i Segala puji dan syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT, karena atas izin-Nya penulis dapat menyelesaikan Bahan Bacaan Fisika SMA/MA dan SMK untuk peserta didik Kelas X Fase E. Keberadaan buku ajar penting untuk membantu peserta didik dalam menguasai kompetensi dalam suatu mata pelajaran. Adanya buku ajar peserta didik dapat mempelajari materi sebelum dibahas di dalam kelas, mendalami materi pembelajaran dan meningkatkan penguasaan melalui latihan dengan tujuan untuk menunjang proses pembelajaran Fisika SMA/MA yang lebih mudah dan efektif. Secara umum Buku Ajar Fisika SMA/MA dan SMK membahas tentang konsep, prinsip, teori dan aplikasi dari materi Fisika kelas X Fase E Semester 1. Bahan ajar ini terdiri dari empat bab yaitu: besaran dan satuan, konsep pengukuran dan kesalahan dalam kerja ilmiah, alat ukur panjang, massa, dan waktu, alat ukur listrik, metode pengukuran tidak langsung dan penggunaan alat ukur dalam kehidupansehari-hari. Pada setiap bab terdiri dari judul, sub-sub bab yang sesuai dengan judul dan latihan pemecahan soal dan evaluasi. Buku ini dapat diakses melalui smartphone sehingga peserta didik dapat membacanya kapan pun dan dimana pun sesuai keinginannya bahkan di luar kelas sekalipun. Dalam penulisan buku ajar Fisika SMA/MA dan SMK Semester 1 ini masih terdapat kesalahan dan kelemahan. Dengan dasar ini diperlukan saran dan masukan untuk perbaikan dan tindak lanjut penyempurnaan Buku Ajar ini. Mudah-mudahan buku ajar Fisika SMA/MA dan SMK ini bermanfaat bagi semua pembaca dalam menguasai materi Fisika terutama peserta didik SMA/MA dan SMK. Padang, Juni 2023 Penyusun KATA PENGANTAR
ii KATA PENGANTAR................................................................................................................i DAFTAR ISI............................................................................................................................. ii DAFTAR GAMBAR............................................................................................................... iii DAFTAR TABEL ....................................................................................................................iv PENDAHULUAN .....................................................................................................................1 A. Capaian Pembelajaran ..................................................................................................1 B. Alur Tujuan Pembelajaran............................................................................................2 C. Petunjuk Penggunaan Buku Ajar..................................................................................2 BAB I PENGUKURAN DALAM KEGIATAN KERJA ILMIAH......................................6 A. Pendahuluan Materi......................................................................................................6 1. Konsep Pengukuran dan Kesalahan dalam Kerja Ilmiah ......................................6 2. Alat Ukur Panjang, Massa, dan Waktu................................................................17 3. Alat Ukur Listrik .................................................................................................26 4. Metode Pengukuran Tidak Langsung..................................................................32 5. Penggunaan Alat Ukur dalam Kehidupan Sehari-hari ........................................45 B. Rangkuman.................................................................................................................46 C. Informasi Umum.........................................................................................................47 EVALUASI .............................................................................................................................48 GLOSARIUM .........................................................................................................................55 DAFTAR PUSTAKA..............................................................................................................57 PROFIL PENULIS.................................................................................................................58 DAFTAR ISI
iii Gambar 1.1 Petugas Posyandu Sedang Menimbang Balita ........................................................6 Gambar 1.2 Pensil yang di letakkan di atas meja .......................................................................7 Gambar 2.1 Cara membacaskala mistar yang tepat ..................................................................17 Gambar 2.2 Bagian-bagian jangka sorong analog ....................................................................18 Gambar 2.3 Mikrometer sekrup dan bagian-bagiannya............................................................19 Gambar 2.4 Cara membaca Mikrometer Sekrup ......................................................................20 Gambar 2.5 Neraca Analitis......................................................................................................21 Gambar 2.6 Neraca Ohauss.......................................................................................................21 Gambar 2.7 Neraca Lengan ......................................................................................................21 Gambar 2.8 Neraca Digital .......................................................................................................21 Gambar 2.9 Stopwatch Analog.................................................................................................22 Gambar 2.10 Jam Tangan .........................................................................................................22 Gambar 3.1 Alat ukur Listrik....................................................................................................26 Gambar 3.2 Posisi Amper Meter Dalam Rangkaian ...............................................................27 Gambar 3.3 Bagian-bagian Ampermeter .................................................................................27 Gambar 3.4 Pengukuran Ampermeter......................................................................................28 Gambar 3.5 Penggunaan Voltmeter .........................................................................................28 Gambar 3.6 Pengukuran Voltmeter..........................................................................................29 Gambar 3.7 Multimeter Digital.................................................................................................30 Gambar 3.8 Multimeter Analog................................................................................................30 Gambar 4.1 Besaran Turunan Yang Menggunakan Metode Pengukuran Tidak Langsung .....33 Gambar 4.2 Luas Bangun Datar................................................................................................34 Gambar 4.2 Stopwatch..............................................................................................................39 DAFTAR GAMBAR
iv Tabel 1. Besaran Pokok ..............................................................................................................6 Tabel 2. Besaran Turunan...........................................................................................................8 Tabel 3. Dimensi besaran pokok.................................................................................................9 Tabel 4. Dimensi besaran turunan ..............................................................................................9 DAFTAR TABEL
1 Pada akhir fase E, peserta didik memiliki kemampuan untuk responsif terhadap isu-isu global dan berperan aktif dalam memberikan penyelesaian masalah. Kemampuan tersebut antara lain mengamati, mempertanyakan dan memprediksi, merencanakan dan melakukan penyelidikan, memproses dan menganalisis data dan informasi, mengevaluasi dan refleksi, mengkomunikasikan hasil dalam bentuk projek sederhana atau simulasi visual menggunakan apilkasi teknologi yang tersedia terkait dengan energi alternatif, pemanasan global, pencemaran lingkungan, nano teknologi, bioteknologi, kimia dalam kehidupan sehari-hari, pemanfaatan limbah dan bahan alam, pandemi akibat infeksi virus. Semua upaya tersebut diarahkan pada pencapaian tujuan pembangunan yang berkelanjutan (Sustainable Development Goals/SDGs). Melalui pengembangan sejumlah pengetahuan tersebut dibangun pula berakhlak mulia dan sikap ilmiah seperti jujur, obyektif, bernalar kritis, kreatif, mandiri, inovatif, bergotong royong dan berkebhinekaan global. Alur Tujuan Pembelajaran Tujuan Pembelajaran Elemen Pemahaman Sains Peserta didik mampu mendeskripsikan gejala alam dalam cakupan keterampilan proses dalam pengukuran, perubahan iklim pada pemanasan global, pencemaran lingkungan, energi alternatif, dan pemanfaatannya. Elemen Keterampiran Proses 1. Peserta didik mampu mendeskripsikan prinsip-prinsip pengukuran dan menyajikan hasil pengukuran besaran fisis dengan menggunakan peralatan dan teknik yang tepat. 1.1 Setelah mengikuti model pembelajaran kooperatif peserta didik mampu mendeskripsikan konsep pengukuran dan kesalahan, mengamati dan menanyakan, dan menampilkan sikap yang baik. B. Alur Tujuan Pembelajaran A. Capaian Pembelajaran PENDAHULUAN
2 Peserta didik mampu mengamati, mempertanyakan dan memprediksi, merencanakan dan melakukan penyelidikan, memproses, menganalisis data dan informasi, mengevaluasi dan merefleksi, dan mengkomunikasikan hasil proses sains dalam pembelajaran fisika. 1.2 Setelah mengikuti model pembelajaran kooperatif dan model pembelajaran inkuiri peserta didik mampu mendeskripsikan alat ukur panjang, massa, dan waktu, mengkomunikasikan hasil pengukuran, dan menampilkan sikap ilmiah yang baik. 1.3 Peserta didik mampu mendeskripsikan alat ukur listrik dan penggunaannya. 1.4 Peserta didik mampu mendeskripsikan metode pengukuran tidak langsung. 1.5 Peserta didik mampu mendeskripsikan penggunaan alat ukur dalam kehidupan sehari-hari. Sebelum melanjutkan belajar melalui buku ini, sebaiknya bacalah dengan cermat petunjuk penggunaan modul ini! 1. Bacalah doa sebelum membaca buku ajar ini. 2. Buku ajar berjudul “Pengukuran dalam Kegiatan Kerja Ilmiah” diperuntukan bagi peserta didik kelas X Fase E. 3. Pelajari daftar isi buku ajar dengan cermat dan teliti. C. Petunjuk Penggunaan Modul
3 4. Pelajari setiap kegiatan belajar ini dengan membaca berulang-ulang sehingga kalian benarbenar paham dan mengerti. 5. Jawablah latihan soal dengan tepat kemudian cocokkan hasil jawaban kalian dengan kunci jawaban yang sudah tersedia. 6. Untuk mengembangkan kemampuan berpikir kreatif dan kritis, Ananda dapat mengerjakan penugasan mandiri pada kegiatan belajar. Ananda dapat memilih salah satu penugasan pada kegiatan belajar. 7. Catatlah kesulitan yang kalian temui dalam buku ini untuk ditanyakan pada guru saat tatap muka. Bacalah referensi lain yang berhubungan dengan materi buku agar pengetahuan Ananda bisa bertambah. 8. Kerjakan evaluasi untuk mengetahui sejauh mana ketercapaian materi yang sudah Ananda dapatkan. 9. Lakukan penilaian diri di akhir pembelajaran.
4 Pengukuran Pengukuran dalam Kegiatan Kerja Ilmiah Konsep Pengukuran Besaran dan Satuan Kesalahan Dalam Pengukuran Nilai Skala Terkecil Pada Alat Ukur Ketidakpastian Pada Pengukuran Ketelitian dan Ketepatan Alat Ukur Panjang, Massa dan Waktu Pengukuran Panjang Pengukuran Massa Pengukuran Waktu Aturan Angka Penting Dan Notasi Ilmiah Alat Ukur Listrik Ampere Voltmeter Multimeter Metode Pengukuran Tidak Langsung Metode Pengkuran Tidak Langsung Konsep Metode Pengukuran tidak Langsung Besaran-Besaran yang menggunakan Metode Pengukuran tidak Langsung Metode Pengukuran Tidak Langsung Pada Beberapa Besaran Luas Volume Massa Jenis Kecepatan Percepatan Gaya Usaha Daya Penerapan Pengukuran Tidak langsung dalam Kehidupan seharihari Penggunaan Alat Ukur dalam Kehidupan Seharihari PETA KONSEP
5 AYO EKSPRESIKAN DIRI MU!!
6 1 Pengukuran dalam Kegiatan Kerja Ilmiah Gambar 1.1 (a) Petugas posyandu sedang menimbang balita dan (b) Penjual sedang menimbang ikan di pasar Perhatikan gambar di atas, beberapa orang sedang melakukan kegiatan pengukuran. Aktivitas mengukur yang lain tentu sering kalian lihat misalnya mengukur massa beras, massa daging dan mengukur panjang sebidang tanah. Kegiatan pengukuran begitu akrab dalam keseharian kita. Fisika lahir danberkembang dari hasil percobaan dan pengamatan. Percobaan (eksperimen) dan pengamatan (observasi) memerlukan pengukuran (measurement) dengan bantuan alat-alat ukur, sehingga diperoleh data/hasil pengamatan yang bersifat kuantitatif. Dalam belajar fisika kalian akan selalu berhubungan dengan pengukuran, besaran dan satuan. Sudah tahukah kalian dengan apa yang dinamakan pengukuran? Untuk dapat memahami apa yang dimaksud dengan pengukuran maka perhatikanlah gambar berikut. 1. Konsep Pengukuran BAB 1 PENGUKURAN A Materi Pembelajaran
7 Gambar 1.2 Pensil yang di letakkan di atas meja. Dari gambar tersebut kita membandingkan panjang meja dengan panjang pensil seperti terlihat pada gambar berikut kalian mendapatkan bahwa panjang meja adalah sekian kalipanjang pensil. Kegiatan yang kalian lakukan baru saja tidak lain membandingkan besaran panjang meja dengan besaran panjang pensil. Kegiatan tersebut disebut mengukur suatu besaran. Jadi mengukur adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran sejenis yangdigunakan sebagai satuan. Besaran merupakan sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dalam bentuk angka. Dalam fisika, besaran terbagi menjadi besaran berdasarkan satuannya dan besaran berdasarkan nilai maupun arah. a. Besaran berdasarkan satuannya Berdasarkan satuannya, besaran dibedakan menjadi besaran pokok dan besaran turunan. 1) Besaran pokok Besaran pokok merupakan besaran dasar yang satuannya sudah ditetapkan. Pada tahun 1954-1971 diterapkan tujuh besaran pokok dan satuannya. Berbagai besaran pokok dan satuannya dapat dilihat pada tabel berikut: Tabel 1. Besaran Pokok Besaran pokok Satuan Lambang satuan Panjang Meter m Massa Kilogram Kg Waktu Sekon s Suhu Kelvin K Kuat arus Ampere A Intensitas cahaya Candela cd Jumlah zat Mol mol 2. Besaran dan Satuan
8 2) Besaran turunan Besaran turunan merupakan gabungan dari sejumlah besaran pokok. Satuan besaran turunan berdasarkan satuan besaran-besaran peyusunnya. Contoh besaran turunan ditunjukkan dalam tabel berikut: Tabel 2. Besaran Turunan Besaran turunan Besaran penyusun Lambang satuan Luas Panjang x lebar 2 Kecepatan Perpindahan : waktu m/s Percepatan Kecepatan : waktu / 2 Berat Massa x percepatan / 2 Volume Panjang x lebar x tinggi 3 Gaya Massa x percepatan / 2 Usaha Gaya x perpindahan 2 / 2 Daya Energi : waktu 2 / 3 Massa jenis Massa : volume /3 Momentum Massa : kecepatan / Impuls Gaya x perubahan waktu / b. Besaran berdasarkan nilai dan arahnya Besaran berdasarkan nilai dan arahnya dibagi mejadi besaran vektor, besaran tensor, besaran skalar. Besaran vektir dan besraan tensor memiliki kesamaan. Keduanya memiliki nilai dan arah. Adapaun perbedaannya yaitu besaran vektor memiliki satu arah, sedangkan besaran tensor memiliki banyak arah. Contoh besaran vektor yaitu perpindahan, kecepatan, percepatan, dan gaya. Contoh dari besaran tensor yaitu regangan, tegangan, dan koefisien gaya gesek. Besaran skalar merupakan besaran yang memiliki nilai, tetapi tidak memiliki arah. Contoh besaran skalar yaitu massa, jarak, dan energi. c. Satuan Satuan merupakan ukuran yang menjadi acuan dari suatu besaran. Terdapat beberapa sistem satuan yang digunakan di dunia, seperti system FPS (feet, pound, sekon), CGS (centimeter, gram, sekon), dan MKS (meter, kilogram, sekon). Beberapa negara memiliki kebiasaannya masing-masing dalam penggunaan sistem satuan. Oleh karena itu, masyarakat
9 ilmiah bersama-sama membuat kesepakatan tentang satu sistem satuan baku yang resmi digunakan secara universal. Satuan tersebut adalah Satuan Internasional, dalam bahasa aslinya Systeme International D’ Unites, atau biasa disingkat dengan SI. d. Dimensi Dimensi merupakan cara suatu besaran turunan disusun berdasarkan besaran pokoknya. Suatu besaran turunan dapat dinyatakan dalam susunan beberapa besaran pokok yang dapat diketahui dengan cara melakukan analisis dimensi. Dimensi dari besaran pokok berupa lambang yang ditulis dengan kurung siku dan huruf kapital tertentu. Dimensi besaran pokok Tabel 3. Dimensi besaran pokok Besaran pokok Satuan Dimensi Panjang Meter [L] Massa Kilogram [M] Waktu Sekon [T] Suhu Kelvin [] Kuat arus Ampere [I] Intensitas cahaya Candela [J] Jumlah zat Mol [N] Dimensi besaran turunan Tabel 4. Dimensi besaran turunan Besaran turunan Lambang satuan Dimensi Luas 2 [] 2 Kecepatan m/s [][] −1 Percepatan / 2 [][] −2 Volume 3 [] 3 Gaya / 2 [][][] −2 Usaha 2 / 2 [][] 2 [] −2 Daya 2 / 3 [][] 2 [] −3 Massa jenis /3 [][] −3
10 a. Kesalahan Acak dan Kesalahan Matematis Kesalahan acak adalah kesalahan dalam pengukuran yang memungkinkan nilai-nilai dari besaran yang di ukur menjadi tidak konsisten ketika pengukuran tersebut diulang. Pada dasarnya, semua pengukuran, semua pengukuran rentan terhadap kesalahan acak. Hal ini karena, setiap pengukuran di pengaruhi oleh banyak sumber kesalahan acak, seperti getaran gedung, fluktuasi listrik, gerak moleku-molekul udara (gerak brown), dan gesekan pada setiap bagian alat yang bergerak. Kesalahan acak terjadi sangat cepat dan hampir tidak dapat dihindari. Sebagai contoh, fluktuasi tegangan listrik memengaruhi pengukuran arus listrik dan tegangan listrik, gerak molekul-molekul udara memengaruhi pembacaan galvanometer. Sementara itu, kesalahan sistematis adalah kesalahan pengukuran yang di sebabkan oleh ketidaktepatan sistem pengukuran tersebut, tidak seperti kesalahan acak, kesalahan sistematis ini dapat di hindari, dapat diprediksi, dan dapat diperkirakan, sehingga kesalahan sistematis dapat di kurangi atau di hilangkan dengan usaha-usaha berikut: a. Lakukan kalibrasi terhadap alat ukur yang di gunakan dalam pengukuran dengan benar dan pastikan bahwa kita telah memberikan skala yang tepat. b. Alat titik nol skala alat ukur agar berimpit dengan titik nol jarum penunjuk skala. c. Periksa keadaan alat sebelum melakukan pengukuran, d. Bacalah skala secara tegak lurus. Periksa keadaan lingkungan, seperti suhu, tekanan udara, dan kelembapan sebelum dan sesudah melakukan pengukuran. a. Mistar Kebanyakan mistar berskala cm atau mm. Pengukuran dengan mistar dapat dilakukan dengan ketelitian sampai setengah skala terkecil yang terdapat pada mistar itu. Mistar dengan skala mm, berarti skala terkecil 1 mm, sehingga mistar tersebut memiliki ketelitian sebesar 0,5 mm atau 0,05 cm.. 3. Kesalahan Dalam Pengukuran 4. Nilai Skala Terkecil Pada Alat Ukur 5.
11 b. Jangka Sorong Jangka sorong adalah alat yang digunakan untuk mengukur panjang, tebal, kedalaman lubang, dan diameter luar maupun diameter dalam suatu benda dengan batas ketelitian 0,1 mm atau 0,01 cm. c. Micrometer sekrup Mikrometer sekrup merupakan alat ukur ketebalan benda yang relatif tipis, misalnya kertas, seng, dan karbon mengukur diameter benda-benda bulat yang kecil seperti tebal kertas dan diameter kawat. Pada mikrometer sekrup terdapat dua macam skala, yaitu skala tetap dan skala putar (nonius). • Skala tetap (skala utama) Skala tetap terbagi dalam satuan milimeter (mm). Skala ini terdapat pada laras dan terbagi menjadi dua skala, yaitu skala atas dan skala bawah. • Skala putar (skala noniusSkala putar terdapat pada besi penutup laras yang dapat berputar dan dapat bergeser ke depan atau ke belakang. Skala ini terbagi menjadi 50 skala atau bagian ruas yang sama. Satu putaran pada skala ini menyebabkan skala utama bergeser 0,5 mm. Jadi, satu skala pada skala putar mempunyai ukuran: 1/50 x 0,5 mm = 0,01 mm. Ukuran ini merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup. d. Neraca ohauss Neraca ini berguna untuk mengukur massa benda atau logam dalam praktek laboratorium. Kapasitas beban yang ditimbang dengan menggunakan neraca ini adalah 311 gram. Batas ketelitian neraca Ohauss yaitu 0,1 gram. e. Stopwatch Stopwatch memiliki ketelitian 0,1 detik karena setiap skala pada stopwatch dibagi menjadi 10 bagian. Alat ini biasanya digunakan untuk pengukuran waktu dalam kegiatan olahraga atau dalam praktik penelitian. Karena adanya kemungkinan terjadinya ketidaktelitian, maka terdapat nilai yang menyatakan kemungkinan error dari pengukuran. Yaitu nilai ketidakpastian. Nilai ketidakpastian dapat ditentukan dengan cara : 5. Ketidakpastian Pada Pengukuran
12 a. Ketidakpastian Pengukuran Tunggal dan Pengukuran Berulang Karena semua pengukuran baik pengukuran tunggal maupun pengukuran berulang selalu diliputi kesalahan, maka hasil suatu pengukuran harus di laporkan dengan menyertakan ketidakpastian dari nilai-nilai yang di ukur. Jika kita melakukan pengukuran tunggal, maka data pengukuran tersebut biasanya di laporkan sebagai berikut. Keterangan : X = nilai besaran yang di ukur X0 = pembacaan skala alau ukur pada pengukuran bearan x Δt = ketidakpastian mutlak pengukuran besaran x NST = skala terkecil alat ukur Perbandingan adalah ketidakpstian pengukuran. Ketidakpastian ∆ 0 relatif ini biasanya di nyatakan dalam persen sebagai berikut: Ketidakpastian relatif = ∆ 0 100% ∆ = 1 2 x nilai skala terkecil = 0 ± ∆ = 0 ± 1 2
13 Sementara itu, jika kita melakukan pengukuran berulang, maka data pengukuran yang dilaporkan sebagai berikut: Dengan: x = nilai besaran yang di ukur x ̅ = nilai rata-rata x Δx = ketidakpastian mutlak pengukuran sebesar x ̅= 1 + 2 + ⋯ + ∆ = 1 √ ∑ 2 − (∑ ) 2 − 1 atau ∆ = √ ∑( − ̅) ( − 1) Ketidakpastian relatif biasanya dinyatakan dalam persen sebagai berikut: ∆ x 100% Contoh soal Dalam suatu pengukuran tegangan listrik di peroleh pembacaan sebesar 10,5 volt. Jika alat ukur yang digunakan mempunyai skala terkecil 0,1 volt, tentukan hasil pengukuran tersebut: Penyelesaian: = ̅± ∆
14 Pada pengukuran tunggal maupun pengukuran berulang, Δx di sebut kepastian mutlak. Ketidakpastian mutlak dapat digunakan untuk menentukan ketepatan hasil pengukuran, semakin kecil harga Δx suatu pengukuran, semakin tepat hasil pengukuran tersebut dan sebaliknya. Sementera itu, ketidakpastian relatif berhubungan dengan ketelitian pengukuran. Semakin kecil harga ketidakpastian relatif suatu pengukuran, semakin teliti hasil pengukuran tersebut dan sebaliknya. Berdasarkan nilai ketidakpastian relatifnya, jumlah angka penting yang dilaporkan dalam pengukuran berulang memenuhi aturan berikut. • Jika ketidakpastian relatifnya sekitar 10%, maka memungkinkan dua angka penting. • Jika ketidakpastiannya relatifnya sekitar 1%, maka memungkinkan tiga angka penting. • Jika ketidakpastian relatifnya sekitar 0,1 %, maka memungkinkan empat angka penting. Contoh soal Ketebalan pelat logam di ukur dengan menggunakan micrometer sekrup yang diulang sebanyak 10 kali. Hasilnya adalah 0,257 mm; 0,253 mm; 0,259 mm; 0,250 mm; 0,251 mm; 0,257 mm; 0,258 mm; 0,255 mm; 0,252 mm. tentukanlah tebal pelat tersebut.
15 Dalam melakukan pengukuran kita akan berhubungan dengan ketelitian dan ketepatan hasil. Arti tentang ketelitian dan ketepatan akan dijelaskan sebagai berikut: Contoh soal Penyelesaian: 6. Ketelitian Dan Ketepatan 7.
16 a. Ketelitian (Presisi) Setiap pengukuran atau alat ukur selalu memiliki ketidakpastian. Jika Anda mengukur ketebalan sampel sebuah buku dengan mistar biasa, hasil pengukuran Anda hanya dapat diandalkan kebenarannya sampai pda millimeter terdekat, dan hasil pengukuran Anda adalah 3 mm. Pernyataan hasil pengukuran ini sebagai 3,00 mm adalah salah, karena keterbatasan alat ukur yang di gunakan. Anda tidak dapat mengatakan bahwa ketebalan sebenarnya adalah 3,00 mm, 2,85 mm, atau 3,11 mm. Tetapi jika Anda menggunkan mikrometer sekrup, yakni suatu alat yang dapat mengukur sampai ketelitian 0,01 mm, hasil pengukurannya adalah 2,91 mm. perbedaan keduanya adalah pada ketidakpastian (uncertainly) pengukuran tersebut. Pengukuran dengan micrometer sekrup memiliki kepastian yang lebih kecil, hal ini menghasilkan pengukuran yang lebih akurat. Ketidakpastian juga di sebut dengan galat (error), karena hal tersebut juga mengindikasikan selisih maksimum yang mungkin terjadi antara nilai terukur dan nilai sebenarnya. Ketidakpastian dari sebuah nilai terukur tergantung pada teknik pengukuran yang di lakukan. Ketelitian merupakan ukuran yang menyatakan pendekatan sesuai nilai semestinya. Ketelitian berhubungan dengan ketidakpastian relatif dari hasil pengukuran. Nilai ketelitian pengukuran dinyatakan dalam bentuk persen (%). Pada dasarnya, semua pengukuran selalu diliputi dengan kesalahan yang berkontribusi terhadap ketidakpastian hasil pengukuran tersebut. Terdapat dua jenis kesalahan pengukuran, yaitu kesalahan acak dan kesalahan sistematis. b. Ketepatan (Akurasi) Ketepatan menyatakan nilai yang sesuai dengan ukuran yang sebenarnya. Ketika kita melaporkan hasil pengukuran, kita melaporkan dalam bentuk x+∆x Kita perlu mengetahui bahwa ∆x merupakan ketidakpastian mutlak. Nilai ∆x diperoleh dari setengah skala terkecil dari alat pengukuran pada pengukuran tunggal dan simpangan baku pada pengukuran berulang. Semakin kecil hasil ketidakpastian mutlak, semakin besar ketepatan dalam pengukuran. Ketepatan dalam pengukuran dapat dihitung dengan cara sebagai berikut: Ketepatan = 1- ∆
17 2 Alat Ukur Panjang, Massa dan Waktu Untuk mengukur besaran panjang suatu benda, Anda dapat menggunakan mistar, jangka sorong atau micrometer sekrup. Setiap alat ukur panjang tersebut tentunya mempunyai karakteristik sendiri. a. Mistar Kebanyakan mistar berskala cm atau mm. Pengukuran dengan mistar dapat dilakukan dengan ketelitian sampai setengah skala terkecil yang terdapat pada mistar itu. Mistar dengan skala mm, berarti skala terkecil 1 mm, sehingga mistar tersebut memiliki ketelitian sebesar 0,5 mm atau 0,05 cm. Gambar 2.1. Cara membacaskala mistar yang tepat Dalam setiap pengukuran dengan menggunakan mistar, usahakan kedudukan pengamat (mata) tegak lurus dengan skala yang akan diukur. Hal ini untuk menghindari kesalahan penglihatan (paralaks). Paralaks yaitu kesalahanyang terjadi saat membaca skala suatu alat ukur karena kedudukan mata pengamat tidak tepat. 1. Pengukuran Panjang 8. Contoh mengukur panjang dengan mistar Tentukan panjang karet penghapus A dan B?
18 b. Jangka Sorong Jangka sorong adalah alat yang digunakan untuk mengukur panjang, tebal, kedalaman lubang, dan diameter luar maupun diameter dalam suatu benda dengan batas ketelitian 0,1 mm atau 0,01 cm. Jangka sorong merupakan alat untuk mengukur panjang yang lebih teliti atau presisi dari pada mistar. Pada dasarnya, jangka sorong terdiri dari dua jenis, yaitu jangka sorong analog dan jangka sorong digital. Dalam penggunaan jangka sorong digital untuk mengukur suatu benda, kita akan membaca hasil pengukuran secara langsung pada layar jangka sorong tersebut. Jangka sorong analog mempunyai dua rahang, yaitu rahang tetap dan rahang sorong. Pada rahang tetap dilengkapi dengan skala utama, sedangkan pada rahang sorong terdapat skala nonius atau skala vernier. Nama vernier diambilkan dari nama penemu jangka sorong, yaitu Pierre Vernier, seorang ahli teknik berkebangsaan Prancis. Skala nonius mempunyai panjang 9 mm yang terbagi menjadi 10 skala dengan tingkat ketelitian 0,1 mm. Gambar 2.2 Bagian-bagian jangka sorong analog Penyelesaian : * Panjang karet penghapus A Ujung depan dititik 0 dan ujung belakang di 2 cm lebih 3mm. Jadi panjangnya 2,3 cm. * Panjang karet penghapus B Ujung depan di titik 3 cm dan ujung belakang di 4 cm lebih 7 mm. Jadi panjang karet penghapus B 4,7 cm – 3 cm = 1,7 cm.
19 c. Mikrometer Sekrup Mikrometer sekrup merupakan alat ukur ketebalan benda yang relatif tipis, misalnya kertas, seng, dan karbon mengukur diameter benda-benda bulat yang kecil seperti tebal kertas dan diameter kawat. Pada mikrometer sekrup terdapat dua macam skala, yaitu skala tetap dan skala putar (nonius). • Skala tetap (skala utama) Skala tetap terbagi dalam satuan milimeter (mm). Skala ini terdapat pada laras dan terbagi menjadi dua skala, yaitu skala atas dan skala bawah. • Skala putar (skala nonius) Skala putar terdapat pada besi penutup laras yang dapat berputar dan dapat bergeser ke depan atau ke belakang. Skala ini terbagi menjadi 50 skala atau bagian ruas yang sama. Satu putaran pada skala ini menyebabkan skala utama bergeser 0,5 mm. Jadi, satu skala pada skala putar mempunyai ukuran: 1/50 x 0,5 mm = 0,01 mm. Ukuran ini merupakan batas ketelitian mikrometer sekrup. Gambar 2.3 Mikrometer sekrup dan bagian-bagiannya Contoh mengukur panjang dengan jangka sorong Tentukan diameter kelereng?
20 Cara membaca Mikrometer Sekrup Gambar 2.4 Cara membaca Mikrometer Sekrup Skala terkecil dari skala putar 0,01 mm, dengan batas ukur dari 0,01 mm – 0,50 mm. Ayo Identifikasi!! Tujuan : Menerapkan pengagunaan alat ukur yang sesuai untuk suatu benda Alat dan Bahan : 1. Buku 2. Pensil 3. Kelereng 4. Botol 5. Mistar 6. Jangska sorong 7. Mikrometer sekrup Prosedur Kerja : 1. Ukurlah panjang buku dan pensil menggunakan mistar. Lakukanlah masing-masing 1 kali pengukuran. 2. Ukurlah tebal buku dan tebal kertas sampul buku dengan menggunakan jangka sorong dan mikrometer sekrup. Lakukanlah masing-masing 3 kali pengukuran. 3. Ukurlah diameter dalam dan diameter luar botol, masing-masing 3 kali pengukuran. Pertanyaan dan tugas : 1. Mengapa ketiak mengukur panjang buku dan pensil anda tidak menggunakan jangka sorong dan mikrometer sekrup? 2. Mengapa anda tidak menggunakan mistar untuk menggunakan tebal sampul buku, diameter pensil, diameter botol? 3. Alat manakah yang mempunyai yang mempunyai ketelitian paling baik? Apa alasannya? 4. Kesimpulan apa yang Anda dapatkan dari hasil percobaan ini? AKTIVITAS 1
21 Besaran massa diukur menggunakan neraca. Neraca dibedakan menjadi beberapa jenis, seperti neraca analitis dua lengan, neraca Ohauss, neraca lengan gantung, dan neraca digital. a. Neraca Analitis Dua Lengan Neraca ini berguna untuk mengukur massa benda, misalnya emas, batu, kristal benda, dan lain-lain. Batas ketelitian neraca analitis dua lengan yaitu 0,1 gram. b. Neraca Ohauss Neraca ini berguna untuk mengukur massa benda atau logam dalam praktek laboratorium. Kapasitas beban yang ditimbang dengan menggunakan neraca ini adalah 311 gram. Batas ketelitian neraca Ohauss yaitu 0,1 gram. c. Neraca Lengan Gantung Neraca lengan gantung atau bisa disebut juga neraca tiga lengan berguna untuk menentukan massa benda, yang cara kerjanya dengan menggeser beban pemberat di sepanjang batang. d. Neraca Digital Neraca digital (neraca elektronik) di dalam penggunaanya sangat praktis, karena besar massa benda yang diukur langsung ditunjuk dan terbaca pada layarnya. Ketelitian neraca digital ini sampai dengan 0,001 gram. Waktu merupakan besaran yang menunjukkan lamanya suatu peristiwa berlangsung. Berikut ini beberapa alat untuk mengukur besaran waktu: 2. Pengukuran Massa 9. Gambar 2.5 Neraca analitis dua lengan Gambar 2.7 Neraca lengan gantung Gambar 2.8 Neraca Digital Gambar 2.6 Neraca analitis dua lengan 3. Pengukuran Waktu 10.
22 a) Stopwatch Dengan ketelitian 0,1 detik karena setiap skala pada stopwatch dibagi menjadi 10 bagian. Alat ini biasanya digunakan untuk pengukuran waktu dalam kegiatan olahraga atau dalam praktik penelitian. b) Arloji Arloji dalah alat ukur waktu yang paling banyak digunakan manusia dan sudah menjadi salah satu aksesoris wajib baik bagi pria maupun wanita. Arloji atau jam tangan umumnya memiliki ketelitian 1 detik. c) Waktu elektronik Penunjukannya mencapai ketelitian 1/1000 detik. d) Jam atom Cesium Dibuat dengan ketelitian 1 detik tiap 3.000 tahun, artinya kesalahanpengukuran jam ini kira-kira satu detik dalam kurun waktu 3.000 tahun. Gambar 2.9 Stopwatch Analog Gambar 2.10 Jam tangan
23 Latihan Kerjakaan di buku latihanmu!! 1. Pengukuran panjang sebuah pensil dengan mistar ditunjukkan pada gambar berikut. Berdasarkan gambar tersebut berapakah panjang pensil tersebut? 2. Perhatikan gambar di bawah ini! Pengukuran diameter tabung reaksi dengan menggunakan Jangka Sorong ditunjukan pada ganmbar diatas. Berdasarkan gambar tersebut berapakah hasil pengukuran diameter tabung reaksi? 3. Pengukuran tebal satu lembar kertas karton dengan mikrometer sekrup ditunjukkan pada gambar berikut Tebal kertas karton tersebut ? 4. Pengukuran massa benda dengan neraca tiga lengan atau neraca ohauss, ditunjukkan pada gambar berikut. Tentukan massa benda tersebut!
24 Coba tentukanlah luas permukaan botol dengan menggunakan data diameter luarnya dan nyatakan hasilnya dalam satuan SI. Kalian diperbolehkan menggunakan kalkulator untuk menghitung luas permukaan botol. Hasil yang tertera pada kalkulator harus ditulis ulang, dan hasil tersebut tidak boleh dibulatkan. Jika hasil pengukuran diolah dalam persamaan misal contohnya adalah persamaan luas permukaan laut, maka dihasilkan nilai desimal yang begitu panjang. Untuk itu, terdapat beberapa aturan pembulatan dan cara penulisan hasil pengolahan data yang disepakati untuk membulatkan hasil pengolahan, yaitu aturan angka penting. Contoh kasusnya adalah sebagai berikut. Misalnya mencari luas permukaan tutup botol berdiameter 3,12 cm diukur dengan jangka sorong. Luas permukaan tutup botol dapat dicari dengan cara: Luas = 1 4 2 Luas = 1 4 (3,14)(3,12) 2 Luas = 7,641404 cm2 Kemudian, tentukan jumlah angka penting dari hasil pengukuran diameter tutup botol. Menentukan jumlah angka penting dari hasil pengukuran diameter tutup botol: Diameter tutup botol adalah 3,12 cm, maka jumlah angka pentingnya adalah tiga angka penting. Setelah itu, lakukan pembulatan nilai luas permukaan tutup botol sampai sejumlah angka penting, yaitu tiga angka penting. Luas = 7,641404 cm2 Hasil pembulatan nilai luas permukaan tutup botol : Luas = 7,64 cm2 Jumlah angka penting hasil pembulatan luas permukaan tutup botol adalah tiga angka. Untuk memudahkan Kalian dalam menuliskan hasil pengolahan data yang angkanya sangat kecil atau sangat besar, digunakanlah aturan penulisan notasi ilmiah. Contoh kasusnya adalah sebagai berikut. Nilai luas permukaan tutup botol yang diukur pada contoh sebelumnya dikonversikan dalam satuan m2 , sehingga nilainya dinyatakan sebagai berikut. Dalam cm2 => Luas = 7,64 cm2 4. Aturan Angka Penting dan Notasi Ilmiah 11.
25 Dalam m2 => Luas = 0,000764 m2 Hasil tersebut dituliskan dalam aturan notasi ilmiah. Luas = 0,000764 m2 Luas = 7,64 x 10-4 m2 Lakukan konversi satuan luas permukaan tutup yang telah Kalian hitung sebelumnya menjadi m2 . Setelah itu, tuliskan dalam bentuk aturan notasi ilmiah. Tuliskan langkah-langkahnya pada buku latihan Kalian. Kalian sudah mengetahui bahwa untuk membulatkan hasil pengolahan data tidak boleh dilakukan secara sembarangan. Kalian juga sudah mengetahui contoh sederhananya. Untuk uraian aturan lebih terperinci, lakukanlah Latihan Soal untuk mengetahui aturan mengolah data dalam kegiatan ilmiah. AKTIVITAS 2 Ayo Identifikasi!! 1. Terdapat aturan yang disebut sebagai aturan angka penting. Carilah informasi mengenai apa saja yang dapat dikatakan sebagai angka penting dan yang bukan angka penting, beserta contohnya. 2. Mengapa jumlah angka penting dari hasil pengukuran perlu diketahui? 3. Dalam pengolahan data, Kalian tentu akan melibatkan operasi matematika seperti perkalian dan pembagian, serta penjumlahan dan pengurangan. Cobalah untuk mencari contoh bagaimana perkalian dan pembagian angka penting, serta penjumlahan dan pengurangan angka penting dioperasikan dalam proses pengolahan data. 4. Jika nilai yang Kalian dapatkan dari hasil pengolahan data sangat kecil atau sangat besar, bagaimana cara Kalian menuliskannya?
26 3 Alat Ukur Listrik (1) (2) (3) Gambar 3.1 Alat ukur Listrik, (1) Voltmeter, (2) Ampermeter, (3) Multimeter Pengukuran adalah aktivitas membandingkan suatu besaran yang diukur dengan alat ukur. Pengukuran merupakan sesuatu hal yang penting, segala sesuatu yang berbentuk pasti ada ukurannya, baik itu panjang, tinggi, berat, volume, ataupun dimensi dari suatu objek. Penentuan besaran dimensi atau kapasitas, biasanya terdapat suatu standar satuan ukur tertentu. Pengukurantidak hanya terbatas pada kuantitas fisik, sesuatu yang dapat diukur dan dapat dinyatakan dengan angka disebut besaran, sedangkan pembanding dalam suatu pengukuran disebut satuan. Satuan yang digunakan untuk melakukan pengukuran dengan hasil yang sama atau tetap untuk semua orang disebut satuan baku, sedangkan satuan yang digunakan untuk melakukan pengukuran dengan hasil yang tidak sama untuk orang yang berlainan disebut satuan tidak baku. Listrik dalam kehidupan sehari-hari sudah kita kenal dan menjadi kebutuhan. Ketika berbicara tentang listrik tidak terlepas dari peralatan rumah tangga yang kita pakai setiap hari. Peralatan tersebut diantaranya setrika listrik, lampu listrik, televise, AC, mesin cuci, laptop, printer, handphone, dan masih banyak lagi. Perlatan tersebut memerlukan energy listrik. Dalam peralatan listrik terdapat komponen elektronika. Komponen elektronika tersebut mempunyai spesifikasi yang mencakup diantaranya berapa tegangan minimal atau maksimal yang dapat masuk. Jenis arus listrik yang dapat melalui komponen elektronika, apakah DC atau AC. Mempunyai hambatan berbeda-beda. Untuk mengukur tegangan, hambatan dan arus listrik maka memerlukan alat ukur listrik.
27 Ampermeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran arus listrik. Arus listrik merupakan besaran pokok yang satuannya ampere (A). Posisi ampermeter dalam rangkaian listrik dipasang secara seri. Gambar 3.2. Posisi Amper Meter Dalam Rangkaian Gambar 3.3. Bagian-bagian Ampermeter Keterangan : a. Skala b. Jarum penunjuk c. Probe negative d. Probe positif (batas maksimum alat ukur) Cara Membaca Hasil Pengukuran Ampermeter a. Misalkan R adalah lampu 1. Ampere
28 Gambar 3.4. Pengukuran Ampermeter Posisi amper meter di pasang secara seri dengan lampu, sehingga memutus salah satu ujung kabel. Kemudian sambungkan dengan kabel amper meter. b. Membaca skala yang ditunjuk oleh jarum ampermeter Hati-hati dalam membaca skala yang digunakan, perhatikan batas ukur yang digunakan. Pada gambar di atas batas ukur yang digunakan, perhatikan batas ukur yang digunakan. Pada gambar di atas batas ukur yang digunakan adalah 25 mA maksimum 50 dan skala yang ditunjuk jarum ampermeter 20. Hasil pengukuran = Hasil pengukuran = 20 50 25 = 10 mA Jadi hasil pengukuran arus listrik yang mengalir pada rangkaian adalah 10 mA. Voltmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besaran tegangan listrik. Satuan internasional dari tegangan adalah volt diberi symbol V. Voltmeter dipasang paralel. Gambar 3.5. a. penggunaan voltmeter untuk mengukur beda potensial, b. bagian-bagian voltmeter 2. Voltmeter
29 Cara penggunaan dan membaca hasil pengukuran voltmeter a. Misalkan anda akan mengukur beda potensial yang melewati lampu Gambar 3.6. Voltmeter b. Posisi voltmeter dipasang secara parallel terhadap lampu c. Memasang kutub positif dan negative voltmeter sesuai dengan kutub baterai (sumber tegangan d. Membaca skala yang ditunjuk oleh voltmeter Pada gambar di atas, diketahui batas ukur maksimum 15 V (periode positif), skala yang ditunjuk 10, dan skala maksimum 15. ℎ = ℎ = 10 15 15 Multimeter merupakan alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran listrik. Multimeter adalah alat ukur listrik. Multimeter adalah alat ukur listrik yang dapat digunakan untuk mengukur tegangan DC maupun AC, hambatan dan arus listrik. Multimeter dibagi menjadi multimeter digital dan multimeter analog. Nilai hambatan resistor, lampu dapat kita tentukan dengan menggunakan multimeter. Cara mengukur hambatan (resistensi) dengan multimeter digital 3. Multimeter
30 Gambar 3.7. Multimeter Digital a. Atur posisi saklar selector ke ohm b. Pilih skala sesuai dengan perkiraan yang akan diukur c. Hubungkan probe ke komponen resistor, tidak ada prioritas, jadi boleh terbailk d. Baca hasil pengukuran di diplay Cara mengukur hambatan (resistensi) dengan multimeter analog Sebelum melakukan pengukuran hambatan maka, perlu diperhatikan hal berikut ini : a. Letakkan selector atau batas ukur (BU) resistensi yang paling sesuai. Pilih batas ukur resistensi sehingga mendekati tengah skala. Sebagai contoh : dengan skala yang di tunjukkan dibawah dengan resistensi sekitar 50k Ohm pilih x 1 1 k Ohm range b. Hubungkan kedua ujung probe (colokan) jadi satu. Bila jarum belum bisa menunjuk skala pada titik nol putar Ohm ADJ sampai jarum menunjukkan nol (ingat skala 0 bagian kanan). Jika tidak dapat diatur ke titik nol maka baterai di dalam meter perlu diganti Gambar 3.8. Multimeter Analog Cara menghitung nilai resistensi yang terukur :
31 R= resistensi yang terukur (ohm) BU = batas ukur yang digunakan JP = penunjuk jarum pada skala Sehingga pada contoh diatas dapat kita hitung resistensi yang terukur memiliki nilai : BU = x1K JP = menunjuk pada angka 50 Ohm Terhitung : R = 1K x 50 R = 50K ohm Maka nilai resistor yang terukur 50K Ohm AKTIVITAS 3 Ayo Identifikasi!! Perhatikan gambar berikut.. Tanda Y pada gambar multimeter menunjukkan ....
32 4 Metode Pengukuran Tidak Langsung A. Metode Pengukuran Tidak Langsung Pengukuran, kegiatan menentukan nilai kuantitas tertentu. Definisi pengukuran adalah penentuan besaran, dimensi, atau kapasitas, biasanya terhadap suatu standar atau satuan ukur. Selain itu, pengukuran juga dapat diartikan sebagai pemberian angka terhadap suatu atribut atau karakteristik tertentu yang dimiliki oleh seseorang, hal, atau objek tertentu menurut aturan atau formulasi yang jelas dan disepakati. Pengukuran yaitu untuk menentukan besaran, ukuran, atau kapasitas, dan umumnya digunakan dalam standar atau ukuran atau satuan ukuran. Pengertian pengukuran juga dapat diartikan sebagai pemberian suatu angka kepada suatu benda atau sesuatu untuk memperoleh suatu istilah atau rumusan yang jelas dan disepakati. Dalam mengukur besaran dalam fisika, ada beberapa jenis pengukuran, yaitu: a. Pengukuran Langsung Pengukuran langsung adalah metode pengukuran yang menggunakan alat ukur langsung dimana hasil pengukuran dibaca langsung dari alat ukur. Misalnya, jika kita mengukur panjang buku dengan penggaris, berarti kita mengukur secara langsung karena hasil pengukuran panjang buku dibaca langsung dari skala penggaris. b. Pengukuran tidak Langsung Pengukuran tidak langsung adalah pengukuran satu besaran dengan mengukur besaran lain. Dalam pengukuran tidak langsung digunakan berbagai jenis alat ukur, dan hasil pengukuran merupakan hasil operasi (dapat dibagi/dikalikan) atas hasil pengukuran alat ukur tersebut. Misalnya, untuk mengukur kecepatan gerak suatu benda, kita perlu mengukur panjang dan waktu (v = s/t). Alat ukur yang digunakan oleh karena itu alat ukur panjang seperti penggaris/pisau putar dan alat pengatur waktu seperti AND hasil pengukuran adalah hasil pengukuran penggaris/pisau putar dibagi hasil pengukuran stopwatch. Konsep Metode Pengukuran tidak Langsung
33 Besaran-besaran yang menggunakan metode pengukuran tidak langsung biasanya merupakan besaram turunan. Hal ini dikarena alat ukur untuk mengukur besaran turunan jarang ditemukan atau sulit didapatkan. Untuk mendapatkan pengukuran besaran turunan bisa dilakukan dengan cara menggunakan alat ukur besaran pokok. Setalah besaran yang dibutuhkan untuk mengukur besaran turunan didapatkan, maka besaran turunan akan didapatkan dengan metode pengukuran tidak langsung. Besaran-besaran turunan yang menggunakan metode pengukuran tidak langsung sebagai berikut : Gambar 4.1. Besaran-besaran turunan yang menggunakan metode pengukuran tidak langsung Besaran-Besaran yang menggunakan Metode Pengukuran tidak Langsung
34 B. Metode Pengukuran Tidak Langsung Pada Beberapa Besaran Luas suatu bangun didapatkan dari pengukuran tidak langsung, karena luas suatu bangun terdiri dari berapa besaran. Sebagai contoh luas persegi panjang, terdapat besaran panjang dan lebar yang diperoleh dari pengukuran langsung menggunakan jangka sorong. Dalam kehidupan sehari-hari pengukuran sawah dilakukan petani dengan menggunakan meteran untuk mengukur panjang dan lebar sawah. Setelahnya petani menghitung luas sawah tersebut menggunakan rumus pesergi panjang. Berikut rumus beberapa luas bangun datar : Gambar 4.2. Luas bangun datar Luas
35 Sebuah lingkaran dilakukan pengukuran langsung menggunakan micrometer sekrup seperti gambar dibawah. Berapakah luas lingkaran tersebut ? Volume atau bisa juga disebut kapasitas adalah penghitungan seberapa banyak ruang yang bisa ditempati dalam suatu objek. Volume suatu bangun ruang diperoleh dengan menggunakan metode pengukran tidak langsung. Sebagai contoh seorang buruh bangunan mengukur volume bak mandi yang berbentuk kubus. Untuk mengetahui besar rusuk kubus tersebut buruh bangunan menggunakan metode pengukuran langsung dengan alat ukur berupa meteran. Setelahnya buruh bangunan tersebut menghitung volume kubus menggunakan rumus luas kubus. Berikut beberapa volume bangun ruang : Gambar 4.3. Volume bangun ruang Volume Latihan soal
36 Pengukuran sebuah balok menggunakan jangka sorong didapatkan sebagai berikut : Berapakah volume balok tersebut ? Massa jenis adalah pengukuran massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Sebuah benda yang memiliki massa jenis lebih tinggi (misalnya besi) akan memiliki volume yang lebih rendah daripada benda bermassa sama yang memiliki massa jenis lebih rendah (misalnya air). Massa jenis merupakan ciri khas setiap zat. Oleh karena itu zat yang berbeda jenisnya pasti memiliki massa jenis yang berbeda pula. Massa jenis zat tidak dipengaruhi oleh bentuk dan volume. Jadi, asalkan dibuat dari bahan yang sama, suatu benda akan memiliki massa jenis yang sama. Dalam pengukuran massa jenis suatu benda adalah mengukur massa setiap satuan volume benda. Semakin tinggi massa jenis suatu benda, maka semakin besar pula massa setiap volumenya. Massa jenis rata-rata setiap benda merupakan total massa dibagi dengan total volumenya. Massa Jenis Latihan Soal
37 Keterangan : ∶ massa jenis ( kg 3 ) m : massa benda (kg) V : volume benda (3 ) Sebuah kubus diukur dengan menggunakan jangka sorong dan neraca ohauss. Didapatkan hasil pengukuran seperti yang terlihat pada gambar. Berapakah massa jenis kubus tersebut ? Kecepatan adalah perpindahan yang ditempuh oleh manusia maupun sebuah benda di dalam jangka waktu tertentu yang dinyatakan di dalam satuan meter per sekon (satuan ukuran panjang per satuan ukuran waktu). Untuk mengetahui kecepatan, maka dibutuhkan jarak yang nantinya akan dibagi dengan waktu. Di bawah ini adalah rumus kecepatan : Kecepatan = Latihan Soal
38 Keterangan : ∶ kecepatan ( m s ) s : jarak (m) t : waktu (s) Kecepatan bisa didapatkan menggunakan metode pengkuran tidak langsung. Besaran jarak diperoleh dari pengukuran langsung dan besaram waktu diperoleh dari pengukuran langsung. Setalah besaran jarak dan waktu didapatkan, kecepatan bisa diperoleh menggunakan rumus kecepatan. Seorang anak berjalan kaki berangkat ke sekolah, jarak dari sekolah ke rumah anak tersebut 100m. Waktu yang diperlukan untuk anak tersebut sampai disekolah dapat dilihat pada gambar dibawah. Berapakah kecepatan anak tersebut ? Dalam fisika, percepatan adalah perubahan kecepatan dalam satuan waktu tertentu. Umumnya, percepatan diamati sebagai gerakan suatu obyek yang bertambah cepat ataupun lambat. Namun percepatan adalah besaran vektor, sehingga percepatan memiliki besaran dan arah. Dengan kata lain, obyek yang membelok (misalnya mobil yang masih menikung)-pun memiliki percepatan juga. Percepatan = Latihan Soal
39 Percepatan dapat mempunyai nilai positif dan negatif. Bila nilai percepatan positif, hal ini menunjukkan bahwa kecepatan benda yang mengalami percepatan positif ini bertambah (dipercepat). Sebaliknya bila negatif, hal ini menunjukkan bahwa kecepatan benda menurun (diperlambat). Contoh percepatan positif adalah: jatuhnya buah dari pohonnya yang dipengaruhi oleh gravitasi. Sedangkan contoh percepatan negatif adalah: babak pengereman mobil. Dibawah ini adalah rumus kecepatan : Keterangan : ∶ ( m 2 ) ∆ ∶ ℎ kecepatan ( m s ) t : waktu (s) Percepatan bisa didapatkan menggunakan metode pengkuran tidak langsung. Besaran kecepatan diperoleh dari pengukuran langsung dengan alat ukur speedometer dan besaram waktu diperoleh dari pengukuran langsung. Setalah besaran jarak dan waktu didapatkan, percepatan bisa diperoleh menggunakan rumus percepatan. Gambar 4.4 Stopwatch Gaya merupakan salah satu bagian dari materi dalam ilmu fisika dasar. Satuan simbol yang akan digunakan di dalam rumus gaya sudah ditentukan oleh hukum fisika. Di dalam ilmu fisika, gaya adalah tarikan atau dorongan. Gaya dapat menggerakkan benda bebas atau benda yang tidak terikat. Selain itu, pengertian gaya di dalam ilmu fisika adalah sebuah besaran yang memiliki besar Gaya = ∆
40 dan arah tertentu. Gaya adalah sebuah interaksi yang bila bekerja sendiri akan menyebabkan suatu perubahan keadaan gerak benda. Gaya dapat mempengaruhi perubahan gerak, posisi atau perubahan bentuk benda. Gaya merupakan bagian yang tidak dapat terlepas di dalam kehidupan manusia sehari-hari. Gaya dapat dimulai dari berbagai hal. Seperti pergerakan tubuh, memindahkan barang sampai melakukan sebuah pekerjaan. Dapat dikatakan bahwa gaya adalah sesuatu yang selalu mengiringi aktivitas manusia. Berdasarkan prinsip Newton pertama, benda yang masih diam atau bergerak dengan laju seragam di dalam garis lurus, akan tetap dalam keadaan seperti itu. Sampai adanya sebuah gaya yang diterapkan kepadanya. Hukum kedua, mengatakan bahwa saat gaya eksternal bekerja pada tubuh akan menghasilkan percepatan. Percepatan atau perubahan kecepatan tubuh di dalam arah gaya. Besarnya percepatan tersebut akan berbanding lurus dengan besarnya gaya luar. Serta akan berbanding terbalik dengan jumlah materi yang ada di dalam benda. Dibawah ini adalah rumus gaya berdasarkan hokum kedua newton : Keterangan : F : gaya (N) m : massa (kg) ∶ ( m 2 ) Hukum ketiga Newton, menyatakan bahwa saat suatu benda diberikan sebuah gaya dari benda lain, maka kedua benda akan memberikan gaya. Gaya tersebut sa,a dengan gaya benda pertama. Prinsip aksi serta reaksi ini akan menjelaskan sesuatu. Menjelaskan mengapa sebuah gaya akan cenderung mengubah bentuk benda. Terlepas dari apakah gaya tersebut akan menyebabkan benda tersebut bergerak atau tidak. Gaya bisa didapatkan menggunakan metode pengkuran tidak langsung. Besaran massa diperoleh dari pengukuran langsung dengan alat ukur neraca ohauss dan besaran percepatan diperoleh dari pengukuran tidak langsung. Setalah besaran massa dan percepatan didapatkan, percepatan bisa diperoleh menggunakan rumus gaya. = .
41 Seorang anak mendorong batu dari mula-mula diam menjadi bergerak pada jarak 2m dan membutuhkan waktu seperti gambar sebelah kiri. Sedangkan massa batu tersebut dapat dilihat pada gambarsebelah kanan. Berapakah gaya dorong anak tersebut ? Gunakan rumus = 0. + 1 2 . 2 Usaha atau dalam Bahasan Inggris Work yang dalam fisika dilambangkan dengan W, merupakan energi yang disalurkan gaya ke sebuah benda sehingga benda tersebut bergerak. Atau bisa juga dikatakan bahwa usaha adalah produk dari kekuatan dan perpindahan. Dalam fisika, suatu gaya dikatakan bekerja jika, ketika bertindak, ada pergerakan titik penerapan ke arah gaya tersebut. Usaha memindahkan energi dari satu tempat ke tempat lain, atau dari satu bentuk ke bentuk lainnya. Usaha positif merupakan usaha yang dilakukan oleh gaya yang searah dengan arah perpindahan benda, sehingga bisa juga disebut sebagai gaya perpindahan searah. Apabila gaya bekerja pada suatu benda ke kanan, dan mengakibatkan benda tersebut bergerak ke kanan, maka gaya tersebut melakukan usaha positif. Usaha negatif merupakan usaha yang dilakukan oleh suatu gaya yang arahnya berlawanan dengan arah perpindahan benda. Atau dengan kata lain, usaha negative timbul ketika suatu gaya yang bekerja pada suatu benda justru berfungsi untuk menghambat gerak benda tersebut. Usaha nol merupakan istilah yang digunakan untuk menyatakan usaha yang nilainya sama dengan nol, atau dengan kata lain gaya sama sekali tidak Usaha Latihan Soal
42 melakukan usaha. Usaha nol bisa terjadi karena 2 kemungkinan, yaitu; Gaya bekerja tegak lurus dengan perpindahan dan benda tidak berpindah sama sekali. Dibawah ini adalah rumus usaha : Keterangan : W : usaha (J) F : gaya (N) s : perpindahan (m) Usaha bisa didapatkan menggunakan metode pengkuran tidak langsung. Besaran perpndahan diperoleh dari pengukuran langsung dan besaran gaya diperoleh dari pengukuran tidak langsung. Setalah besaran jarak dan gaya didapatkan, usaha bisa diperoleh menggunakan rumus usaha. Seorang anak melakukan angkat berat seperti gambar dibawah, jika massa alat tersebut 10. Alat tersebut ditahan anak agar tidak jatuh. Berapakah usaha yang dilakukan oleh anak tersebut ? Daya merupakan Laju Energi yang dihantarkan selama melakukan usaha dalam periode waktu tertentu. Satuan SI (Satuan Internasional) untuk Daya yaitu Joule / Sekon (J/s) = Watt (W). Satuan Watt dipakai untuk penghormatan kepada seorang ilmuan penemu mesin uap yang bernama James Watt. Satuan daya lainnya yang sering dipakai yaitu Daya Kuda atau Horse Power (hp), 1 Daya = . Latihan Soal
43 hp = 746 Watt. Daya adalah Besaran Skalar, karena Daya hanya mempunyai nilai, tidak memiliki arah. Dibawah ini adalah rumus usaha : Keterangan : P : daya (watt) W : usaha (J) t : waktu (s) Daya bisa didapatkan menggunakan metode pengkuran tidak langsung. Besaran waktu diperoleh dari pengukuran langsung dan besaran usaha diperoleh dari pengukuran tidak langsung. Setalah besaran waktu dan usaha didapatkan, daya bisa diperoleh menggunakan rumus daya. Berdasarkan latihan soal usaha, jika anak menahan alat berat dengan waktu seperti pada gambar. Berapakah daya yang dilakukan anak tersebut ? C. Penerapan Pengukuran Tidak langsung dalam kehidupan sehari-hari Sangat banyak ditemukan dalam pengukuran tidak langsung dalam mempelajari fisika. Dimana dalam mempelajari fisika tentunya dapat memahami makna fisis peristiwa tersebut. Berikut penerapan pengukuran tidak langsung dalam kehidupan sehari-hari adalah sebagai berikut: • Pengukuran kecepatan kereta api dengan rumus kecepatan = Latihan Soal
44 • Pengukuran kecepatan pesawat terbang dengan rumus kecepatan • Pengukuran kecepatan bus dengan rumus kecepatan • Pengukuran kecepatan angkot dengan rumus kecepatan • Pengukuran kecepatan sepeda motor dengan rumus kecepatan • Pengukuran kecepatan sepeda dengan rumus kecepatan • Mengukur volume benda dengan mengukur air yang tumpah dari sebuah wadah • Mengukur volume aquarium dengan mengalikan panjang, lebar, dan tingginya • Mengukur luas bidang dengan mengalikan panjang sisi-sisinya • Menghitung luas lingkaran dengan mengalikan panjang jari-jari dengan phi • Menghitung luas persegi panjang dengan mengalikan panjang dan lebarnya • Mengukur volume udara dalam bola dengan memasukkan bola ke dalam air, dan menghitung volume airnya 32 • Mengukur volume udara dalam botol dengan memasukkan botol pada air, dan menghitung volume air yang tumpah • Mengukur gaya dengan mengalikan massa dengan percepatan • Mengukur energi potensial dengan mengalikan massa benda dengan percepatan gravitasi dan jarak benda dari tanah • Mengukur panjang gelombang dengan membagi kecepatan suara di udara dengan frekuensi gelombang. Itulah contoh pengukuran tidak langsung. Masing-masing tidak bisa dilihat langsung hasil pengukurannya karena diperlukan proses mengoperasikan besaran seperti membagi maupun mengalikan.
45 5 Penggunaan Alat Ukur dalam Kehidupan Sehari-hari Penggunaan Alat Ukur dalam Kehidupan Sehari-hari Alat ukur merupakan alat yang digunakan untuk kegiatan mengukur. Alat ukur banyak digunakan dalam kegiatan pengukuran dalam kehidupan sehari-hari. Jenis Alat Ukur: a. Alat ukur Panjang Berfungsi untuk mengukur satuan Panjang, alat yang digunakan adalah roll meter, penggaris, jangka sorong, mikrometer sekrup, welding gauge (untuk dimensi pengelasan). b. Alat ukur temperatur Digunakan untuk mengukur besar kecil suhu ruangan, untuk alat yang digunakan berupa termometer (termogun, termometer resistensi, termometer digital, bimetal dan yang lainnya). c. Alat Ukur Waktu Untuk mengukur satuan waktu, alat yang digunakan bisa berupa jam dan stopwatch. d. Alat ukur massa Untuk mengetahui massa suatu benda kita dapat menggunakan neraca atau timbangan dengan berbagai tipe sesuai dengan kebutuhan. Untuk hasil yang lebih rincih kita dapat menggunakan neraca digital, sedangkan untuk yang tidak memerlukan tingkat ketelitian yang tinggi kita dapat menggunakan neraca tipe lengan gantung, sama lengan, pegas dan ohaus.