: 12,5 g; 12,3 g; 12,8 g; 12,4 g; 12,9 g; dan12,6 g.
Laporkan hasil pengukuran berulang tersebut lengkap dengan ketidakpastiannya
Jawab: Sebaiknya Anda buat tabel hasil pengukuran seperti berikut.
Contoh 1.4
1. 2.
3. 4.
5. 6.
6 N
¦
12,3 12,4
12,5 12,6
12,8 12,9
75 50
i
x ,
¦
151,29 153,76
156,25 158,76
163,84 166,41
2
950 31
i
x ,
¦
Percobaan Ke- x
i
gram
2 i
x
gram
Di unduh dari : Bukupaket.com
17
Pengukuran
Berdasarkan tabel Anda peroleh N = 6;
75, 50
i
x
¦
; dan
2
950, 31
i
x
¦
. Selanjutnya dapat Anda tentukan nilai mendekati benda, ketidak-
pastian, dan ketidakpastian relatifnya.
x =
i
x N
¦
=
75, 50 6
= 12,5833 g
x
=
2 2
– 1
– 1
i i
N x
x N
N
¦ ¦
=
2
6 950, 31 – 75, 50 1
6 6 – 1
= 5.701, 86 – 5.700, 25
1 6
5 =
1 1, 61
6 5
= 0,167 × 0,32 = 0,09 g
Ketidakpastian relatif =
100 x
x u
= 0 09
100 12 83
, ,
u = 0,7
Menurut aturan yang telah disepakati, ketidakpastian relatif 0,7 berhak atas tiga angka. Jadi, hasil pengukuran dapat dilaporkan
sebagai berikut.
m = x x
r = 12,5 ± 0,09 g
Di unduh dari : Bukupaket.com
18
Fisika SMAMA Kelas X
S oal Kompetensi 1.3
Kolom Diskusi 1.1
Diskusikan bersama teman sebangku Anda dan laporkan hasilnya kepada guru, tentang cara menentukan ketidakpastian pada pengu-
kuran massa dan waktu dan berilah contohnya
1. Sebutkan beberapa instrumen pengukuran panjang, massa, waktu dan berikan penjelasan kelebihan dan kekurangannya
2. Bagaimana cara Anda untuk menghindari kesalahan-kesalahan yang mungkin terjadi pada suatu pengukuran? Jelasakan
3. Bagaimana cara Anda agar memperoleh nilai ketidakpastian yang
lebih baik dengan menggunakan instrumen pengukuran yang sa- ma? Jelaskan
4. Diketahui hasil pengukuran berulang sebanyak 5 kali terhadap
kuat arus pada suatu rangkaian berturut-turut adalah sebagai berikut: 5 mA; 6 mA; 5,6 mA; 6,1 mA; dan 5,4 mA. Laporkan hasil
pengukuran tersebut beserta nilai ketidakpastiannya
E. Vektor
Pada awal bab telah disinggung bahwa besaran dalam fisika dapat dikelompokkan berdasarkan ada tidaknya arah, yaitu besaran skalar dan
besaran vektor. Besaran skalar adalah besaran yang hanya mempunyai nilai besar saja. Contoh besaran skalar, antara lain, massa, panjang,
waktu, volume, energi, dan muatan listrik. Anda dapat menyatakan besaran skalar hanya dengan menyatakan nilainya saja. Misalnya, massa
Acong 35 kg, panjang pensil 20 cm, dan volume bak mandi 1.000 liter. Besaran skalar selalu bernilai positif.
Besaran vektor adalah besaran yang mempunyai nilai besar dan arah. Contoh besaran vektor, antara lain, perpindahan, kecepatan, percepatan,
momentum, dan gaya. Untuk menyatakan besaran vektor, harus meng- gunakan nilai angka dan disebutkan arahnya. Misalnya, Nisa berlari ke
utara dengan kecepatan 5 kmjam dan Robert menggeser almari sejauh 3 meter ke barat.
1. Penulisan dan Penggambaran Vektor
Sebuah vektor dalam buku cetakan biasanya dinyatakan dalam
lambang huruf besar yang dicetak tebal bold, misal: A, B, atau R. Untuk tulisan tangan sebuah vektor dilambangkan dengan sebuah huruf kecil
Di unduh dari : Bukupaket.com
