A.BESARAN DAN SATUAN
Pola-pola (rumus-rumus) matematika yang diburu oleh para fisikawan sebagai model bagi keteraturan alam menghubungkan satu besaran fisika dengan besaran fisika yang lain. Pola-pola matematika yang dimaksud biasanya berupa persamaan-persamaan. Oleh karena itu, besaran-besaran fisis memainkan peran yang sangat penting dalam ilmu fisika. Besaran adalah sesuatu yang diukur. Jadi, besaran erat kaitannya dengan pengukuran, sedangkan pengukuran besaran-besaran fisika merupakan bagi terpenting dalam ilmu fisika. Pengukuran adalah membandingkan suatu besaran dengan satuan.
Contoh sederhana, misalkan Anda ingin menntukan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan air. TEntu saja, Anda harus melakukan pengukuran jumlah air yang didihkan. Jadi, Anda harus mengukur massa air. Demikian pula pada saat Anda ingin menentukan laju rata-rata kendaraan yang sedang melintas di jalan raya, Anda mungkin harus melakukan pengukuran jarak dan pengukuran waktu, yaitu jarak yang ditempuh oleh kendaraan itu dan selang waktu untuk menempuih jarak tsb.
1. Besaran Pokok dan Besaran Turunan
c. Standar Waktu
Pola-pola (rumus-rumus) matematika yang diburu oleh para fisikawan sebagai model bagi keteraturan alam menghubungkan satu besaran fisika dengan besaran fisika yang lain. Pola-pola matematika yang dimaksud biasanya berupa persamaan-persamaan. Oleh karena itu, besaran-besaran fisis memainkan peran yang sangat penting dalam ilmu fisika. Besaran adalah sesuatu yang diukur. Jadi, besaran erat kaitannya dengan pengukuran, sedangkan pengukuran besaran-besaran fisika merupakan bagi terpenting dalam ilmu fisika. Pengukuran adalah membandingkan suatu besaran dengan satuan.
Contoh sederhana, misalkan Anda ingin menntukan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk mendidihkan air. TEntu saja, Anda harus melakukan pengukuran jumlah air yang didihkan. Jadi, Anda harus mengukur massa air. Demikian pula pada saat Anda ingin menentukan laju rata-rata kendaraan yang sedang melintas di jalan raya, Anda mungkin harus melakukan pengukuran jarak dan pengukuran waktu, yaitu jarak yang ditempuh oleh kendaraan itu dan selang waktu untuk menempuih jarak tsb.
1. Besaran Pokok dan Besaran Turunan
Menurut cara menentukan satuannya, terdapat dua jenis besaran, yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Besaran Pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu. Misalnya, besaran panjang,waktu, dan massa. Besaran ini merupakan hal penting dalam mekanika.
Dalam konferensi IV pada tahun 1971 mengenai ukuran dan timbangan, telah ditetapkan tuju besaran pokok dan dua besaran tambahan. ketujuh besaran pokok tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan terdapat dua besara tambahan, yaitu sudut datar dengan satuan radian (rad) dan sudut ruang dengan satuan steradian (sr).
TABEL 21 TUJUH BESARAN POKOK YANG LAZIM DIKENAL DI ILMU FISIKA.
Dalam konferensi IV pada tahun 1971 mengenai ukuran dan timbangan, telah ditetapkan tuju besaran pokok dan dua besaran tambahan. ketujuh besaran pokok tersebut dapat dilihat pada Tabel 2.1 dan terdapat dua besara tambahan, yaitu sudut datar dengan satuan radian (rad) dan sudut ruang dengan satuan steradian (sr).
TABEL 21 TUJUH BESARAN POKOK YANG LAZIM DIKENAL DI ILMU FISIKA.
Besaran Turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari beberapa satuan besaran pokok. Satuan besaran turunan bergantung pada satuan besaran pokok. Contoh besaran turunan adalah luas, volume,massa jenis,dan laju. Volume 0,001 m3
Massa jenis didefinisikan sebagai massa persatuan volume. Jika balok itu terbuat dari suatu bahan tertentu sehingga massanya 0,5 kg maka massa jenis bahan balok itu adalah (0,5 Kg)(0,001 m^3) = 500 kg/m^3. Laju sebuah kendaraan disepakati sebagai jarak yang ditempuh oleh kendaraan yang anda kendarai menunjukkan angka 60 km/jam terus-menerus selama 15 menit maka selama itu Anda menempuh jarak 15 kilometer. Angka 60 km/jam yang menunjukan laju kendaraan Anda didapatkan dari 15 km dibagi dengan 15 menit = 1/4 jam. Sementara itu, contoh beberapa besaran turunan dengan satuan sistem internasionalnya dapat diliha pada TABEL 2.2.
TABEL 2.2 Contoh Besaran Turunan
Massa jenis didefinisikan sebagai massa persatuan volume. Jika balok itu terbuat dari suatu bahan tertentu sehingga massanya 0,5 kg maka massa jenis bahan balok itu adalah (0,5 Kg)(0,001 m^3) = 500 kg/m^3. Laju sebuah kendaraan disepakati sebagai jarak yang ditempuh oleh kendaraan yang anda kendarai menunjukkan angka 60 km/jam terus-menerus selama 15 menit maka selama itu Anda menempuh jarak 15 kilometer. Angka 60 km/jam yang menunjukan laju kendaraan Anda didapatkan dari 15 km dibagi dengan 15 menit = 1/4 jam. Sementara itu, contoh beberapa besaran turunan dengan satuan sistem internasionalnya dapat diliha pada TABEL 2.2.
TABEL 2.2 Contoh Besaran Turunan
2.SISTEM INTERNASIONAl
Salah satu pekerjaan ilmuwan dalam proses ilmiah adalah mengkomunikasikan atau melaporkan hasil-hasil pengamatannya kepada masyarakat. khususnya masyarakat ilmiah. JIka seorang memberitahukan hasil hasil pengukurannya kepada masyarakat ilmiah maka ia harus memenuhi aturan atau format format tertentu yang telah disekepakati. sesuatu yang telah disepakati ini disebut Standar. anda akan bingung jika tiba tiba seorangasing (mungkin mahluk yang berasal dari luar tata surya kita) datang kepada anda dan mengatakan bahwa ia datang dari suatu tempat yang berjarak 50 kilometer dari tempat anda berada. mengapa? Anda tidak bingung karena telah paham berapa satu kilometer itu.
Besaran pokok maupun besaran turunan dapat diukur baik dengan menggunakan satuan yang telah baku maupun satuan yang belum baku. Penggunaan berbagai satuan tersebut tentu akan menimbulkan berbagai masalah. Untuk mengatasi hal ini. di Prancis pada tahun 1790 telah didefinisikan dan disepakati suatu standar sistem satuan yang berlaku secara menyeluruh di Eropa saat itu dengan mendefinisikan standar panjang dalam meter. sistem ini dikenal dengan sistem metrik dan merupakan sistem alternatif selain sistem inggris yang juga berlaku pada saat itu, terutama di inggris, meskipun sistem metrik ini sudah digunakan dalam jangka waktu yang lama secara internasional, istilah sistem internasional (SI) baru dipakai sejak tahun 1970. Sistem internasioanl ini diturunkan dari sistem metrik sehingga sistem ini lebih populer dengan nama sistem metrik. pembuatan sistem yang seragam secara internasional bertujuan agar memperoleh keseragaman dalam pengukuran sehingga dapat dipakai diseluruh dunia. Jadi, bukan berarti sistem internasional ini merupakan sistem yang terbaik.
Sistem internasional diturunkan atas dasar bilangan kelipatan 10 atau sistem desimal agar sesuai dengan dasar bilangan yang digunakan diseluruh dunia. sistem internasional ini juga mudah diterapkan karena sesuai dengan jumlah dari tangan manusia sehingga dalam pengajaran dapat digunakan alat-alat peraga yang sederhana terutama untuk menerangkan tangga atau jenjang konversi.
untuk menyatakan hasil pengukuran yang bernilai sangat besar maupun sangat kecil dalam sistem internasional, dapat dilakukan dengan menambahkan awalan pada sistem besaran pokok. beberapa awalan yang digunakan dalam sistem internasional dapat dilihat pada TABEL 2.3
TABEL 2.3
TABEL 2.3
A. Standar Panjang
Seperti telah dijelaskan sebelumnya, sistem metrik sudah dicetuskan sejak tahun 1790 oleh Lembaga Nasional Prancis. Dlama sistem ini, besaran panjang mempunyai satuan meter. yang pada awalnya didefinisikan sebagai seper sepuluh juta (10^-7) jarak di permukaan bumi Kutub Utara ke khatulistiwa melewati KOta Paris di Prancis. Satuan ini ditetapkan secara hukum pada tahun 1799. Kemudian, satu meter didefinisikan sebagai jarak antara dua buah goresan pada meter standar yang terbuat dari bahan campuran platina dan iridium pada suhu O C. Standar Lembaga Berat dan Pengukuran internasional di Kota Sevres, terletak di dekat Kota Prancis.
Standar meter ini tidak digunakan lagi sejak tahun 1960 dengan berbagai alasan, salah satunya adalah ketelitian dan penyempurnaan standar meter agar dapat digunakan untuk menunjang perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi saat itu. Disamping itu, para ahli juga menyadari bahwa penggunaan meter standar yang terbuat dari paduan platina-iridium ini kurang praktis dan mengalami pemuaian, walaupun sangat kecil sekali, sehingga mereka mengiginkan suatu meter standar yang dapat digunakan setiap saat dan selalu tetap sepanjang waktu.
Dalam konferensi yang membahas masalah berat dan ukuran tahun 1960, disepakati suatu pendefisinian baru mengenai suatu besaran panjang. pada pertemua tersebut ditetapkan bahwa 1 meter adalah panjang yang nilainya sama dengan 1.650.763,73 kali panjang gelombang sinar merah-jingga dalam ruang hampa yang dipancarkan oleh atom-atom gas kripton-86. Mengapa menghasilkan garis-garis interefensi yang tajam dan jelas. Namu, pada tahun 1983, definisi satu meter diubah lagi menjadi jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam selang waktu 1/299.792,548 sekon.
Dalam keseharian, pengukuran panjang, lebar, tinggi, dan kedalaman tidak dilakukan dengan cara membandingkan langsung benda yang akan diukur dengan standar meter, melainkan dengan menggunakan alat pembanding, yaitu alat ukur yang sudah ditera sedemikian rupa sehingga satu meter yang ditunjukan oleh alat ukur itu betul-betul satu meter sesuai standar. berdasarkan skala ini, panjang suatu benda yang sedang diukur dapat ditentukan dan terbaca. TABEL 2.4 merupakan beberapa objek yang mempunyai jarak. (panjang tertentu)
TABEL 2.4
CONTOH SOAL 2.1
1. Jarak stasiun Tugu Yogyakarta ke stasiun Pasar Senen Jakarta adalah 584 km. jika anda berpegian dari Yogyakarta ke jakarta menggunakan kereta api senja utama makan akan membutuhkan waktu 8 jam. Kecepatan rata-rata kereta api senja utama adalah 73 km/jam. berapakah kecepatan kereta api senja utama tersebut jika dinyatakan dalam mil perjam?
JAWAB
Diketahu bahwa 1 mil = 1,61 km atau 1 mil/ 1,61 km = 1
sehingga 73 km/jam x 1 mil/1,61 km = 45,3 mil/jam
sehingga 73 km/jam x 1 mil/1,61 km = 45,3 mil/jam
b. standar massa
Untuk mengukur massa suatu benda, dibutuhkan pula acuan yang jelas. untuk itu telah didefinisikan standar massa yang disebut kilogram(kg). satu kilogram adalah massa silinder campuran (alloy) platina-iridium yang mempunyai diameter dan tinggi yang sama, sebesar 39 mm yang disimpan di Lembaga Berat dan Pengukuran Internasional di Kota Sevres, Pracis. Standar massa kilogram in telah diciptakan sejak tahun 1901 dan tidak berubah sampai sekarang. Hal ini disebabkan baha pembuat standar massa merupakan paduan yang sangat stabil, yaitu campurang (alloy) platina-iridium. Dalam penerapannya, beberapa negara membuat tiruan atau duplikat standar massa tersebut. standar massa duplikat inilah yang digunakan standar massa di masing-masing negara.
c. Standar Waktu
Standar waktu yang masih digunakan sampai saat ini adalah SEKON (Detik). Seperti halnya standar panjang, standar waktu secara internasional juga mengalami perubahan. Pada awalnya satu jadi, satu detik adalah 1/86.400 hari matahari rata-rata. Kemudian Para ahli menyadari bahwa matahari rata-rata berubah tahun ke tahun sehingga tidak cocok lagi dijadikan sebagai standar. pada tahun 1967, dengan menggunakan jam atom, yaitu akat yang bekerja berdasarkan getaran suatu atom tertentu
, telah didefinisikan standar waktu yang baru.
Dengan menggunakan jam atom, satu sekon adalah waktu 9.192.631.770 kali periode gelombang elektromagnetik (radiasi) yang dipancarkan karena transisi antara dua aras hiperhalus pada keadaaan dasar atom cesium 133. Dalam kehidupan sehari hari jam, dan hari. Satuan ini merupakan kelipatan dari satuan yang lainnya, contohnya satu menit = 60 sekon, 1 jam = 60 menit.
d. Standar Kuat Arus
Berdasarkan kesepakatan internasional, sebagai standar kuat arus listrik ditetapkan ampere (A). Satu Ampere didefinisikan sebagai besar kuat arus yang jika dialirkan pada masing masing kawat dari dua kawat sejajar berdiameter amat sangat kecil yang panjangnya tak terhingga dan terpisah oleh jarak 1 meter dalam ruang hampa, akan menimbulkan gaya sebesar 2 x 10^-7 newton di antara kedua kawat itu untuk setiap meter panjang kawat.
e. Standar Suhu
Berdasarkan kesepakatan internasional pula, sebagai standar suhu ditetapkan Derajat Kelvin (K). Sebelum menggunakan derajat kelvin ini, sebagai standar suhu orang menggunakan derajat celcius yang menetapkan titi air beku 0"C dan titik didih air 100 "C pada tekanan 1 atmosfer. Derajat kelvin juga menggunakan acuan yang sama, yaitu titik beku air dan titik didih air. Pada skala kelvin, titik beku air pada tekanan atmoster ditetapkan 273,15 K dan titik didih air 373,15 K.
f. Standar Intensitas Cahaya
Standa intesintas cahaya yang digunakan oleh orang adalah lilin. Satuannya adalah kandela. Satuan tersebut ditentukan berdasarkan pada radiasi benda hitam sempurna saat mencapai titik lebur platina. Kemudian, secara internasional kembali diberikan definisi baru mengenai standar intesitas cahat. Satu kandela yang dpancarkan oleh suatu sumber pada frekuensi tertentu (540 terahertz atau 5,4 x 10^ Hertz) dengan intensitas radiasi sebesar 1,46 x 10^-3 W/sr dalam arah pancaran tersebut.
CONTOH SOAL 2.2
Unsur unsur alumunium,besi,dan belerang yang ditemukan di pulai batam,pulai sebuku, gunung patuha, tersusun atas atom atom sejenis. Massa atom suatu unsur X dapat dihubungkan dengan massa molar unsur itu. Massa molar unsur X (m,x) adalah massa total unsur X yang terdiri atas 6,022 x 10^23 partikel atom unsur X itu.
Bilangan N,a = 6,022 x 10^23 disebut bilangan avogadro.
jadi, massa atom unsur X = mx/Nx
Sebuah kubus alumunium yang memniliki massa jenis 2,7 g/cm^3 memiliki volume 0,20 cm^3. Berapa banyak atom yang dikandung oleh kubus alumunium itu? (Massa molar atom alumunium adalah 27 g).
JAWAB
Misalkan m massa kubus dan p massa jenisnya. Massa kubus itu dapat ditentukan dengan
m = p x volume kubus = 2,7 gram/cm^3 x 0,20 cm^3 = 0,54 gram
Massa molar alumunium adalah 27 gram. Artinya, dalam setiap 27 gram alumunium terdapat N,A = 6,022 x 10^23 butir atom alumunium. oleh karena itu dalam kubus alumunium yang massanya 0,54 gram terdapat0,54/24 x 6,022 x 20^33 = 1,2 x 10^22 butir atom alumunium.
g. Standar Jumlah Zat
Untuk standar jumlah zat, secara internasional ditetetapkan sebagai mol (mole). Satu mol suatu zat terdiri dari 6,022 x 10^23 buah partikel yang nilainya sama dengan bilangan Avogadro. standar untuk besaran-besaran pokok dapat diringkas seperti tabel dibawah ini
TABEL 2.6
d. Standar Kuat Arus
Berdasarkan kesepakatan internasional, sebagai standar kuat arus listrik ditetapkan ampere (A). Satu Ampere didefinisikan sebagai besar kuat arus yang jika dialirkan pada masing masing kawat dari dua kawat sejajar berdiameter amat sangat kecil yang panjangnya tak terhingga dan terpisah oleh jarak 1 meter dalam ruang hampa, akan menimbulkan gaya sebesar 2 x 10^-7 newton di antara kedua kawat itu untuk setiap meter panjang kawat.
e. Standar Suhu
Berdasarkan kesepakatan internasional pula, sebagai standar suhu ditetapkan Derajat Kelvin (K). Sebelum menggunakan derajat kelvin ini, sebagai standar suhu orang menggunakan derajat celcius yang menetapkan titi air beku 0"C dan titik didih air 100 "C pada tekanan 1 atmosfer. Derajat kelvin juga menggunakan acuan yang sama, yaitu titik beku air dan titik didih air. Pada skala kelvin, titik beku air pada tekanan atmoster ditetapkan 273,15 K dan titik didih air 373,15 K.
f. Standar Intensitas Cahaya
Standa intesintas cahaya yang digunakan oleh orang adalah lilin. Satuannya adalah kandela. Satuan tersebut ditentukan berdasarkan pada radiasi benda hitam sempurna saat mencapai titik lebur platina. Kemudian, secara internasional kembali diberikan definisi baru mengenai standar intesitas cahat. Satu kandela yang dpancarkan oleh suatu sumber pada frekuensi tertentu (540 terahertz atau 5,4 x 10^ Hertz) dengan intensitas radiasi sebesar 1,46 x 10^-3 W/sr dalam arah pancaran tersebut.
CONTOH SOAL 2.2
Unsur unsur alumunium,besi,dan belerang yang ditemukan di pulai batam,pulai sebuku, gunung patuha, tersusun atas atom atom sejenis. Massa atom suatu unsur X dapat dihubungkan dengan massa molar unsur itu. Massa molar unsur X (m,x) adalah massa total unsur X yang terdiri atas 6,022 x 10^23 partikel atom unsur X itu.
Bilangan N,a = 6,022 x 10^23 disebut bilangan avogadro.
jadi, massa atom unsur X = mx/Nx
Sebuah kubus alumunium yang memniliki massa jenis 2,7 g/cm^3 memiliki volume 0,20 cm^3. Berapa banyak atom yang dikandung oleh kubus alumunium itu? (Massa molar atom alumunium adalah 27 g).
JAWAB
Misalkan m massa kubus dan p massa jenisnya. Massa kubus itu dapat ditentukan dengan
m = p x volume kubus = 2,7 gram/cm^3 x 0,20 cm^3 = 0,54 gram
Massa molar alumunium adalah 27 gram. Artinya, dalam setiap 27 gram alumunium terdapat N,A = 6,022 x 10^23 butir atom alumunium. oleh karena itu dalam kubus alumunium yang massanya 0,54 gram terdapat0,54/24 x 6,022 x 20^33 = 1,2 x 10^22 butir atom alumunium.
g. Standar Jumlah Zat
Untuk standar jumlah zat, secara internasional ditetetapkan sebagai mol (mole). Satu mol suatu zat terdiri dari 6,022 x 10^23 buah partikel yang nilainya sama dengan bilangan Avogadro. standar untuk besaran-besaran pokok dapat diringkas seperti tabel dibawah ini
TABEL 2.6
Komentar
Posting Komentar