memahami konsep pengukuran dan kesalahan dalam pengukuran

Pengukuran adalah membandingkan sesuatu yang dapat diukur (besaran) dengan sesuatu yang ditetapkan sebagai patokan (satuan).

Untuk mengukur suatu besaran fisika, kalian dapat menggunakan satu instrumen atau lebih. Dalam menggunakan instrumen, kalian harus dapat memilih dan merangkai alat ukur atau instrumen tersebut dengan benar. Selain itu, kalian juga dituntut untuk dapat membaca nilai atau skala yang ditunjukkan oleh instrumen dengan benar. Dengan memilih alat yang sesuai, merangkai alat dengan benar, dan cara membaca skala dengan benar, kalian bisa meminimalkan kesalahan dalam pengukuran.

Ngomong-ngomong tentang besaran, pasti kalian sudah tidak asing lagi kan mendengar kata tersebut dalam fisika. Udah tau apa itu besaran?atau belum tau? Nah bagi kalian yang belum tau besaran itu apa jadi, besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur atau dihitung, dinyatakan dengan angka dan mempunyai satuan.

Besaran itu ada besaran apa aja yaaa? Ada yang tau? 

Jadi Besaran berdasarkan cara memperolehnya dapat dikelompokkan menjadi 2 macam yaitu :

1. Besaran Fisika yaitu besaran yang diperoleh dari pengukuran. Karena diperoleh dari pengukuran maka harus ada alat ukurnya. Sebagai contoh adalah massa. Massa merupakan besaran fisika karena massa dapat diukur dengan menggunakan neraca.
2. Besaran non Fisika yaitu besaran yang diperoleh dari penghitungan. Dalam hal ini tidak diperlukan alat ukur tetapi alat hitung sebagai misal kalkulator. Contoh besaran non fisika adalah Jumlah.

Besaran Fisika sendiri dibagi menjadi 2

1.       Besaran Pokok adalah besaran yang ditentukan lebih dulu berdasarkan kesepatan para ahli fisika. Besaran pokok yang paling umum ada 7 macam yaitu Panjang (m), Massa (kg), Waktu (s), Suhu (K), Kuat Arus Listrik (A), Intensitas Cahaya (cd), dan Jumlah Zat (mol). Besaran pokok mempunyai ciri khusus antara lain diperoleh dari pengukuran langsung, mempunyai satu satuan (tidak satuan ganda), dan ditetapkan terlebih dahulu.

Ohh iya kalian tau ga sii kenapa besaran pokok itu Cuma ada 7? Nahh kalo mau tau baca sampai habis yaa hehe.

Jadi, Banyaknya besaran yang dianggap sebagai besaran pokok atau besaran dasar dan dipakai di berbagai cabang ilmu (bukan hanya dalam bidang Fisika) bertambah dari masa ke masa.
Awalnya besaran fisis ini dibutuhkan untuk keperluan pengukuran praktis. Jadi, dua besaran fisis pertama yang diperkenalkan adalah besaran untuk ukuran panjang dan besaran untuk ukuran massa (massa adalah ukuran yang melekat/inheren atas banyaknya materi yang terkait dengan gerak, massa inersial dan massa gravitasi).

Untuk keperluan praktis pengukurannya, maka pada tahun 1799, dua buah standar acuan yang berupa sebuah batang logam sebagai acuan panjang 1 meter serta sebuah silinder logam sebagai acuan massa 1 kilogram (keduanya terbuat dari platinum-iridium) disimpan pada Arsip Republik (Bahasa Perancis: Archives de la République) di Paris.

Sedikit lebih dari seratus tahun setelahnya, pada tahun 1874, atas dasar kebutuhan pengamatan dalam bidang Astronomi, maka besaran waktu diusulkan menjadi salah satu besaran dasar.
Dikarenakan kebutuhan pengukuran yang semakin banyak jenisnya (bervariasi) dan kebutuhan akan kesepakatan yang diterima oleh seluruh negara di dunia, maka pada 20 Mei 1875 ditandatangani perjanjian mengenai ukuran meter secara internasional, dan berdasarkan ini dibentuklah Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan (Bahasa Perancis: Bureau International des Poids et Mesures/BIPM, atau dalam Bahasa Ingggris: International Bureau of Weights and Measures).
Biro Internasional untuk Ukuran dan Timbangan ini menyelenggarakan Konferensi Umum untuk Berat dan Pengukuran (Bahasa Perancis: Conférence Générale des Poids et Mesures/CGPM, atau dalam Bahasa Inggris: General Conference on Weights and Measures) untuk mendiskusikan perjanjian dan standar atau acuan internasional yang akan dipakai diseluruh dunia.

Pada konferensi CGPM ke 10 tahun 1954, ditentukanlah 6 besaran dasar fisis, yaitu besaran yang menggambarkan ukuran panjang, massa, waktu, arus listrik, temperatur termodinamika, dan intensitas cahaya (dengan satuan dasar meter, kilogram, detik, ampere, kelvin, dan candela).

Barulah pada CGPM ke 14 tahun 1971, banyaknya besaran dasar fisis menjadi 7 buah seperti yang dikenal sekarang sebagai Sistem Internasional (SI) dengan masuknya besaran yang menyatakan ukuran banyaknya partikel dengan satuan mol (karena kebutuhan pengukuran dalam bidang Kimia).

Seperti yang diungkapkan di atas, penetapan 7 besaran dasar fisis dan satuan standarnya (acuannya) yang dikenal dengan nama SI, didasarkan pada keperluan praktis pengukuran yang berkembang pada waktu yang bersangkutan. Di samping kebutuhan praktis tersebut, ketujuh buah besaran dasar ini juga mendefinisikan dimensi dari besaran yang diukur.

2.       Besaran Turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran ini ada banyak macamnya sebagai contoh gaya (N) diturunkan dari besaran pokok massa, panjang dan waktu. Volume (meter kubik) diturunkan dari besaran pokok panjang, dan lain-lain. Besaran turunan mempunyai ciri khusus antara lain : diperoleh dari pengukuran langsung dan tidak langsung, mempunyai satuan lebih dari satu dan diturunkan dari besaran pokok.

Nahh ada yang tau ga berapa jumlah besaran turunan?

Jenis besaran ini ada berbagai macam. Kalau ditanya ada berapa jumlah besaran turunan? Wah banyak sekali.

untuk lebih jelas mengenai besaran ini simak tabel besaran turunan berikut ini

Table Besaran Turunan
Jenis Besaran Turunan	Nama Satuan Besaran Turunan	Satuan Besaran Turunan (Khusus)	Satuan Besaran Turunan	Dimensi Besaran Turunan
luas	meter kuadrat		m2	[L]2
volume	meter kubik		m3	[L]3
frekuensi	hertz	Hz	s–1	[T]-1
kerapatan	kilogram per meter kubik		kg/m3	[M][L]-3
kecepatan	meter per second		m/s	[L][T]-1
kecepatan sudut	radian per second		rad/s	[rad][T]-1
percepatan	meter per second squared		m/s2	[L][T]-2
apercepatan sudut	radian per second squared		rad/s2
debet volume	meter kubik per sekon		m3/s	[L]2[T]-1
gaya	newton	N	kg· m/s2	[M] [L] [T]-2
tegangan permukaan	newton per meter, joule per meter kuadrat	N/m· J/m2	kg/s2	[M] [T]-2
tekanan	newton per meter kuadrat, pascal	N/m2,Pa	kg/(m· s)	[M] [L]-1 [T]-2
vikositas dinamis	newton-second per meter kuadrat, pascal-second	N s/m2, Pa s	kg/(m· s)	[M] [L]-1[T]-2
vikositas kinematis	meter kuadrat per sekon		m2/s	[L]2 [T]-1
usaha, energi, panas	joule,newton-meter, watt-sekon	J,N · m,W · s	kg· m2/s2	[M] [L]2[T]-2
power, heat flux	watt, joule per sekon	W, J/s	kg · m2/s2	[M] [L]2 [T]-2
heat flux density	watt per meter kuadrat	W/m2	kg/s3	[M] [T]-3
volumet ric heat release rate	watt per cubic meter	W/m3	kg/(m. s3)	[M] [L]-1 [T]-3
koefisien rambat panas	watt per meter kuadrat kelvin	W/(m2K)	kg m/(s3 · K)	[M] [L] [q] [T]-3
kapasitas panas	joule per kilogram kelvin	J/(kg·K)	m2/(s2· K)	[L]2[T]-2[q]-1
kapasitas panas	watt per kelvin	W/K	kg· m2/(s3 · K)	[M] [L]2[T]-3[q]-1
konduktivitas panas	watt per meter kelvin		kg· m2/(s3 · K)	[M] [L]2[T]-3[q]-1
muatan listrik	coulomb	C	A· s	[A] [T]
tegangan listrik	volt	V, W/A	kg· m2/(A · s3)	[M] [L]2 [T]-3[A]-1
kuat medan listrik	volt per meter	V/m	kg· m/(A ·s3)	[M] [L] [T]-3[A]-1
hambatn listrik	ohm	, V/A	kg· m2/(A2 · s3)	[M] [L]2 [T]-3[A]-2
konduktansi listrik	siemens	S, A/V	A2· s3/(kg · m2)	[A]2 [T]3 [M] [L]-2
konduktivitas listrik	ampere per volt meter	A/(V · m)	A2· s3/(kg · m3)	[A]2[T]3 [M] [L]-3
kapasitas listrik	farad	F, A · sN	A2· s4/(kg · m2)	[A]2 [T]4 [M] [L]-2
fluks magnetik	weber	Wb,V · s	kg· m2/(A · s2)	[M] [L]2 [T]-2[A]-2
induksi	henry	H,V · s/A	kg· m2/(A2 · s2)
magnetic permeability	henry per meter	H/m	kg· m/(A2 · s2)
magnetic flux density	tesla, weber per meter kuadrat	T,Wb/m2	kg/(A. s2)
magnetic field strength	ampereper meter		A/m
magnetomotive force	ampere		A	(besaran pokok)
luminous flux	lumen	lm	cd sr
luminance	candela per meter kuadrat		cd/m2
illumination	lux,lumen per meter kuadrat	lx, lm/m2	cd· sr/m2
activity (of radionuclides)	becquerel	Bq	s–1
absorbed dose	gray	GY, J/kg	m2/s2
dose equivalent	sievert	Sv, J/kg	m2/s2

Itulah sedikit banyaknya tentang besaran, kita lanjut tentang pengukuran lagii yaaa

1. Kesalahan dalam Pengukuran

Dalam pengukuran besaran fisis menggunakan alat ukur atau instrumen, kalian tidak mungkin mendapatkan nilai benar. Namun, selalu mempunyai ketidakpastian yang disebabkan oleh kesalahankesalahan dalam pengukuran. Kesalahan dalam pengukuran dapat digolongkan menjadi kesalahan umum, kesalahan sistematis, dan kesalahan acak.

Berikut akan kita bahas macam-macam kesalahan tersebut.

a. Kesalahan Umum

Kesalahan umum adalah kesalahan yang disebabkan keterbatasan pada pengamat saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat disebabkan karena kesalahan membaca skala kecil, dan kekurangterampilan dalam menyusun dan memakai alat, terutama untuk alat yang melibatkan banyak komponen.

Kesalahan yang dilakukan oleh seseorang ketika mengukur termasuk dalam kesalahan umum. Kesalahan umum yaitu kesalahan yang disebabkan oleh pengamat. Kesalahan ini dapat disebabkan karena pengamat kurang terampil dalam menggunakan instrumen, posisi mata saat membaca skala yang tidak benar, dan kekeliruan dalam membaca skala.

b. Kesalahan Sistematis

Kesalahan yang disebabkan oleh kesalahan alat ukur atau instrumen disebut kesalahan sistematis. Kesalahan sistematis dapat terjadi karena:

1. Kesalahan titik nol yang telah bergeser dari titik yang sebenarnya.
2. Kesalahan kalibrasi yaitu kesalahan yang terjadi akibat adanya penyesuaian pembubuhan nilai pada garis skala saat pembuatan alat.
3. Kesalahan alat lainnya. Misalnya, melemahnya pegas yang digunakan pada neraca pegas sehingga dapat memengaruhi gerak jarum penunjuk.

Kesalahan sistematik merupakan kesalahan yang disebabkan oleh alat yang digunakan dan atau lingkungan di sekitar alat yang memengaruhi kinerja alat. Misalnya, kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan komponen alat atau kerusakan alat, kesalahan paralaks, perubahan suhu, dan kelembaban.

Kesalahan Kalibrasi
Kesalahan kalibrasi terjadi karena pemberian nilai skala pada saat pembuatan atau kalibrasi (standarisasi) tidak tepat. Hal ini mengakibatkan pembacaan hasil pengukuran menjadi lebih besar atau lebih kecil dari nilai sebenarnya. Kesalahan ini dapat diatasi dengan mengkalibrasi ulang alat menggunakan alat yang telah terstandarisasi.

Kesalahan Titik Nol
Kesalahan titik nol terjadi karena titik nol skala pada alat yang digunakan tidak tepat berhimpit dengan jarum penunjuk atau jarum penunjuk yang tidak bisa kembali tepat pada skala nol. Akibatnya, hasil pengukuran dapat mengalami penambahan atau pengurangan sesuai dengan selisih dari skala nol semestinya. Kesalahan titik nol dapat diatasi dengan melakukan koreksi pada penulisan hasil pengukuran.

Kesalahan Komponen Alat
Kerusakan pada alat jelas sangat berpengaruh pada pembacaan alat ukur. Misalnya, pada neraca pegas. Jika pegas yang digunakan sudah lama dan aus, maka akan berpengaruh pada pengurangan konstanta pegas. Hal ini menjadikan jarum atau skala penunjuk tidak tepat pada angka nol yang membuat skala berikutnya bergeser.

Kesalahan Paralaks
Kesalahan paralaks terjadi bila ada jarak antara jarum penunjuk dengan garis-garis skala dan posisi mata pengamat tidak tegak lurus dengan jarum.

c. Kesalahan Acak

Kesalahan acak adalah kesalahaan yang terjadi karena adanya fluktuasifluktuasi halus pada saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat disebabkan karena adanya gerak brown molekul udara, fluktuasi tegangan listrik, landasan bergetar, bising, dan radiasi.

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.

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.

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.

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.

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.

2. Ketidakpastian Pengukuran

Kesalahan-kesalahan dalam pengukuran menyebabkan hasil pengukuran tidak bisa dipastikan sempurna. Dengan kata lain, terdapat suatu ketidakpastian dalam pengukuran. Dalam penyusunan laporan hasil praktikum fisika, hasil pengukuran yang kalian lakukan harus dituliskan sebagai:

Keterangan:

x = hasil pengamatan

x൦ = pendekatan terhadap nilai benar.

Δx = nilai ketidakpastian.

Arti dari penulisan tersebut adalah hasil pengukuran (x) yang benar berada di antara x – Δx dan x + Δx. Penentuan x൦ dan Δx tergantung pada pengukuran tunggal atau pengukuran ganda atau berulang.

a. Ketidakpastian dalam 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.

Jika mengukur panjang meja dengan sebuah penggaris, kalian mungkin akan mengukurnya satu kali saja. Pengukuran yang kalian lakukan ini disebut pengukuran tunggal. Dalam pengukuran tunggal, pengganti nilai benar (x0) adalah nilai pengukuran itu sendiri.

Apabila kalian perhatikan, setiap alat ukur atau instrumen mempunyai skala yang berdekatan yang disebut skala terkecil. Nilai ketidakpastian (Δx) pada pengukuran tunggal diperhitungkan dari skala terkecil alat ukur yang dipakai. Nilai dari ketidakpastian pada pengukuran tunggal adalah setengah dari skala terkecil pada alat ukur.

b. Ketidakpastian dalam Pengukuran Berulang

Dalam praktikum fisika, terkadang pengukuran besaran tidak cukup jika hanya dilakukan satu kali. Ada kalanya kita mengukur dimensi besaran secara berulang-ulang. Ini dilakukan untuk mendapatkan nilai terbaik dari pengukuran tersebut. Pengukuran berulang adalah pengukuran yang dilakukan beberapa kali atau berulang-ulang.

Setelah mengetahui ketidakpastian relatifnya, Kita 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

 semoga bermanfaat :)