Pengertian Konsep Besaran, Satuan Dan Dimensi Dalam Pengukuran Fisika Beserta Contoh Soalnya | Materi Kelas 10

Dalam bab ini, kita akan mempelajari pengertian besaran, pengukuran dan dimensi, beserta contoh soalnya 

-

Daftar Isi Bab Ini

1. Pengertian Besaran
2. Pengertian Satuan
3. Pengertian Pengukuran
4. Alat Untuk Mengukur Panjang
1. Penggaris 
2. Jangka Sorong
3. Mikrometer Sekrup
4. Neraca Lengan
5. Termometer
6. Neraca Pegas 
7. Stopwatch
5. Kesalahan Dalam Pengukuran
1. Penulisan Hasil pengukuran
6. Angka Penting
1. Aturan Penjumlahan Dan Pengurangan 
2. Aturan perkalian Dan Pembagian
7. Pengertian Dimensi

Pengertian Konsep Besaran, Satuan Dan Dimensi Dalam Pengukuran

Dalam kehidupan sehari-hari, kita sering kali berhadapan dengan berbagai ukuran dan kuantitas yang perlu diukur, dihitung, atau dijelaskan. Dalam konteks ini, konsep besaran dan satuan memainkan peran krusial dalam memberikan kerangka kerja yang konsisten dan akurat untuk menggambarkan dunia fisik di sekitar kita. 

Sebagai dasar dari ilmu pengetahuan dan matematika, pemahaman tentang besaran dan satuan membantu manusia mengukur fenomena alam, mengkomunikasikan data, serta memahami sifat dan interaksi berbagai objek.

Tanpa adanya sistem besaran dan satuan yang terstandarisasi, komunikasi ilmiah dan teknis akan menjadi kacau. Misalnya, bayangkan jika tiap negara memiliki satuan yang berbeda untuk panjang, berat, atau waktu. 

Hal ini akan menyebabkan kebingungan, kesalahan perhitungan, dan kesulitan dalam berkolaborasi dalam proyek-proyek ilmiah dan teknologi. Oleh karena itu, sistem besaran dan satuan yang konsisten sangatlah penting untuk kemajuan dan efisiensi ilmu pengetahuan dan teknologi.

Dalam artikel ini, kita akan membahas secara lebih mendalam tentang pengertian besaran dan satuan, serta bagaimana kedua konsep ini saling terkait

Besaran

Besaran adalah sesuatu yang dapat diukur dan dapat dinyatakan dengan bilangan dan satuan.

Satuan adalah sesuatu yang menyatakan ukuran suatu besaran yang diikuti bilangan.

Besaran dalam fisika terbagi menjadi dua:

• Besaran pokok, yaitu besaran yang satuannya telah ditentukan secara internasional (SI) sebagai dasar besaran lain (turunan).

Tujuh besaran pokok:

Besaran	Satuan
Panjang	Meter | m
Massa	Kilogram | Kg
Waktu	Detik | s
Arus Litrik	Ampere | A
Suhu	Kelvin | k
Intensitas Cahaya	Candela | Cd
Jumlah Zat	Molaritas | mol

• Besaran turunan, yaitu besaran yang satuannya diturunkan dari besaran pokok.Beberapa besaran turunan, yaitu:

Besaran	Satuan
Luas	Meter Persegi | m2
Kecepatan	m/s
Gaya	Kg m/s2 | Newton
Usaha	Kg m2/s2 | Joule
Tekanan	Kg m/s2 | Pascal
Frekuensi	1/s | Hertz
Daya	Kg m2 / s3 | Watt

Besaran berdasarkan arahnya terdiri dari:

• Besaran skalar, besaran yang tak punya arah.Contoh: massa (m), panjang (L), waktu (t), kelajuan (v), massa jenis (ρ).
• Besaran vektor, besaran yang punya arah.Contoh: gaya (F ), percepatan (a), kecepatan (v), momentum (p).

Satuan

pengertian satuan atau satuan ukur adalah unit yang digunakan berperan sebagai nilai standar bagi pembanding alat ukur untuk memastikan ketepatan pengukuran tersebut. Satuan dibagi 2 yaitu:

• Satuan Baku: Adalah satuan yang apabila di gunakan oleh orang yang berbeda akan menghasilkan hasil yang sama. Contohnya: Meter, kilogram, km/jam dan dll
• Satuan Tidak Baku: Adalah satuan yang apabila di gunakan oleh orang yang berbeda akan menghasilkan hasil yang berbeda. Contohnya: Mengukur panjang penggaris dengan menggunakan jengkal.

Feet adalah kesepakatan panjang kaki Raja Louis XIV, sedangkan Yard adalah jarak antara hidung dan ujung lengannya yang di rentangkan oleh Raja Henry I pada tahun 1120 masehi

Jadi satuan baku merupakan satuan yang telah ditetapkan bersama sebagai satuan dalah pengukuran suatu besaran.

• Satuan International (SI): Adalah satuan yang diakui penggunaannya secara internasional serta memiliki standar yang sudah baku. 

Satuan SI merupakan hasil kesepakatan Conference General De Poids Er Measures di Paris pada tahun 1960.

Syarat syarat satuan international dalam membuat sebuah besaran:

• Satuan harus bersifat internasional atau universal, artinya berlaku disetiap tempat dan di berbagai negara.  

• Satuan harus bernilai tetap, artinya tidak akan berubah karena pengaruh atau situasi apapun
• Satuan harus mudah ditiru.

Satuan International diadopsi dari sistem matrik

Besaran	Lambang	Satuan
Panjang	m	Meter
Massa	Kg	Kilogram
Waktu	s	Detik
Arus Listrik	A	Ampere
Temperatur	k	Kelvin
Intensitas Cahaya	cd	Candela
Jumlah Zat	mol	Mol
Muatan Listrik	C	Coulomb
Gaya	N	Newton
Tekanan	Pa	Pascal
Energi	J	Joule
Daya	W	Watt

• Satuan Metrik: Adalah satuan yang sudah di gunakan ilmuwan perancis sejak tahun 1795 

Besaran	CGS	MKS
Panjang	Centimeter | cm	Meter | m
Massa	Gram | g	Kilogram | kg
Waktu	Second | s	Second | s
Volume	cm3	m3
Kecepatan	cm/s	m/s
Massa Jenis	g/cm3	kg/m3
Gaya	Dyne	Newton | N
Usaha	dyne cm	N m | Joule
Daya	erg/s	joule / s

Pengukuran

Pengukuran adalah membandingkan nilai suatu besaran yang dikur menggunakan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan. Pengukuran dibagi dua yaitu:

Pengukuran tunggal:  Bisanya dilakukan karena peristiwa yang diukur tidak dapat diulang

• Pengukuran yang dilakukan satu kali saja.
• Dapat digunakan untuk mengukur panjang suatu benda yang panjangnya hampir tidak berubah.
• Tidak dapat digunakan untuk mengukur panjang benda dengan sisi-sisi berbeda. 

Pengukuran Berulang: Hasil yang dituliskan adalah rata rata dari hasil pengukuaran yang dilakukan berulang.   

Akurat: Kemampuan alat ukur untuk memeberikan nilai pendekataan terhadap nilai sebenarnya dari objek yang diukur, hasil mendekati nilai sebenarnya.

Presisi: Kedekatan nilai nilai pengukuran individual yang didistribusikan sekitar nilai rata ratanya atau penyebaran nilai pengukuran individual dari nilai rata rata, hasil tidak banyak berubah.

Beberapa perbandingan internasional pada besaran pokok per satuannya:

• Panjang : Satu meter didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam vakum, dalam selang waktu 1/299.792.458 s.
• Massa : Satu kilogram didefinisikan sebagai massa 1 liter air murni bersuhu 4°C.
• Waktu : Satu detik didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan atom cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.
• Kuat arus listrik : Satu Ampere didefinisikan sebagai kuat arus yang dialirkan melalui dua buah kawat yang sejajar dan diletakkan pada jarak pisah 1 m dalam vakum, menghasilkan gaya 2 x 10-7 N tiap meter kawat.
• Suhu : Satu Kelvin didefinisikan sebagai 1/273.16 kali suhu termodinamika titik tripel air.
• Intensitas cahaya : Satu candela didefinisikan sebagai intensitas cahaya suatu sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik pada frekuensi 540 x 1012 Hz dengan intensitas radiasi sebesar 1/683 W/Sr.
• Jumlah zat : Satu mol didefinisikan sebagai jumlah zat yang mengandung zat elementer sebanyak atom yang terdapat pada 0.012 kg karbon-12.Walaupun telah memiliki definisi, pengukuran masih memiliki kesalahan atau ketidakpastian dalam pengukurannya.

Kesalahan pengukuran sistematis diakibatkan:

1. Keterbatasan ketelitian alat ukur.
2. Kesalahan pengaturan/kalibrasi alat ukur.
3. Kesalahan sudut pandang (paralaks) saat membaca alat ukur.
4. Kesalahan akibat penyederhanaan nilai/sistem.
5. Pengukuran tunggal sehingga tidak akurat.

Oleh karena itu, kesalahan relatif atau batas suatu toleransi pengukuran harus selalu dicantumkan dalam hasil pengukuran

Alat Untuk Pengukur Panjang

Dalam pengukuran panjang, dapat digunakan:

Alat ukur dengan NST sangat kecil merupakan alat yang sangat presisi dan sensitif.

Kalibrasi: Adalah proses pengecekan dan pengaturan akurasi dari alat ukur dengan cara membandingkan dengan standar atau tolak ukur.

Kalibrasi diperlukan untuk memastikan bahwa hasil pengukuran yang dilakukan konsisten dengan instrumen lainnya.

Penggaris/mistar

Penggaris adalah alat ukur panjang dengan ketelitian 1 mm atau 0,1 cm. Penggaris memiliki dua buah skala yaitu: cm dan inci. Berikut Ini adalah cara menngunakan penggaris:

1. Tempatkanlah salah satu ujung benda yang akan diukur digaris nol.
2. Baca garis yang berimpitan dengan ujung benda lainnya.
3. skala tersebut menunjukkan panjang benda yang diukur.

Pengukuran :

X = X2 – X1 atau l = X ± ΔX

Jangka sorong

Source: meisetio.com

Jangka sorong adalah alat ukur panjang dengan ketelitian 0,1 mm atau 0,01 cm. Jika anda ingin mengukur diameter dalam benda dapat menggunakan rahang luar jangka sorong. Dan jika ingin mengukur diameter luar, dapat menggunakan rahang dalam benda.

Bagian bagian jangka sorong:

1. Rahang Dalam: Untuk mengukur diameter luar maupun sisi bagian luar dari sebuah benda.
2. Rahang Luar: Untuk mengukur diameter dalam maupun sisi bagian dalam dari sebuah benda.
3. Tangkai Kedelaman (Depth Probe): Untuk mengukur kedalaman benda.
4. Rahang tetap: Adalah bagian yang tetap.
5. Rahang Geser: Adalah bagian yang dapat digeser.

Berikut adalah bagaimana cara mengukur menggunakan jangka sorong:

1. Perhatikan angka nol pada skala nonius
2. Skala utama adalah angka tetap sebelum skala nonius.
3. Perhatiakan garis pada skala nonius yang berimpit dan jadikan perseratus.

Pengukuran :

X = Xutama + Xnonius atau I = X ± ΔX

x utama = 3,1 cm dan x nonius = 0,07 cm

x = 3,17 cm dan l = 3,17 ± 0,005 cm

Skala Utama: Adalah skala yang terdapat dirahang utama

Skala Nonius: dalah skala yang terletak pada rahang geser (skala per-seratus)

Mikro meter sekrup

Mikrometer sekrup adalah alat ukur panjang dengan ketelitian 0,01 mm/0,001 cm

Berikut adalah bagaimana cara menggunakan mikrometer sekrup:

1. Pastikan bagian pengunci dalam keadaan terbuka.
2. Lakukan kalibrasi dengan mengecek ketika poros tetap dan poros geser bertemu, skala nonius sudah lurus dengan skala utama dan menunjukkan angka nol.
3. Buka rahang dengan menggerakkan pemutar kearah kiri sampai benda dapat masuk kedalam rahang.
4. Letakkan benda diantara poros tetap dan poros geser.
5. Tutup kembali rahang hingga menjepit benda.

Source: thecityfoundry.com

Berikut adalah bagian bagian dari mikrometer sekrup:

1. Pengunci: Untuk mengunci poros gerak agar tidak bergerak
2. Roda Bergigi (Rachet Knob): Untuk memutar poroh gerak pada saat ujung poros telah dekat dengan benda yang akan diukur.
3. Frame: Bagian yang berbentuk seperti huruf "U"
4. Poros Tetap: Berfungsi untuk menahan benda.
5. Poros Geser: Adalah poros yang bergerak maju mundur, menjauh dan menuju pros tetap.
6. Skala Utama: Memiliki satuan 1mm.
7. Skala Nonius: Memiliki satuan 0,01 mm.

Panjang pada skala utama (xutama) adalah skala terpanjang yang masih dapat terbaca.

Panjang pada skala nonius (xnonius) adalah skala yang berimpit dengan skala utama.

X = Xutama + Xnonius dan I = X ± ΔX

Neraca Ohauss

Neraca Ohauss adalah alat ukur massa dengan ketelitian 0,01 g.Neraca lengan terdiri dari tempat beban, skala beban, beban geser, sistem pengatur khusus dan penunjuk. 

Berikut adalah bagian bagian dari neraca ohauss:

1. Lengan Neraca: Merupakan plat logam yang terdiri dari skala dengan ukuran tertentu.
2. Tombol Kalibrasi: Adalah sebuah sekrup atau knop yang digunakan untuk menge-nolkan atau mengkalibrasi secara seketika neraca yang akan digunakan.
3. Tempat Beban: Adalah sebuah piringan logam yang digunakan untuk meletakkan benda yang akan diukur massanya.
4. Garis kesetimbangan: Menetukan titik kesetimbangan pada proses penimbangan atau pengukuran massa benda.
5. Pemberat: Merupakan sebuah logam yang menggantung pada lengan yang berfungsi sebagai penunjuk hasil pengukuran.

Cara pengukuran massa menggunakan neraca lengan:

1. Atur beban geser pada posisi nol dan sistem pengatur khusus, sehingga neraca lengan berada dalam keadaan seimbang. 
2. Letakkan benda yang akan diukur pada tempat beban.
3. Atur beban geser yang ada sehingga neraca seimbang.
4. Jumlahkan seluruh bacaan skala masing masing lengan skala yang merupakan massa benda yang diukur.

Neraca pegas

Source: sentrakalibrasiindustri.com

Neraca pegas adalah alat ukur massa dengan ketelitian 0,5 g.Neraca pegas terdiri dari pegas dan selongsong besi yang ujungnya terdapat pengait. Neraca pegas juga disebut dengan dinamometer.

Cara pengukuran massa dengan neraca pegas adalah sebagai berikut:

1. Dengan menggantung benda yang akan diukur pada pengait neraca. 
2. Bacaan skala yang ditunjuk oleh penunjuk neracasama dangan massa benda yang diukur.

Stopwatch

Stopwatch analog adalah alat ukur waktu yang memiliki ketelitian 1 s, adapun stopwatch digital dapat memiliki ketelitian yang lebih presisi.Stopwatch analog terdiri dari tombol dan jarum penunjuk.

1. Tombol stopwatch terdiri dari tombol mulai, berhenti dan reset. Tombol reset berfungsi untuk mengembalikan jarum penunjuk ke posisi nol.
2. Jarum jam terdiri dari jarum besar dan jarum kecil. Jarum besar adalah jarum yang menunjukkan menit, sedangkan jarum kecil adalah jarum yang menunjukkan detik.

Cara pengukuran waktu menggunakan stopwatch:

1. Tekan tombol reset lalu lepaskan sehingga jarum penunjuk kembali ke posisi nol.
2. Tekan tombol mulai lalu lepaskan ketika hendak memulai pengukuran.
3. Tekan tombol berhenti lalu lepaskan ketika pengukuran tepat selesai.
4. Hasil akhir adalah penjumlahan bacaan jarum besar (menit) dengan bacaan jarum kecil 
5. (detik).

Termometer adalah alat untuk pengukur suhu ada bebagai termometer sebenarnya.

Kesalahan Dalam Pengukuran

Ketidakpastian dalam pengukuran disebabkan oleh kesalahan dalam pengukuran. Kesalahan dalam pengukuran dibagi menjadi 3, yaitu sebagai berikut:

• Kesalahan Umum (Keteledoran): Umumnya disebabkan keterbatasan pengamat.
• Kurangnya keterampilan dalam menggunakan alat.
• Kekeliruan dalam melakukan pembacaan skala yang tertera. 

Kesalahan (Error): Adalah penyimpangan nilai yang diukur dari nilai yang benar

• Kesalahan Acak: Kesalahan acak disebabkan oleh adanya fluktuasi fluktuasi yang halus pada kondisi pengukuran, kesalahan ini tidak bisa dihilangkan tapi diminimalisir. Contohnya pada: 
• Kebisingan 
• Gerak brown pada molekul udara 
• Fluktuasi tegangan listrik PLN/Baterai 
• Landasan yang bergerak
• Kesalahan Sistematis: Menyebabkan kumpulan acak bawaan hasil ukur konsisten dinilai rata rata yang cukup berbeda dengan nilai sebenarnya, kesalahan bisa diprediksi dan dihilangkan.
• Kesalahan Kalibrasi: Penyusuaian pembubuhan nilai pada garis skala pada saat pembuatannya.
• Kesalahan Paralaks: Kesalahan akibat posisi mata yang tidak tepat vertikal diatas tanda skala yang akan dibaca. Sekumpulan bacaan memiliki kesahalan acak besar, yaitu bacaan ini dipencar jauh dari nilai rata rata, maka pengukuran adalah tidak presisi (tidak tepat)
• Kesalahan Komponen Lain: Seperti melemahnya pegas yang digerakkan atau terjadi gesekan antara jarum dengan bidang skala.
• Kesalahan Titik Nol: Seperti titik nol skala tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk atau kegagalan mengembalikan jarum penunjuk ke-nol sebelum melakukan pengukuran. 
• Kesalahan Acak: Sekumpulan bacaan memiliki kesalahan acak kecil yaitu bacaan bacaan ini dipecat dekat dengan nilai rata rata, maka pengukuran adalah presisi (tepat)

Penulisan Hasil Pengukuran 

Membuat suatu taksiran merupakan suatu tindakan yang sangat subjektif makanya di dalam pengukuran akan timbul yang namanya ketidakpastian. 

Nilai Skala Terkecil (NST): Menyatakan kemapuan alat ukur atau keterbatasan alat ukur, nilai yang lebih kecil dari NST ini tidak dapat dibaca lagi dengan pasti.

Angka Penting

Adalah angka yang diperoleh dari hasil suatu pengukuran yang terdiri dari angka eksak dan suatu angka terakhir yang merupakan angka taksiran. Angka penting juga menunjukan seberapa teliti pengukuran sehingga kita yakin berpa banyak angka yang harus ditulis.

Angka Taksiran: Angka yang ditaksir atau diragukan karena tidak dibaca skala.

Angka Eksak: Angka yang terbaca skala.

 Aturan angka penting sebagai berikut:

1. Semua angka bukan nol adalah angka penting
2. angka nol yang terletak diantara angkan bukan bukan nol adalah angka penting. Contoh: 503 | 3 angka penting
3. Angka nol disebelah kanan angka bukan nol adalah angka penting, kecuali ada penjelasan lain (pemberian garis bawah pada salah satu angka yang menyatakan angka penting hanya sampai angka tersebut)
4. Angka nol dibelakang koma yang terletak disebelah kanan angka bukan nol adalah angka penting. Contoh: 0.50 | 2 angka penting
5. Angka nol yang terletak disebelah kiri angka bukan nol adalah bukan angka penting. Contoh: 0.006 | 1 angka penting.

Aturan angka penting bisa ditulis: 

1. Angka Decimal: Angka penting terhitung dari angka pertama yang bukan nol sampai angka terakhir.
2. Angka Bukan Decimal: Angka penting yang hanya perlu dilihat dari angka hasil pengukuran.

• Jika angka terakhir bukan nol, maka semuanya angka penting.
• Jika angka terakhir nol dan ada garis bawah penjelas, maka angka pentingnya sampai angka dengan garis penjelas tersebut.
• Jika angka terakhir nol dan tidak ada garis bawah penjelas maka angka penting tidak dapat ditentukan.

Aturan Penjumlahan Dan Pengurangan Angka Penting 

1. Angka yang akan ditambahkan atau dikurangkan harus memiliki satuan yang sama.
2. Penjumlahan dan pengurangan yang memiliki angka decimal, banyak angka penting pada hasil akhirnya ditentukan dari jumlah angka dibelakang koma yang paling sedikit.
3. Hasil akhir penjumlahan dan pengurangan angka penting hanya boleh mengandung satu angka taksiran

Aturan Perkalian dan Pembagian Angka Penting

1. Hasil perkalian atau pembagian angka penting harus mengikuti bilangan yang mempunyai angka penting paling sedikit.
2. Hasil perkalian atau pembagian bilangan penting dengan bilangan eksak hanya boleh memiliki angka penting sebanyak angka penting pada bilangan pentingnya

Pengertian Dimensi 

Dimensi suatu besaran menunjukkan cara besaran tersebut tersusun dari besaran-besaran pokoknya. Pada sistem Satuan Internasional (SI), ada tujuh besaran pokok yang berdimensi.

Penulisan Dimensi:

1. Dimensi besaran pokok dinyatakan dengan lambang huruf tertentu (ditulis huruf besar)
2. Diberi kurung persegi (Tapi ada juga yang menghikangkan tanda kurung persegi)

Manfaat Analisi Dimensi:

1. Dapat digunakan untuk membuktikan dua besaran fisika secara setara atau tidak, dua besaran fisika hanya setara jika keduanya memiliki dimensi yang sama.
2. Dapat digunakan untuk memenetukan persamaan yang pasti salah atau mungkin benar (Karena ada konstanta pada rumus yang tidak memiliki dimensi)
3. Dapat digunakan untuk menurunkan persamaan suatu besaran fisika jika kesebandingan besaran fisika tersebut terhadap besaran besaran fisika lainnya yang diketahui.

Dimensi Besaran Pokok

No	Besaran	Dimensi
1.	Panjang	[L]
2.	Massa	[M]
3.	Suhu	[0]
4.	Arus Listrik	[I]
5.	Waktu	[T]
6.	Intensitas Cahaya	[J]
7.	Jumlah Zat	[N]

Dimensi Besaran Turunan

Besaran	Satuan	Dimensi
Luas	m2	[L]2
Massa Jenis	Kg m-3	[M] [L]-3
Volume	m3	[L]3
Kecepatan	m s-1	[L] [T]-1
Percepatan	m s-2	[L] [T]-2
Gaya	Kg m s-2	[M] [L] [T]-2
Usaha	Kg m2 s2	[M] [L]2 [T]-2
Tekanan	Kg m-1 s-2	[M] [L]-1 [T]-2
Daya	Kg m2 s-3	[M] [L]2 [T]-3
Momentum	Kg m s-1	[M] [L] [T]-1
Momen Inersia	kg m2	[M] [L]2

Penutup

Dalam kesimpulan, pemahaman tentang besaran, satuan, dan dimensi memiliki peran krusial dalam berbagai aspek kehidupan kita. Dengan memahami konsep-konsep ini, kita dapat mengukur dan menyampaikan informasi secara akurat dan konsisten dalam berbagai disiplin ilmu. Baik itu dalam fisika, kimia, matematika, atau bidang ilmu lainnya, penggunaan yang tepat dari besaran dan satuan akan memastikan bahwa data yang dihasilkan dapat dipahami dan digunakan.

Nantikan artikel artikel menarik kami ya. Terimakasih ya sudah membaca artikel ini, sampai jumpa dilain artikel. Happy nice day.