Sistem Pengukuran


download artikel lengkap

mural kuadran

Tycho Brahe(1546-1601) dengan kuningan seperempat lingkarannya yang besar untuk mengukur posisi dari planet dan bintang

Manusia biasanya memiliki rasa ingin tahu yang besar terhadap dunia di sekitarnya. Semenjak awal idenya hadir, para ilmuwan telah mencari cara yang tepat untuk mendefinisikan pembedaan yang pokok atas fenomena-fenomena alam yang membingungkan yang telah mereka teliti. Pencarian ini ada dalam berbagai bentuk, dan berasal dari berbagai macam latar belakang, seperti religi, seni, maupun sains itu sendiri. Walaupun kata “sains” sebenarnya berasal dari bahasa latin yang artinya “untuk mengetahui”. Sains hadir tidak hanya untuk mendefinisikan pengetahuan sederhana secara general, tetapi lebih spesifik dari itu, yaitu pengetahuan alam semesta. Dengan kata lain, Sains adalah tubuh dari ilmu pengetahuan yang terorganisir secara spesifik dan cara-cara yang rasional.

Hingga hari ini, kita tahu bahwa ilmu pengetahuan terbagi menjadi beberapa bidang yang terpisah, walaupun pembagian ini dilakukan hanya dalam satu abad terakhir atau lebih sedikit. Salah satu kesuksesan yang besar dari ilmu pengetahuan adalah membagi sistem yang kompleks menjadi kategori-kategori yang lebih kecil dan mudah untuk dipelajari. Biologi, sebagai contohnya, adalah ilmu yang mempelajari organisme. Kimia, ilmu yang berhubungan dengan interaksi antara unsur-unsur dan senyawa-senyawa. Geologi adalah ilmu yang mempelajari bumi. Astronomi, ilmu yang mempelajari sistem tata surya, bintang, galaksi, dan alam semesta secara keseluruhan. Fisika adalah ilmu yang mempelajari energi dan materi, termasuk di dalamnya prinsip-prinsip yang mengatur gerak dari gelombang dan partikel, interaksi dari partikel, dan sifat-sifat molekul, atom, dan atom inti sebaik sistem yang lebih besar seperti gas, cairan, dan padatan. Beberapa menganggap bahwa fisika adalah ilmu pengetahuan fundamental karena prinsip-prinsip fisika merupakan fondasi dari bidang ilmu pengetahuan yang lain.

Fisika adalah ilmu yang eksotik dan merupakan ilmu kehidupan sehari-hari. Eksotik karena terdapat fenomena benda hitam yang mengejutkan misalnya. Ilmu kehidupan sehari-hari karena para tekniksi, musisi, arsitek, kimiawan, biologiawan, dokter dan profesi kehalian lainnya menggunakan prinsip-prinsip fisika seperti transfer panas, aliran fluida, gelombang suara, radioaktifitas, dan ketegangan pada bangunan ataupun tulanng untuk mendukung aktifitas mereka sehari-hari.

Banyak pertanyaan-pertanyaan yang berhubungan dengan kehidupan sekitar kita yang dapat dijawab oleh pengetahuan dasar fisika. Kenapa helikopter harus punya 2 rotor? Kenapa astronot dapat melayang di angkasa? Kenapa gelombang suara merambat merata ke semua ruangan sementara cahaya merambat dalam arah yang lurus? Bagaimana CD Player bekerja? Kenapa hidrogen tidak ada di atmosfer? Kenapa tembaga menghantarkan listrik sementara kayu tidak?

Fisika Klasik Dan Modern

Upaya paling awal untuk menggunakan ilmu pengetahuan secara sistematis mengenai gerak dilakukan oleh bangsa Yunani kuno. Sistem ilmu alam (fisika) pertama kali diperkenalkan oleh Aristotle (384-322 s.m.), penjelasan mengenai fenomena fisis disimpulkan dari asumsi-asumsi bukannya dari hasil eksperimen. Misalnya, merupakan asumsi yang fundamental bahwa setiap substansi mempunyai “tempat alami” di dalam alam semesta. Gerak diatur untuk menghasilkan substansi yang dekat dengan tempat alami. Karena kesepakatan antara kesimpulan yang dilakukan fisika Aristotelian dan gerak yang diobservasi sepanjang fisis alam semesta, dan karena tidak adanya tradisi eksperimen yang dapat menjatuhkan fisika kuno, pandangan yunani ini telah diterima selama kurang lebih 2000 tahun. Seorang peneliti Itali, Galileo Galilei (1564-1642) dengan eksperimennya yang mengesankan mengenai gerak yang menentukan untuk semua waktu mutlak untuk keperluan eksperimen dalam fisika dan memulai untuk melepaskan diri dari fisika Aristotelian. Selama 100 tahun, Isaac Newton telah menggumpulkan hasil dari eksperimen Galileo ke dalam tiga hukum geraknya yang spektakuler dan ilmu pengetahuan alam Aristotle telah berakhir.

Eksperimen selama 200 tahun ke depan telah membawa berbagai macam penemuan, penyemangat dalam pengembangan teori fisika untuk menjelaskan fenomena-fenomena fisis yang ada. Hingga akhir abad ke-19, Hukum gerak Newton sebagai sistem mekanik telah digabungkan dengan persamaan yang mengesankan dengan Maxwell, Joule, Carnot, dan ilmuwan lainnya untuk menjelaskan elektromagnetisme dan termodinamika. Pokok persoalan yang berhubungan dengan ilmu fisika hingga akhir abad ke 19-mekanika, cahaya, panas, suara, listrik, dan magnet-adalah apa yang kita pahami sekarang ini dengan istilah fisika klasik.

Kesuksesan yang dialami fisika klasik pada saat itu telah membuat banyak ilmuwan percaya bahwa penjelasan mengenai alam semesta telah selesai. Tetapi, Penemuan sinar-X oleh Roentgen pada tahun 1895 dan radioaktifitas inti oleh Becquerel pada tahun 1896 kelihatannya meyimpang dari kerangka fisika klasik. Teori relativitas khusus yang diajukan Albert Einstein pada tahun 1905 telah membantah ide ruang dan waktu Galilei dan Newton. Pada tahun yang sama, Einstein mengusulkan bahwa cahaya terkuantisasi; bahwa cahaya berasal dari paket-paket yang diskret, bukan seperti gelombang yang kontinyu seperti yang diasumsikan sebelumnya dalam fisika klasik. Generalisasi dari kuantisasi semua tipe energi merupakan ide pokok dari mekanika kuantum, sesuatu yang mempunyai konsekuensi yang mengagumkan dan sangat penting dalam fisika. Penggunaan relativitas khusus dan secara terpisah, teori kuantum seperti sistem mikroskopik atom, molekul, dan inti telah mengarahkan kita pada pemahaman yang detail mengenai padatan, cairan, dan gas dan hal ini biasa disebut dengan istilah fisika modern.

Selain konsep atom dan gerak dengan kecepatan yang mendekati kecepatan cahaya, fisika klasik dengan tepat dapat menjelaskan perilaku fisis yang terjadi di alam. Fisika klasik dapat menjelaskan fenomena-fenomena makro yang terjadi di alam.

Fisika modern dengan sendirinya terbentuk dari konsep-konsep fisika klasik. Tidak mungkin untuk memahami teori kuantum tanpa pengetahuan yang cukup seperti konsep klasik energi, momentum, momentum anguler, fungsi gelombang, dan gelombang berdiri. Bahkan para ilmuwan memulai penyelidikannya dari kasus-kasus yang terjadi pada fisika klasik.

  1. Satuan

Kita semua tahu sesuatu yang tidak dapat diukur-kecantikan bunga atau enaknya makanan, dan kita yakin bahwa pengetahuan seperti itu bukanlah ilmu pengetahuan alam. Hal yang tidak hanya untuk didefinisikan maupun untuk diukur adalah sesuatu yang diperlukan dalam sains tentunya juga dalam fisika, lebih dari banyak bidang ilmu pengetahuan, definisi yang tepat dari bentuk dan pengukuran telah menghasilkan banyak penemuan. Para ilmuwan memulai penelitiannya dalam fisika dengan menetapkan beberapa definisi utama, pengenalan satuan, dan menunjukkan bagaimana satuan berhubungan dengan persamaan. Sesuatu yang sangat menarik tentunya.

Pengukuran dari banyak kuantitas termasuk membandingkannya dengan satuan dari kuantitas tersebut. Misalnya, untuk mengukur jarak di antara du titik, kita membutuhkan satuan standar, seperti meter. Pernyataan “jarak 25 meter” berarti jarak tersebut 25 kali dari satu satuan meter. Sangat penting untuk memasukkan satuan dalam pengukuran. Karena hanya dengan angka 25 tersebut kurang sempurna untuk mengekspresikan jarak, karena selain meter ada satuan lain seperti kilometer maupun mil yang dapat digunakan. Pernyataan jarak 25 saja tidak berarti apa-apa tanpa satuan. Nilai dari besaran fisis baru berarti jika dimasukkan kedua bagian, yaitu angka hasil pengukuran dan satuan.

Satuan Sistem Internasional

Banyak kuantitas fisis yang telah kita ketahui seperti kecepatan, gaya, momentum, kerja, energi, dan daya dapat dinyatakan dalam tiga besaran pokok: panjang, waktu, dan massa. Pilihan satuan standar dari kuantitas tiga besaran pokok dijelaskan dengan sistem satuan. Sistem yang digunakan secara umum dalam komunitas ilmu pengetahuan dinamakan SI (Sistem Internasional). Standar SI untuk panjang adalah meter, satuan standar waktu adalah detik, dan satuan standar dari massa adalah kilogram. Definisi lengkap dari satuan SI dapat dilihat di lampiran A.

Panjang

Satuan standar panjang, meter (disingkat m),  dinyatakan dengan dua tanda dia atas batang yang terbuat dari campuran logam platinum-iridium yang disimpan dalam laboratorium internasional berat dan pengukuran di Sevres, Paris. Panjang ini telah dipilih sehingga jarak antara ekuator dan kutub utara bumi yang melewati paris adalah 10 trilyun meter (Gambar 1-1). Satuan meter sekarang ini didefinisikan ke dalam bentuk kecepatan cahaya –satu meter adalah jarak tempuh cahaya yang melewati ruanghampa selama 1/299.729.458 detik. (ini yang membuat kecepatan cahaya secara tepat adalah 299.792.458 m/s)

Waktu

Satuan waktu, detik (s), didefinisikan dalam bentuk rotasi bumi dan sama dengan (1/60)(1/60)(1/24) dari rata-rata waktu sehari. Kedua, didefinisikan ke dalam bentuk frekuensi karakteristik atom cesium. Semua atom, setelah menyerap energi, mengeluarkan cahaya dengan panjang gelombang dan frekuensi karakteristik dari masing-masing elemen. Terdapat setelan tertentu untuk panjang gelombang dan frekuensi masing-masing energi transisi atom. Sepenjang yang kita tahu, frekuensi dari cahaya yang dihasilkan bersifat konstan. Definisi kedua, satu detik adalah gerak transisi atom cesium sebanyak 9.192.631.770 kali. Dengan demikian, satuan pokok dari panjang dan waktu dapat dilihat di laboratorium yang ada di dunia ini.

Massa

Satuan massa, kilogram (kg), yang sama dengan 1000 gram, adalah massa dari bahan standar yang juga disimpan di Sevres, Paris. Tiruan dari standar kilogram disimpan di institut nasional standard dan teknologi di Gaithersburg, Maryland. Kita dapat melihat kalau berat dari benda yang berada di bumi ini proporsional dengan massa. Sehingga, massa dari benda dapat diketahui dengan menimbang berat benda.

Dalam penelitiannya di bidang termodinamika dan listrik, kita membutuhkan lebih dari satuan dari tiga besaran pokok yang telah dijelaskan sebelumnya, yaitu satu untuk Suhu, Kelvin (K) (formalnya derajat Kelvin), satu untuk jumlah zat, mol, dan satu untuk arus listrik, Ampere (A). Ada lagi satuan pokok, candela (cd) untuk intensitas cahaya. Tujuh satuan besaran pokok, meter (m), detik (s), kilogram (kg), Kelvin (K), Ampere (A), mol, dan candela (cd), terdapat pada Sistem Satuan Internasional, atau satuan SI.

Satuan dari setiap kuantitas fisis dapat dinyatakan dengan bentuk satuan SI. Beberapa disntaranya, menggunakan nama khusus untuk menyatakan kombinasi dari beberapa satuan SI. Misalnya, satuan SI untuk gaya, kgms^{-2} dinamakan Newton (N), hal yang sama untuk daya, 1 kgm^{2}/s^{3}=Nm/s dinamakan dengan watt(W).

Satuan Sistem Lain

Sistem bilangan lain tetapi masih digunakan tetapi secara bertahap digantikan oleh satuan SI adalah sistem cgs, berdasarkan pada sentimeter, gram, dan detik. Satu setimeter adalah sama dengan 0,01 meter. Satu gram sama dengan 0,001 kg. Sebenarnya gram telah didefinisikan sebagai massa satu sentimeter kubik air. (yang kemudian disebutkan bahwa satu kilogram adalah massa dari 1000 sentumeter kubik air)

Dalam sistem satuan lain, sistem standar U.S., satuan dari gaya, pound, telah dipilih sebagai satuan pokok. Dalam sistem ini, satuan massa didefinisikan sebagai bentuk satuan dari gaya. Pound didefinisikan sebagai bentuk dari gaya tarik bumi terhadap materi yang ada di permukaan bumi. Satuan pokok dari panjang digunakan kaki dan satuan dari waktu adalah detik, yang sama dengan yang digunakan dalam SI. Satu kaki sama dengan kira-kira antara satu-tiga yard, yang saat ini didefinisikan dalam bentuk meter:

1 d = 0,9144 m

1 kaki=1/3  yd=0,3048 m

Konversi Satuan

Setiap besaran fisis mengandung angka dan satuan. Ketika besaran ditambahkan, di kurangi, dikalikan, ataupun dibagi ke dalam persamaan aljabar, satuan dari besaran fisis tersebut juga diberlakukan sama seperti besaran itu. Misalnya, andaikan kamu berharap untuk menghitung jarak yang ditempuh mobil selama 3 jam yang bergerak konstan dengan kecepatan 80 kilometer per jam (km/jam). Jarak merupakan hasil perkalian antara kecepatan v dengan waktu t :

x=vt=80[km/jam]×3[jam]=240 [km]

Dapat kita lihat satuan waktu saling menghilangkan, dari sini dapat kita simpulkan untuk menjelaskan jarak dengan tepat menggunakan satuan panjang, kilometer. Metode seperti ini menjadikanya mudah untuk mengkonversi satuan dari bentuk satu ke bentuk yang lain. Misalakan kita ingin mengkonversi 240 km ke dalam mil, dengan menggunakan kenyataan kalau 1 mil=1,61 km.

240 km=240 [km]×(1 [mil])/1,61[km] =149 [mil]

Faktor (1[mil] ⁄ 1,61[km] ) dinamakan faktor konversi.

download artikel lengkap

sumber: “Fisika untuk Sains dan Teknik” karya Tipler

Manusia biasanya memiliki rasa ingin tahu yang besar terhadap dunia di sekitarnya. Semenjak awal idenya hadir, para ilmuwan telah mencari cara yang tepat untuk mendefinisikan pembedaan yang pokok atas fenomena-fenomena alam yang membingungkan yang telah mereka teliti. Pencarian ini ada dalam berbagai bentuk, dan berasal dari berbagai macam latar belakang, seperti religi, seni, maupun sains itu sendiri. Walaupun kata “sains” sebenarnya berasal dari bahasa latin yang artinya “untuk mengetahui”. Sains hadir tidak hanya untuk mendefinisikan pengetahuan sederhana secara general, tetapi lebih spesifik dari itu, yaitu pengetahuan alam semesta. Dengan kata lain, Sains adalah tubuh dari ilmu pengetahuan yang terorganisir secara spesifik dan cara-cara yang rasional.

About Dedy Kurniawan Setyoko

saya adalah lulusan fisika universitas airlangga, karena saya adalah seorang fisikawan, tentunya saya sangat menyukai dunia fisika. Dalam blog ini saya akan mengutarakan semua ide-ide saya. View all posts by Dedy Kurniawan Setyoko

One response to “Sistem Pengukuran

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s

%d bloggers like this: