FISIKA SMA KELAS X BESARAN FISIKA DAN PENGUKURANNYA BAHAN AJAR
KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah memberikan limpahan Rahmat dan Ridho- Nya sehingga dapat menyelesaikan tugas materi ajar fisika kelas X dengan baik dan dapat digunakan oleh Guru Pendidikan Fisika. Bahan Ajar ini diperuntukkan bagi para Guru yang mengajar bidang fisika untuk mendapatkan kemudahan dalam mengajar. Harapan kami bahwa para guru dapat sungguh menguasai materi ajar ini sehingga nantinya dapat membantu siswa-siswi SMA/SMK menguasai bahan fisika yang dipelajari dengan benar. Dengan bantuan yang tepat itu diharapkan nantinya akan banyak siswa yang tertarik dan senang untuk menekuni bidang fisika lebih lanjut. Semoga materi ajar ini dapat membantu kemajuan guru fisika di Indonesia dan akhirnya juga ikut membantu perkembangan pendidikan di Indonesia terutama dalam bidang fisika. Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan dari materi Besaran Fisika Dan Pengukurannya ini. Untuk itu kritik dan saran yang konstruktif sangat penulis harapkan. Semoga materi ajar ini bermanfaat bagi para pihak terkait.
A. PETUNJUK BELAJAR 1. Membaca uraian materi dengan seksama dan memahaminya. 2. Mengerjakan Lembar Kerja Peserta Didik. 3. Mengerjakan soal latihan untuk mengukur pemahaman. 4. Mencocokkan hasil pengerjaan soal latihan dan bila masih ada hal yang salah dan belum dipahamimaka perlu membaca ulang uraian materi agar semakin paham. 5. Membaca referensi lain yang disarankan. Selamat belajar peserta didik, semoga capaian pembelajaran dan sub capaian pembelajaran dapat terpenuhi setelah menyelesaikan pembelajaran dalam materi ajar ini. PETA KONSEP Terdiri dari Notasi ilmiah Ditulis dengan PENGUKURAN konversi satuan Menggunakan Alat ukur Memiliki Kesalahan Menghasilkan Ketidakpastian Tediri dari Mutlak Relatif Pokok Turunan BESARAN BESARAN DAN PENGUKURAN
B. CAPAIAN PEMBELAJARAN Kompetensi Dasar 3.2 Menerapkan prinsip-prinsip pengukuran besaran fisis, ketepatan, ketelitian, dan angka penting, serta notasi ilmiah 4.2 Menyajikan hasil pengukuran besaran fisis berikut ketelitiannya dengan menggunakan peralatan dan teknik yang tepat serta mengikuti kaidah angka penting untuk suatu penyelidikan ilmiah Indikator 3.2.1 Mengamati pembuatan daftar (tabel) nama besaran, alat ukur, cara mengukur 3.2.2 Membuat daftar (tabel) nama besaran, nama alat ukur, dan cara mengukur, dan satuan yang digunakan secara individu, termasuk yang berlaku di daerah setempat 3.2.3 Menyebutkan beberapa alat ukur panjang, alat ukur massa dan alat ukur waktu 3.2.4 Menggunakan alat ukur panajang, alat ukur massa, dan alat ukur waktu 3.2.5 Menemukan cara membaca skala, dan menuliskan hasil pengukuran 3.2.6 Mendiskusikan prinsip-prinsip pengukuran (ketepatan, ketelitian, dan angka penting), cara menggunakan alat ukur, cara membaca skala, cara menuliskan hasil pengukuran 3.2.7 Menyimpulkan aspek ketelitian, menerapkan aspek ketepatan, dan melaksanakan aspek keselamatan kerja, serta memaksimalkan aspek alat yang digunakan dalam mengukur 4.2.1. Mengolah data hasil pengukuran berulang 4.2.2. Mengolah data hasil pengukuran dalam bentuk penyajian data, membuat grafik, menginterpretasi data dan grafik, dan menentukan ketelitian pengukuran, serta menyimpulkan hasil interpretasi data 4.2.3. Menyajikan hasil pengolahan data dalam bentuk grafik hasil pengukuran, 4.2.4. Menginterpretasi data dan grafik, dan menghitung kesalahan, 4.2.5. Menyimpulkan hasil interpretasi data dalam laporan tertulis hasil kerja 4.2.6. Membuat laporan tertulis dan mempresentasikan hasil pengukuran
C. TUJUAN Setelah kegiatan pembelajaran ini diharapkan kalian mampu: 1. memahami berbagai jenis besaran fisika, dimensi, awalan satuan; 2. menggunakan analisis dimensi untuk menguji kebenaran rumus dan menentukan rumus; 3. mengkonversi satuan dan menulis angka dengan notasi ilmiah; 4. menjelaskan cara menentukan nst alat ukur; 5. melakukan pengukuran panjang dengan jangka sorong dan mikrometer; 6. menerapkan aturan perhitungan angka penting. D. POKOK – POKOK MATERI 1. Besaran dan Pengukuran 2. Ketidakpastian Pengukuran
E. URAIAN MATERI : BESARAN FISIKA DAN PENGUKURANNYA A. BESARAN DAN PENGUKURAN Fisika merupakan cabang sains yang mempelajari materi dan energi. Gejala alam seperti gerak, fluida, kalor, gelombang, bunyi, cahaya, listrik dan magnet dikaji dalam fisika. Mempelajari alam diawali dengan mengamati alam. Pengamatan yang dimaksud dalam fisika adalah pengamatan yang menghasilkan data kuantitatif (berupa angka-angka). Data kuantitatif diperoleh dari pengukuran. 1. BESARAN DAN SATUAN BESARAN ➢ Sesuatu yang dapat di ukur dan dapat dinyatakan dengan angka-angka. Ex : Panjang, massa dan waktu SATUAN ➢ Segala sesuatu yang menunjukkan banyaknya hasil pengukuran yang diperoleh. Ex : meter, sekon dan kilometer a. BESARAN POKOK ➢ Besaran – besaran yang telah di tetapkan terlebih dahulu b. BESARAN TURUNAN ➢ Besaran turunan adalah besaran yang satuan dan dimensinya diturunkan dari satuan dan dimensi besaran pokok. Dimensi besaran turunan menyatakan bagaimana besaran turunan itu diturunkan atau disusun dari besaran pokok. Contoh : = × = × = 2 = 2 Diturunkan dari 1 besaran pokok Tabel besaran – besaran pokok
= = 3 = −3 = −3 Diturunkan dari 2 besaran pokok = ℎ = = −1 = −1 Diturunkkan dari 2 besaran pokok ➢ Kegunaan dimensi di antaranya adalah sebagai berikut. 1. Untuk mengetahui apakah sebuah rumus benar atau salah. 2. Untuk menurunkan persamaan atau rumus. 2. PENGUKURAN 1. Alat Ukur Panjang a. Mistar / Rule Cara membaca skala penggaris: 1. Langkap pertama yaitu menempatkan skala nol pada penggaris yang sejajar dengan salah satu ujung benda yang akan diukur. 2. Setelah itu perhatikan ujung benda lainnya dan kemudian bacalah skala pada mistar penggaris tersebut yang memang sejajar dengan ujung benda. 3. Untuk bisa membaca hasilnya dengan benar, Anda harus melihat bagian tegak lurus dengan tanda garis skalanya. Pastikan untuk lebih teliti dalam melihat hasilnya agar tidak terjadi kesalahan dalam pengukuran
b. Jangka Sorong Keterangan : 1. Rahang luar, digunakan untuk mengukur bagian luar benda. 2. Rahang dalam, digunakan untuk mengukur bagian dalam benda. 3. Pemeriksa kedalaman, digunakan untuk mengukur kedalaman lubang. 4. Skala utama (centimeter) 5. Skala utama (inci) 6. Skala nonius (centimeter) 7. Skala nonius (inci) 8. Alat penahan, digunakan untuk menahan pergeseran. Cara membaca jangka sorong : 1. Lihat angka pada skala utama yang sudah dilewati oleh angka 0 pada skala nonius 2. Lihat angka pada skala nonius yang garis skalanya sejajar dengan skala utama 3. Hitung Panjang benda dengan menggunakan rumus : = + ( × 0,01)
Contoh : Hasil pengukuran dengan jangka sorong di bawah adalah .... Jawabanya : = + ( × 0,01) = 0,3 + (2 × 0,01) = 0,3 + 0,02 ) = 0,32 ) c. Mikrometer Sekrup Keterangan : 1. Rangka (bingkai) 2. Poros tetap (landasan) 3. Poros gerak 4. Cincin pengunci 5. Roda penghenti (ratchet stop) 6. Skala nonius 7. Skala utama Cara membaca Mikrometer Sekrup : 1. Lihat angka pada skala utama 2. Lihat angka pada skala nonius yang garis skalanya sejajar dengan skala utama 3. Hitung Panjang benda dengan menggunakan rumus : = + ( × 0,01)
Contoh : Berapakah nilai dari pengukuran mikrometer dibawah? Jawabannya : = + ( × 0,01) = 1 + (47 × 0,01) = 1 + 0,47) = 1,47) 2. Alat Ukur Massa a. Neraca ohaus 3 lengan Timbangan atau neraca adalah alat yang dipakai dalam melakukan pengukuran massa suatu benda 3. Alat Ukur Waktu a. Stopwatch Stopwatch adalah alat yang digunakan untuk melakukan pengukuran durasi waktu yang diperlukan maupun yang sudah berlalu
Contoh soal : Kelajuan suara di udara sama dengan 340 m/s. nyatakan dalam satuan km/jam ! Dik : 1 km = 1000 m 1 km / 1000 m = 1 1 jam = 3600 s 3600 s / 1 jam =1 Sehingga: = 340 = 340 1 ∙ 1 1000 ∙ 3600 1 ൗ = 340 ∙ 3600 1000 = 360 ∙ 3,6 / = 1224 / 3. KONVERSI SATUAN Sistem satuan yang digunakan dalam fisika adalah sistem MKS atau Sistem Internasional (SI). Satuan-satuan seperti : inchi, kaki, yard, pound, libus, mil, depa, hasta dan lain-lain tidak digunakan, walaupun dalam teknik atau kehidupan sehari-hari masih dijumpai. Berikut ini adalah tabel konversi satuan-satuan bukan SI. Waktu ➢ 1 menit = 60 sekon ➢ 1 jam = 3600 sekon ➢ 1 hari = 86 400 sekon ➢ 1 tahun = 3,16 X 107 sekon Panjang ➢ 1 inci = 2,54 kaki ➢ 1 m = 39,37 inci = 3,281 kaki ➢ 1 yd = 0,9144 m ➢ 1 km =0,621 mil = 10 3 m ➢ 1 mil = 5280 kaki ➢ 1 Å = 10 -10 m ➢ 1 cm = 10 -2 m Massa ➢ 1 slug = 14,59 kg ➢ 1 amu = 1,66 X 10 -27 kg ➢ 1 ton = 1000 kg ➢ 1 g = 10 -3 kg
4. NOTASI ILMIAH Notasi Ilmiah Cara penulisan bilangan secara ilmiah. Dalam notasi ilmiah dirumuskan awalan dan symbol untuk bilangan 10 berpangkat. Bilangan 10 Berpangkat Awalan Simbol 0,000 000 000 001 10-12 Piko P 0,000 000 001 10-9 Nano n 0,000 001 10-6 Mikro μ 0,001 10-3 Mili m 0,01 10-2 Senti c 0,1 10-1 Desi d 1 100 - - 10 101 Deka da 100 102 Hekto h 1000 103 Kilo K 1000 000 106 Mega M 1000 000 000 109 Giga G 1000 000 000 000 1012 tera T Sumber : buku fisika untuk SMA/MA kelas X. marthen kanginan
B. KETIDAK PASTIAN PENGUKURAN Hasil suatu pengukuran harus dilaporkan bersama dengan ketidakpastianya. Keterbatasan skala alat ukur dan keterbatasan ketrampilan pengamatan serta banyak sumber kesalahan lain mengakibatkan hasil pengukuran selalu dihinggapi ketidakpastian. Ada dua jenis ketidakpastian dalam pengukuran 1. Ketidakpastian Pengukuran Secara umum faktor munculnya ketidakpastian hasil pengukuran disebabkan karena adanya kesalahan (error). Ada 3 kategori kesalahan yaitu a. Kesalahan Umum Kesalahan-kesalahan umum (gross errors) disebabkan kesalahan manusia, antara lain kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat, pemakaian instrumen yang tidak sesuai, kesalahan penaksiran dan paralaks (kesalahan yang timbul apabila pada waktu membaca skala posisi mata pengamat tidak tegak lurus terhadap skala tersebut). b. Kesalahan-kesalahan yang tidak disengaja/kesalahan acak (random errors) Kesalahan acak disebabkan oleh gejala yang tidak dapat secara langsung diketahui sehingga tidak mungkin dikendalikan secara pasti atau tidak dapat diatasi secara tuntas, seperti: fluktuasi tegangan listrik, gerak Brown molekul udara, getaran landasan c. Kesalahan kesalahan sistematis (systematic errors) Bersumber dari alat ukur yang digunakan atau kondisi yang menyertai saat pengukuran. Yang termasuk ketidakpastian sistematik antara lain: ➢ Kesalahan kalibrasi alat Kesalahan yang terjadi karena cara memberi nilai skala pada saat pembuatan alat tidak tepat, sehingga berakibat setiap kali alat digunakan suatu kesalahan melekat pada hasil pengukuran. ➢ Kesalahan nol Ketidaktepatan penunjukan alat pada skala nol. ➢ Waktu respon yang tidak tepat Akibat dari waktu pengukuran (pengambilan data) tidak bersamaan dengan saat munculnya data yang seharusnya diukur. ➢ Kondisi yang tidak sesuai Kondisi alat ukur dipengaruhi oleh kejadian yang hendak diukur. ➢ Kesalahan pandangan/paralak Kesalahan ini timbul apabila pada waktu
membaca skala, mata pengamat tidak tegak lurus di atas jarum penunjuk/skala. Ada dua jenis ketidakpastian dalam pengukuran yaitu: a. Ketidakpastian mutlak. b. Ketidakpastian relatif. Sumber : https://repositori.kemdikbud.go.id/21883/1/X_Fisika_KD-3.2_Final.pdf
C. RANGKUMAN 1. Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan memiliki nilai. 2. Dalam satuan sistem Internaional (SI) ada tujuh besaran pokok yaitu panjang (m), massa (Kg), waktu (s), kuat arus (A), suhu (K), jumlah zat (mol) dan intensitas cahaya (Cd). Besaran yang diturunkan dari besaran pokok disebut besaran turunan, contohnya luas (m2), kecepatan (ms-1), percepatan (ms-2), gaya (N) dan usaha (J) dan lain-lain. 3. Satuan internasional dapat diubah-ubah dari satuan satu ke satuan yang lain, hal ini dikenal dengan istilah Konversi Satuan. 4. Dimensi sutu besaran merupakan pengungkapan besaran dengan besaran pokok. Dimensi besaran-besaran pokok dinyatakan dengan symbol huruf sebagai berikut: Panjang [L], massa [M], waktu [T], suhu [q], kuat arus [I], intensitas cahaya [J], dan jumlah zat [N]. 5. Mengukur adalah membandingkan suatu besaran dengan besaran sejenis yang dijadikan acuan. 5. Ada 3 alat ukur panjang yaitu mistar yang memiliki nst 1 mm, jangka sorong yang memiliki nst 0,1 mm, 0,02 mm, dan 0,05 mm, dan mikrometer skrup yang memiliki nst 0,01 mm 7. Angka penting adalah angka yang diperoleh dari hasil mengukur. 6. Setiap pengukuran selalu diikuti dengan ketidakpastian adapun faktor penyebab munculnya ketidakpastian hasil pengukuran adalah kesalahan umum (faktor manusia), kesalahan acak (faktor lingkungan), dan kesalahan sistematik (faktor alat ukur).