D3 Teknik Konversi Energi Politeknik Neg

FISIKA TERAPAN
D3 Teknik Konversi Energi
Politeknik Negeri Semarang
Giyanto, S.T, M.T, M.Sc

Besaran
Satuan, dan
Pengukuran
Fisika terapan
D3 Teknik Mesin
Teknik Mesin - Polines
Giyanto, S.T, M.T, M.Sc

Mechanical Engineering, POLINES - Semarang

1

Learning Outcomes
Pada akhir pertemuan ini, diharapkan mahasiswa
akan mampu :





menjelaskan manfaat dan penerapan dari mata
kuliah fisika dasar
menjelaskan arti besaran fisika dan sistem satuan
yang digunakan
menjelaskan dasar sistem pengukuran, baik dari
segi besaran fisika yang diukur, alat dan metode
yang digunakan untuk mengukur, serta bagaimana
caranya menganalisa hasil pengukuran.
3

Outline
 Dasar Ilmu Fisika
(Fundamental of the Physics)

 Besaran, Dimensi, dan Satuan
(Basic of the Quantities, Dimensions,
and Units)

 Dasar Sistem Pengukuran
(Basic of the Measurements System)

2

FUNDAMENTAL OF THE PHYSICS

What is the Physics?

FISIKA

Merupakan cabang ilmu yang paling mendasar
(fundamental) yang mempelajari tentang:
 Keadaan dan sifat-sifat benda (makro &
mikro) serta perubahannya,
 Gejala-gejala fenomena alam, dan
 Hubungan antara satu gejala dengan gejala
lainnya.
Merupakan ilmu pengetahuan yang didasarkan
pada

pengamatan
eksperimental
dan
pengukuran kuantitatif (Metode Ilmiah).

INTRODUCTION
Fisika
Klasik
(sebelum 1920)
 Posisi dan Momentum partikel
dapat ditetapkan secara tepat
 Ruang dan waktu merupakan
dua hal yang terpisah

Hukum Newton






Mekanika (Gerak & Fluida)
Panas
Bunyi
Listrik Magnit
Optik (Cahaya)

Kuantum
(setelah 1920)
 Ketidakpastian Posisi dan
Momentum partikel
 Ruang dan waktu merupakan
satu kesatuan

Dualisme
Gelombang-Partikel
Teori Relativitas Einsten

3

Besaran, Dimensi,
dan Satuan

BESARAN
Besaran (Quantity)

 Keadaan dan sifat-sifat benda yang dapat diukur
dan dinyatakan dalam nilai satuan-satuan tertentu
(kuantitatif).
 “Sesuatu” yang dapat diukur dan mempunyai
satuan.
 Besaran Fisika dibedakan menjadi dua yaitu
besaran pokok dan besaran turunan.

*Misalnya: mengukur panjang sebuah meja,
mengukur suhu air, mengukur massa batu.
Panjang
Suhu
Massa

Besaran

• Mempunyai nilai tertentu
• Dapat diukur
• Mempunyai satuan

4

BESARAN
Besaran Pokok
: besaran yang ditetapkan
dengan suatu standar ukuran

Konseptual

Besaran Turunan
: Besaran yang dirumuskan
dari besaran-besaran pokok

Besaran

Fisika

Besaran Skalar
: hanya memiliki nilai
Matematis
Besaran Vektor
: memiliki nilai dan arah

SATUAN & DIMENSI
Satuan (Unit)

 Ukuran / takaran kuantisasi dari besaran fisika.
 Standar Sistem Satuan biasanya dibagi menjadi dua:
• Sistem Satuan Internasional (SI)
MKS & CGS
• Sistem Satuan Inggris atau British atau Sistem Non Metrik

Contoh:

Dimensi (Dimension)

 Massa (kg, gram)
 Panjang (meter, kilometer)
 Waktu (detik, menit, jam)

 Merupakan cara penulisan besaran-besaran dengan simbol-simbol
atau lambang-lambang besaran dasar.

- Kegunaan Dimensi :
1. Untuk menurunkan satuan dari suatu besaran
2. Untuk meneliti kebenaran suatu rumus atau persamaan
- Metode penjabaran dimensi :
1. Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri
2. Setiap suku berdimensi sama

Contoh:

 Massa (M)
 Panjang (L)
 Waktu (T)

5

- Perlu Ditetapkan STANDAR (Disepakati NAMA Dan DEFENISI)
- Tidak Semua Besaran Perlu Standar ( Karena Jumlah Besaran
Sangat Banyak )
- Hanya Besaran Dasar Saja Yang Perlu Dibuat Standarnya

Siapa yang menetapkan standar & Satuan?

- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) - Internasional Buerau of Weight and Measures - Biro Berat dan Ukuran Internasional di Sevres Perancis

Evolusi Satuan Massa
1 kg =
Massa suatu silinder yang terbuat dari campuran platinum-iridium
dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm yang disimpan di
kantor BIPM di kota Sevres, dekat Paris, Perancis.

Beberapa negara membuat duplikat massa standar yang disimpan di
lembaga standar pengukuran masing-masing.

Contoh: Amerika (National Institute of Standart and Technology/NIST)

6

Evolusi Satuan Panjang
1960:
1 meter ≡ jarak antara dua garis pada batang yang terbuat dari
campuran platinum-irridium yang disimpan pada kondisi tertentu
di BIPM
1 meter ≡ 1.650.763,73 kali panjang cahaya orange-red yang
dipancarkan dari lampu krypton-86 (86Kr)

Sejak 1983
1 meter ≡ jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam
waktu 1 / 299.792.458 detik.
Dengan definisi terakhir ini maka kecepatan cahaya di ruang hampa
ditetapkan menjadi 299.792.458 m/s

Besaran Waktu

Alat Ukur Waktu

Waktu adalah selang antara
dua kejadian atau dua
peristiwa

Segala sesuatu yang
berulang secara periodik
contoh: rotasi bumi,
revolusi bumi

Misalnya
Waktu Siang
= sejak matahari terbit
hingga matahari tenggelam
Waktu hidup
= sejak dilahirkan hingga
meninggal.
Jam Atom (Atomic Clock):
1 detik ≡ waktu yang diperlukan untuk
mencapai 9.192.631.770 kali periode osilasi
dari atom cesium)

7

Besaran dan satuan yang digunakan dalam SI *

7 Besaran Dasar (Pokok)

* Berdasar Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 tahun 1971

Gaussian & British Engineering System

8

Besaran Turunan dan Dimensi
NO

Besaran Pokok

Rumus

Dimensi

1

Luas

panjang x lebar

[L]2

2

Volume

panjang x lebar x tinggi

[L]3

3

Massa Jenis

4

massa
volume

[m] [L]-3

Kecepatan

perpindahan
waktu

[L] [T]-1

5

Percepatan

kecepatan
waktu

6

Gaya

massa x percepatan

[M] [L] [T]-2

7

Usaha dan Energi

gaya x perpindahan

[M] [L]2 [T]-2

8

Impuls dan Momentum

gaya x waktu

[M] [L] [T]-1

[L] [T]-2

Prefiks atau Faktor Penggali dalam SI
NO

Faktor

Nama

Simbol

1

10 -18

atto

a

2

10 -15

femto

f

3

10

-12

piko

p

4

10 -9

nano

n

5

10

-6

mikro

μ

6

10 -3

mili

m

7

10 3

kilo

K

8

10

6

mega

M

9

10 9

giga

G

10

10 12

tera

T

11

15

exa

E

10

9

Konversi Satuan

Contoh Soal
1. Tentukan dimensi dan satuannya dalam SI untuk besaran turunan berikut :
a. Gaya
b. Berat Jenis
c. Tekanan
d. Usaha
e. Daya
Jawab :
a. Gaya

c. Tekanan =

d. Usaha

b. Berat Jenis =

= massa x percepatan
=M
x LT -2
= MLT -2 satuan kgms-2

gaya
luas

=

MLT -2
L2

berat
volume

=

Gaya
=
Volume

MLT -2
L3

-

= MLT 2 (L-3)
= ML-2T-2 satuan kgm-2

= MLT

-2

satuan kgm-1s-1

= gaya x jarak = MLT -2 x L = ML 2 T -2 satuan kgm-2s-2
e. Daya =

usaha
waktu

=

ML 2 T -2
T

= ML 2 T -1 satuan kgm-2s-1

10

Contoh Soal
2. Buktikan besaran-besaran berikut adalah identik :
a. Energi Potensial dan Energi Kinetik
b. Usaha/Energi dan Kalor
Jawab :
a. Energi Potensial : Ep = mgh
Energi potensial
= massa x gravitasi x tinggi
= M x LT-2 x L = ML2T-2
Energi Kinetik : Ek
Energi Kinetik

= ½ mv2
= ½ x massa x kecepatan2
= M x (LT-1) 2
= ML2T-2

Keduanya (Ep dan Ek) mempunyai dimensi yang sama  keduanya identik

b. Usaha = ML2T-2
Energi = ML2T-2
Kalor
= 0.24 x energi = ML2T-2
Ketiganya memiliki dimensi yang sama  identik

Contoh Soal
3. Diameter sebuah atom adalah 3,2 x 10-10 m. Nyatakan diameter tersebut dalam
prefiks atau awalan satuan terdekat?

11

Analisis Dimensi
Apakah persamaan berikut benar secara dimensi?

1
x  vot  at 2
2

Persamaan menyatakan jarak (x) yang ditempuh oleh suatu
mobil dalam waktu (t) jika mobil mulai dari kecepatan awal
vo dan bergerak dengan percepatan tetap tetap a.

Analisis dimensi menggunakan fakta bahwa dimensi dapat
diperlakukan sebagai besaran aljabar,
 Besaran-besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan hanya jika
besaran-besaran tersebut mempunyai dimensi yang sama.
 Besaran-besaran pada kedua sisi persamaan harus memiliki
dimensi yang sama.

x  vo t 

 L 

 L 

1
at 2
2

 L  T   L  T 2 
 
T 2   
T 

 L T   L T 2 
 
T 2   
T 

Catatan:
Walaupun analisis dimensi
sangat berguna tetapi
mempunyai batasan, yaitu
tidak dapat menjelaskan
konstanta numerik yang ada
dalam persamaan.
Persamaan yang benar
secara analisis dimensi
belum tentu benar secara
fisis.

 L   L   L

Karena kedua sisi persamaan mempunyai dimensi yang sama maka persaamaan ini
benar secara dimensi

12

Sistem
Pengukuran

DASAR SISTEM PENGUKURAN
(MEASUREMENT SYSTEM)


Definisi:

Tindakan membandingkan harga variabel yg diukur (belum
diketahui) dengan variabel lain yang harganya sudah diketahui.


Tujuan:

Mendapatkan informasi penting (P, V, T, F) terkait besaranbesaran fisika yang berhubungan dengan kelangsungan
proses, sistem, fenomena alam, dan sebagainya.

13

Konsep Dasar Sistem Pengukuran

14

Kenapa Sistem Pengukuran Diperlukan



Measurement, Indication, Monitoring,
and Recording
Automation & Control



Billing & Custody Transfer

Measurement, Indication, Monitoring, and Recording
Untuk mengetahui kondisi suatu proses atau
keadaan suatu sistem.

Mengukur besaran2 fisika pada kendaraan / pesawat seperti
posisi, kecepatan, ketinggian, temperatur mesin, volume bahan
bakar dsb.

15

Measurement, Indication, Monitoring, and Recording
Mengukur tekanan darah pada
manusia.

Mengukur besaran fisika pada
perangkat listrik/elektronik,
seperti arus, tegangan, resistansi.

Mengukurbesaran fisika
perangkat proses di industri
seperti aliran BBM dan gas pada
pipa, tekanan pada reaktor dsb.

Measurement, Indication, Monitoring, and Recording

Pengukuran Level Cairan Dalam Tangki

Mengukur dan memantai volume minyak dalam tangki.

16

Measurement, Indication, Monitoring, and Recording

Pengukuran getaran (gempa) dengan
Seismograph

Seismograph Kuno

Pemantauan gempa
Seismograph Bawah Laut

Measurement, Indication, Monitoring, and Recording

Pengukuran Besaran Fisika Lainnya
Memantau Keadaan Lingkungan





Pengukuran pH (keasaman)
Pengukuran jumlah partikel di udara
Pengukuran berbagai kandungan gas di udara seperti
Oxygen, CO2, CO dsb

Memantau Keadaan Cuaca





Pengukuran kecepatan angin
Pengukuran curah hujan
Pengukuran tekanan udara, dsb

17

Automation & Control
Untuk mengendalikan keadaan sistem
atau proses.

Billing & Custody Transfer
Untuk pembayaran
(perdagangan)

suatu

transaksi

Pengukuran laju aliran BBM pada SPBU

18

Billing & Custody Transfer

kWH Meter
Pengukuran daya listrik pada rumah tangga / industri dsb.

Billing & Custody Transfer

Timbangan
Pengukuran massa atau berat untuk komoditas perdagangan

19

Billing & Custody Transfer

Oil and Gas Mettering System

Pengukuran laju aliran Migas

Manfaat Sistem Pengukuran




Measurement, Indication, Monitoring, &
Recording
Automation & Control
Billing & Custody Transfer



SHE (Safety, Health & Environment)








Keselamatan
Kesehatan
Pelestarian Lingkungan

Perdagangan yang Fair & Proteksi Konsumen
Peningkatan Kerja Proses Produksi

20

Manfaat Sistem Pengukuran
Safety, Health, & Environment (SHE)
Manfaat untuk keselamatan manusia dan lingkungan




Pengukuran besaran fisika pada Hazardous Area (daerah
berbahaya) di Industri Proses.
Pengukuran tekanan, temperatur pada unit-unit proses di
industri Migas.
Pengukuran kandungan polutan di udara, tanah dan air.

Manfaat untuk kesehatan



Pengukuran tekanan darah, temperatur, dan besaran lain
pada tubuh manusia dalam bidang kedokteran.
Pengukuran komposisi makanan dan obat-obatan pada
produk-produk makanan dan obat-obatan.

Manfaat Sistem Pengukuran
Perdagangan yang Fair & Proteksi konsumen






Kebenaran harga yang tercantum pada spesifikasi hasil
industri merupakan syarat diterimanya barang produksi
dalam perdagangan internasional
Pengukuran volume, berat dan besaran lain pada komoditas
perdagangan
Pengukuran fraksi berat, fraksi volume dan besaran lain pada
komponen yang terkandung pada obat-obatan, makanan dsb
Pengukuran waktu dan besaran lain pada penyediaan jasa
komersial spt layanan telepon dsb

21

Manfaat Sistem Pengukuran
Peningkatan Kerja Proses Produksi


Pengukuran temperatur, tekanan, laju aliran, level fluida
untuk pengontrolan besaran proses pada industri

Terjaganya kinerja proses produksi

Jaminan Kualitas Produk
Efisiensi Energi
Konservasi Lingkungan, dsb

PENGUKURAN

22

Berapa waktu rata-rata
yang dibutuhkan oleh
penerjun untuk
mencapai tanah?

Alat Ukur Panjang
Contoh:

Penggaris/
meteran

Jangka sorong

Mikrometer
sekrup

23

1. Mistar/Penggaris
Dari beberapa jenis mistar yang sering
digunakan antara lain: Stik meter, memiliki
panjang 1 meter dan memiliki skala desimeter,
sentimeter dan milimeter.

2. Jangka Sorong
Bagian-bagian jangka sorong:
mengukur dimensi dalam
dari suatu benda,

Skala
Utama

0,05cm

2,1c
2
m

Nonius atau
Vernier

3

5

Jadi: X=2,15 cm

Rahang
tetap
BENDA

Rahang
Sorong
mengukur dimensi
luar suatu benda,

Contoh
Hasil
Pengukuran
Garis
nonius kelima
tepat berimpit
dengan
garis skala
utama

Ketelitian Jangka
Sorong adalah 0,1 mm;
yaitu 1mm pada skala
utama, dibagi 10 skala
oleh skala nonius

24

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:
1. Amati nilai terkecil dari skala nonius (Lihat Gambar)

Tingkat Ketelitian

0,1 mm

0,05 mm

0,02 mm
a) Jika jumlah skala nonius adalah 10, maka nilai terkecil skala tersebut adalah
1 mm/10 = 0,1 mm (Gambar paling atas)
b) Jika jumlah skala nonius adalah 20, maka nilai terkecil skala tersebut adalah
1 mm/20 = 0,05 mm (Gambar tengah)
c) Jika jumlah skala nonius adalah 50, maka nilai terkecil skala tersebut adalah
1 mm/50 = 0,02 mm (Gambar paling bawah)

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:
2. Amati skala utama yang tepat dilewati skala nol nonius(Lihat Gambar)

40 mm + 2 mm =
42 mm

5 mm

37 mm

25

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:
3. Tentukan Skala Nonius ke berapa yang tepat berimpit dengan skala utama
(Lihat Gambar)

Skala ke-7

Skala ke-10 (angka
5 di skala nonius)

Skala ke-23

Cara Membaca Skala Jangka Sorong:
4. Hitung kelebihan panjang yang dinyatakan oleh skala nonius

7 x 0,1 mm = 0,7 mm
10 x 0,05mm = 0,5 mm

23 x 0,02mm = 0,46 mm
5. Panjang benda yang diukur = Panjang yg ditunjukan Skala Utama + kelebihan
panjang yg ditunjukan pada Skala Nonius
a) Panjang Benda = 42 mm + 0,7 mm = 42,7 mm
b) Panjang Benda = 5 mm + 0,5 mm = 5,5 mm
c) Panjang Benda = 37 mm + 0,46 mm = 37,46mm

26

Metode Pengukuran Jangka Sorong:

Panjang/Diameter
bagian luar benda

Panjang/Diameter
bagian dalam benda

Kedalaman benda

3. Mikrometer Sekrup
Bagian-bagian mikrometer sekrup:
Selubung
Ulir

Landasan

Skala
Utama

Selubung
Luar

Roda
Bergerigi

Benda

Skala Nonius

Skala terkecil = 0,5 mm dan dibagi 50 skala oleh skala
nonius yang terdapat pada selubung luar (teromol putar)
sehinga, tingkat ketelitian alat adalah : 0,01 mm

27

Cara Membaca Skala Mikrometer Sekrup:
Hasil Pengukuran

1

5,5 mm

2

Skala ke-28

3

28 x 0,01 mm =
0,28 mm

4

5,5 mm + 0,28 mm
= 5,78 mm

1. Amati skala tetap yg telah dilewati silinder putar.
2. Amati skala pada silinder putar yg tepat berimpit dengan garis horizontal pada
batang tetap.
3. Pertambahan panjang ditunjukan oleh skala silinder = 28 x 0,01 mm = 0,28 mm
4. Panjang pengukuran = Skala tetap yg dilewati + pertambahan panjang pada
silinder putar.

Pengukuran & Pembacaan Mikrometer Sekrup

28

Alat Ukur Massa

Neraca pegas
Neraca elektronik

Neraca dua lengan

Neraca ohaus

Alat Ukur Waktu

Jam dinding

Jam matahari

Stop watch
Jam pasir

29

Metode Pengukuran

Aspek –Aspek Sistem Pengukuran
a. Ketepatan (Presisi)

Presisi  berkaitan dengan pembagian skala
terkecil pada sebuah alat ukur
Alat ukur yang presisi  berkaitan dengan
penunjukan yang konsisten
Misal : penggaris

Skala mm

Skala cm
Lebih presisi

30

Aspek –Aspek Sistem Pengukuran
b. Akurasi

Akurasi  parameter penting dalam
pengukuran.
Misalkan termometer yang akurat
Menunjukkan nilai yang
sama/dekat dengan nilai yang
sebenarnya
Sensitif dan berespon terhadap
perubahan kecil pada temperatur

Akurasi vs. Presisi
0

Nilai
sebenarnya
0

0

Presisi
namun tidak
akurat
Akurat
namun tidak
presisi

Akurat dan
presisi

31

Aspek –Aspek Sistem Pengukuran
c. Karakteristik Statik Pengukuran

Aspek –Aspek Sistem Pengukuran
d. Kalibrasi

Belum ada yang diukur, tapi
kok angkanya tidak nol ???

32

Kesalahan Pengukuran
Kesalahan Posisi Awal
Sebutkan kesalahan yang dilakukan oleh orang ini
ketika mengukur panjang kayu yang dipegangnya.

Kesalahan Pengukuran
Kesalahan Paralaks
Kesalahan pembacaan alat ukur karena
posisi mata yang tidak tepat.

33

Kesalahan Pengukuran
Kesalahan Penyimpangan
Cara mengidentifikasi hasil yang menyimpang:
dengan menggambar grafik.

Hasil yang
menyimpang

x
x

x
x

x
x

KETIDAKPASTIAN
 Tidak ada pengukuran yang menghasilkan nilai sama
persis dengan nilai yang sebenarnya (seharusnya).
 Pengukuran pasti menghasilkan kesalahan sehingga
menghasilkan ketidakpastian pengukuran.

Contoh: Ketidakpastian yang diperoleh dari alat ukur
Mistar/penggaris skala terkecil 1 mm

34

KETIDAKPASTIAN
Ketidakpastian dari proses perhitungan

KETIDAKPASTIAN
Ketidakpastian dari proses perhitungan

35

KETIDAKPASTIAN
Ketidakpastian dari proses perhitungan

KETIDAKPASTIAN
Pengukuran Berulang

36

Tugas1
1. Berikan contoh analisa hasil pengukuran menggunakan:
a. Ketidakpastian proses perhitungan
b. Ketidakpastian pengukuran berulang (ralat mutlak, ralat nisbi, dan
keseksamaan)
c.
Regresi linier atau Aproksimasi linier
2. Berikan contoh dan jelaskan prinsip kerjanya metode pengukuran:
a. Secara Tidak langsung
b. Defleksi dan Nol
*Notes:
a. Tugas diketik pada word document dengan format penulisan:
•
•
•

Margin Top Bottom Right Left 1”
Font Times New Roman 12, Spasi 1,5
Filename : (Tugas1_Nomor Absen_Nama)

b. Soft file dikumpulkan maksimal Pukul 23.59, 27 September 2017 ke email:
giyanto.tf07@gmail.com dengan judul email “Tugas Sub Bab Besaran, Satuan,
dan Pengukuran”

37