Senin, 28 Mei 2012

METODE EKSPERIMEN FISIKA


BAB I
PENGERTIAN EKSPERIMEN FISIKA

Sebelum mebahas tentang kegiatan dalam eksperimen fisika perlu kita ketahui pengertian dari fisika. Ilmu fisika berbeda dengan ilmu yang biologi dan kimia walaupun sama dalam rumpun Ilmu pengetahuan Alam. Fisika merupakan ilmu yang mempelajari alam. Gejala-gejala  alam dari tingkat mikro (atom) sampai makro (alam semesta, baik pada benda mati maupun hidup.
Fenomena alam yang diamati adalah variabel fisis yang muncul dari gejala alam. Variabel fisis merupakan variabel yang terukur secara kuatitatif (dinyatakan dalam angka) bukan secara kualitatif. Contoh variabel fisis dinyatakan secara kuantitatif adalah jarak kota A dan B = 100 km bukan dinyatakan jauh atau dekat.
Aktivitas dalam ilmu fisika diklasifikasikan dalam tiga hal. Pertama Fisika teori, yaitu aktiftas dalam fisika yang menjelaskan fenomena alam dengan menyelesaikan persamaan matematis, kedua fisika eksperimen, yaitu mengerjakan lansung atau mengukur keadaan sebenarnya dari persoalan gejala alam untuk menjelaskan gejala alam, ketiga fisika komputasi yaitu, kegiatan dalam fisika yang mencoba menyelesaikan persoalan fisika menggunakan komputasi.
Eksperimen yang dilakukan dengan betul dan dilakukan berulang kali diperoleh hasil yang betul dapat digunakan untuk menguji kebenaran suatu teori. Beberapa teori tentang gejala alam meyatakan sama  dapat ditumbangkan oleh  satu eksperimen apabila hasil eksperimen tidak sama dengan teori. Hasil eksperimenlah yang dianggap betul karena teori merumuskan  fenomena alam sesungguhnya, sedangkan hasil eskperimen yang menunjukan fenomena alam sesungguhnya atau mengukur keadaan alam sesungguhnya .
Metode eksperimen fisika adalah suatu cara yang sistematis atau urut runtut atau terstruktur dan terukur dari perlakuan sistem fisis untuk tujuan tertentu. Di dalam metode eksperimen fisika terkandung prosedur melakukan percobaan, variabel yang diamati, variabel kontrol,  variabel terikat, pengambilan sampling dan teknik melakukan percobaan. Metode yang tepat akan menghasilkan hasil ukur yang baik.
Eksperimen adalah suatu langkah atau kegiatan yang teratur dan terukur dalam memberikan perlakuan terhadap sistem fisis untuk membuat kesimpulan. Ada 2 jenis eksperimen yaitu eksperimen murni dan eksperimen terapan. Eksperimen murni adalah eksperimen yang dilakukan untuk mendapatkan penjelasan fenomena alam secara mendasar yaitu tentang apa, mengapa dan bagaimana tentang fenomena alam, sedangkan eksperimen terapan adalah eksperimen yang dilakuan menerapkan fenomena alam yang mendasar agar dapat digunakan untuk kehidupan manusia.
                                                                                       


BAB II
PENGUKURAN BESARAN FISIS

A. Besaran dan satuan
Dalam mempelajari fisika tidak lepas dengan besaran besaran-besaran fisis yang digunakan untuk menyatakan hukum-hukum fisika. Besaran fisis kadang ada kesamaan kata dngan yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya gaya, kata gaya dalam besaran fisis akan berbeda makna dengan kata gaya yang terkandung dalam kalimat berikut: gaya hidup anak muda lebih mungutamakan pada estetika.
Yang diutamakan dalam pengertian dari suatu besaran adalah bagaimana mendefinisikan secara praktis dan dapat diterima secara internasional. Definisi kata khusus untuk fisika dapat dilihat pada kamus fisika.
Besaran fisis dapat dinyatakan secara kuantitatif atau sesuatu yang terukur secara kuantitatif (dinyatakan dengan angka). Satuan digunakan untuk menyatakan ukuran dari besaran.
Besaran fisis yang ada dapat di bedakan menjadi 2 yaitu besar dasar (pokok) dan besaran turunan.  Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu, sedangkan besaran turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari besaran pokok. Pemilihan besaran pokok dilakuakan oleh Lembaga Berat dan ukuran Internasional yang terletak di  dekat Paris dan didirikan pada tahun 1875.
Pada konferensi umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 (1971) menetapkan tujuh besaran sebagai besaran dasar. Ketujuh besaran ini merupakan dasar bagi sistem Satuan Internasional yang sering disingkat SI. Sebelum ditetapkannya sistem SI, masing-masing negara memilik sistem satuan sendiri-sendiri. Akibatnya terjadi kesulitan dalam mengkonversi sistem satuan tersebut. Kesulitan konversi antar satuan ini yang digunakan sebagai alasan ditetapakan sistem SI yang berlaku secara Internasional.
Tabel 1
Besaran
Satuan
Simbol
Panjang
Massa
Waktu
Arus listrik
Temperatur termodinamika
Jumlah Zat
Intensitas cahaya
meter
kilogram
sekon
amper
kelvin
mole
candela
m
kg
s
A
K
mol
cd
Hasil ukur dari besaran fisis kadang kala menunjukan angka yang besar atau kecil (jumlah angkanya banyak), untuk itu perlu penyerderhanaan. Pada konferensi umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 juga menetakan awalan dalam satuan yang ditujukan pada tabel 2
Tabel 2
Faktor
Awalan
Simbol
Faktor
Awalan
Simbol
1018
1015
1012
109
106
103
102
101
eksa (exa)
peta
tera
giga
mega
kilo
hekto (hecto)
deka (deca)
E
P
T
G
M
k
h
da
10-1
10-2
10-3
10-6
10-9
10-12
10-15
10-18
desi (deci)
senti (centi)
mili (milli)
mikro (micro)
nano
piko (pico)
femto
atto
d
c
m
μ
n
p
f
a

Ada sistem satuan lain yang sering digunakam selain SI. Pertama yaitu sistem Gaussian. Kedua sitem British. Kedua sistem ini sampe sekarang masih digunakan. Ketika kita membaca literatur, kita perlu terlebih dahulu mencermati  sistem satuan yang digunakan dalam literatur agar tidak mengalami kebingungan.

B. Standar Alat Ukur
Pengukuran merupakan bagian dari  aktivitas dalam eksperimen. Seseorang melakukan pengukuran dalam eksperimen untuk memperoleh nilai atau besar dari variabel fisis yang diukur. Pengukuran  variabel fisis dibutuhkan suatu alat ukur yang digunakan sebagai standar alat ukur. Variabel fisis yang terukur bersifat kualitatif yaitu harus dinyatakan dalam angka.
Pengukuran didefinisikan sebagai aktifitas membandingkan besaran fisis yang diukur dengan standar alat ukur. Masing-masing besaran fisis dapat dibandingkan dengan standar alat ukur yang sesuai. Standar alat ukur yang dipakai sebagai pembanding besaran fisis ada dua macam yaitu standar alat ukur mutlak dan standar alat ukur relatif.
1.      Standar Alat Ukur Mutlak
Standar alat ukur mutlak adalah standar alat ukur yang disepakati oleh banyak orang dan berlaku secara universal. Standar alat ukur yang berlaku secara universal artinya standar alat ukur ini digunakan diseluruh dunia adalah sama. Standar alat ukur mutlak yang digunakan dalam pengukuran  ada dua macam yaitu standar alat ukur mutlak primer dan standar alat ukur mutlak sekunder.
a.       Standar alat ukur mutlak primer
Standar alat ukur mutlak primer adalah standar alat ukur yang telah ditetapkan terlebih dahulu dan berlaku secara universal. Berikut ini contoh standar alat ukur mutlak primer:
a.1.   Panjang
Standar panjang internasional pertama adalah sebuah batang terbuat dari suasa platinum - iridium yang disebut sebagai meter-standar. Alat ukur standar ini disimpan  di the International Bureau of Weights and Measure. Panjang satu meter didefinisikan sebagai jarak antara dua garis halus yang diguratkan pada keping emas dekat ujung-ujung batang pada suhu 00C dan ditopang secara mekanik dengan cara tertentu. Panjang satu meter ditentukan dari seper sepuluh juta kali jarak dari kutub utara ke katulistiwa sepanjang garis bujur (meridian) yang melalui Paris. Ternyata batang standar meter yang dibuat setelah  dilakukan pengukuran dengan teliti ada perbedaan sekitar 0,023% dari nilai yang dimaksud. Kelemahan batang meter sebagai standar  primer untuk panjang adalah: batang tersebut mudah rusak missal akibat kebakaran atau perang.
Dalam perkembangan standar alat ukur  panjang ditetapkan suatu standar atomik untuk panjang. Standar atomik ini ditetetapkan pa pertemuan 11 Konfernsi Umum mengenai berat dan ukuran. Standar atomik untuk panjang digunakan Krypton Kr86 dalam lucutan listrik. Satu meter standar atomik untuk panjang adalah 1650763,73 kali panjang gelombang cahaya isotop Kr86. Keuntungan standar atomik untuk panjang memungkinkan perbandingan panjang sepuluh kali lebih baik daripada dengan batang meter, atom Kr86 tersedia dimana yang semuanya identik dan memancarkan cahaya dengan panjang gelombang sama.
a.2.   Massa
Sandar SI  yang digunakan untuk masa sebesar satu kilogram adalah  sebuah silinder platinum-iridium yang disimpan di Lembaga Berat dan Ukuran Internasional. Standar massa secara atomik pun dibuat. Standar atomik ini dijadikan standar yang ke dua ( bukan standar SI). Sebagai standar atomik yaitu massa dari atom C12  yang berdasar perjanjian internasional didefinisikan sebesar 12 satuan massa atom  terpadu (unified atomic  massa units, yang disingkat  u). Besar 1 u = 1,660X 10-27 Kg
a.3.   Waktu
Standar waktu yang dipakai didefinisikan satu detik (matahari rata-rata) adalah 1/86.400 hari (matahari rata-rata). Jam kwarsa yang didasarkan atas getaran berkala terus menerus dari kristal kwarsa dapat dipakai sebagai standar waktu sekunder yang baik, yang diantaranya dapat mencatat waktu selama setengah tahun dengan penyimpangan maksimum sebesar 0,02 detik. Pengunaan waktu standar adalah untuk mengukur frekuensi. Perbandinan jam kwarsa dapat dibuat secara elektronik dengan ketelitian sekurang-kurangnya 1 bagian dalam 1010. Ketelitian ini kira-kira 100 kali lebih baik daripada ketelitian yang dapat dicapai pada peneraan jam kwarsa oleh pengamatan astronomis.
Pengembangan jam atomik dilakukan untuk memperoleh standar waktu yang lebih baik. Jam atomik didasarkan atas frekuensi karakteristik dari isotop Cs133 telah digunakan  di Laboratorium Fisis Nasional (Inggris) sejak tahun 1955. sejak tahun 1967, detik yang didasarkan atas jam cesium sebaga standar inernasional oleh konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ketiga belas. 1 detik didefinisikan 9192631770 kali periode transisi Cs133. Ketelitian yang diperoleh adalah 1 bagian dalam 1012. Ketelitian jam atomik lebih baik sekitar 103 kali daripada ketelitian dengan metoda astronomis.
b.   Standar alat ukur mutlak sekunder
Standar alat ukur mutak sekunder dibuat dengan cara mengkalibrasi dengan  standar alat ukur primer. Cantoh standar alat ukur skunder adalah penggaris, timbangan, termometer yang dikalibrasi dari standar alat ukur mutlak (alat-alat ukur ini digunakan dikehidupan kita).
Semua standar alat ukur yang dikalibrasi dari standar alat ukur primer dan alat ukur yang sudah ada disebut standar alat ukur skunder. Semakin banyak tingkatan  turunan standar alat ukur memungkinkan kesalahan kalibrasi skala ukur yang lebih besar. Dengan kata lain standar alat ukur skunder yang langsung dikalibrasi dengan standar alat ukur primer lebih teliti dibanding dengan standar alat ukur yang dikalibrasi dengan standar alat ukur skunder.
2.      Standar Alat Ukur Relatif
Satandar alat ukur relatif adalah standar alat ukur  yang dibuat oleh perorangan dan berlaku secara perorangan. Contoh standar alat ukur relatif diantaranya adalah jengkal, langkah, potongan lidi. Satandar alat ukur relatif biasanya yang dibuat alatnya sederhana misal alat untuk mengukur besaran panjang.

C. Pengukuran
Pada saat melakukan eksperimen salah satu aktifitas yang dikerjakan adalah pengukuran. Besaran-besar fisis yang terlibat dalam eksperimen diukur untuk mengetahui pengaruh yang dihasilkan  terhadap perlakuan besaran fisis. Mengukur adalah aktifitas membandingkan besaran fisis dengan standar alat ukur yang sesuai. Pengukuran suatu variabel fisis suatu saat dapat dilakukan dengan beberapa alat ukur dan beberapa cara pengukuran. Sebagai contoh: pertama, besaran panjang dapat diukur dengan mistar, mikrometer skrup, dan jangka sorong (vernier caliper). Kedua, besaran volume dapat diukur dengan cara langsung dimasukan dalam cairan di gelas ukur atau dengan cara diukur tidak langsung dengan mengukur besaran panjang, lebar, dan tinggi.
Pengukuran yang dilakukan memiliki sifat real time dan non distruktif. Pengukuran bersifat real time adalah pengukuran yang menunjukan hasil ukur pada saat diukur. Contoh pengukuran real time adalah pengukuran panjang batang kayu pada suhu yang konstan. Pengukuran suhu suatu benda sebagai contoh pengukuran yang tidak real time karena hasil yang terlihat pada termometer bukan suhu benda saat dibaca pada alat ukur. Pengukuran bersifat non distruktif adalah pengukuran yang tidak mengangu sistem. Pengukuran massa suatu benda sebagai salah satu contoh pengukuran bersifat non distruktif  sedangkan pengukuran panjang busa menggunakan mikrometer skrup salah satu contoh pengukuran yang bersifat destruktif.
Pada saat pengukuran perlu dicermati skala alat ukur. Alat ukur yang sama bisa jadi memiliki skala yang berbeda, bahkan dalam satu alat ukur dapat memiliki skala ukur yang berbeda. Sebangai cantoh: jangka sorong ada yang memiliki skala terkecil 0,1 mm dan 0,05 mm. Pengaris, multimeter, volt meter, ampermeter sebagai contoh satu alat ukur memiliki skala terkecil berbeda.
Skala alat ukur menunjukan ketelitian dari alat ukur untuk mengukur. Semakin kecil skala alat ukur semakin teliti alat ukur tersebut. Begitu pula sebaliknya semakin besar skala alat ukur semakin tidak teliti alat ukur tersebut. Satu alat ukur yang memiliki skala terkecil berbeda berarti memiliki ketelitian yang berbeda pula pada masing-masing skala. Berikut ini ditampilkan beberapa alat ukur.







Gambar 1: berbagai alat ukur
Hasil suatu pengukuran kita peroleh nila terbaiknya dan nilai ketidakpastiannya. Nilai sebenarnya dari besaran yang diukur tidak pernah diperoleh dari pengukuran. Hal ini disebabkan adanya keterbatasan dalam pengukuran. Keterbatasan pengukuran muncul karena adanya keterbatasan skala terkecil dari alat ukur dan sumber-sumber ralat lainnya. Hasil pengukuran sering dituliskan dalam bentuk (). Nila terbaik ditunjukan denagan  dan ketidak pastian atau ralat ditunjukan dengan Sx. Ralat didefinisikan sebagai ketidakpastian hasil pengukuran karena adanya keterbatasan ketelitian hasil pengukuran.
Nilai terbaik mengandung nilai pasti dan nilai taksiran. Nilai pasti ditunjukkan oleh angka yang tertera dalam alat ukur. Nilai taksiran merupakan angka hasil memperkirakan nilai pada skala alat ukur.



 




Gambar 2: Pengukuran panjang batang

Cantoh pengukuran pada gambar 1 diperoleh hasil ukur (8,24 0,02)cm. Angka 8,24 menunjukkan nilai terbaik dari suatu pengukuran sedangkan nilai 0,02 menunjukkan  nilai ketidakpastiannya. Angka 8,2 adalah nilai pasti karena angka ini tertera pada skala alat ukur sedangkan angka 4 pada 8,24 menunjukkan nilai taksiran karena angka ini dari hasil memperkirakan pada skala alat ukur.
Penskalaan alat ukur bermacam macam. Beberapa  contoh skala alat ukur ditunjukan pada gambar 1. Skala alat ukur ada yang bersifat linear dan non linear. Skala alat ukur bersifat linear maksudnya adalah skala alat ukur yang memiliki jarak sama antar masing-masing skala. Contoh alat ukur yang memiliki skala bersifat linear diantaranya adalah penggaris, jangka sorong, mikrometer skrup, dial meter, stopwach, gelas ukur. Skala alat ukur bersifat non linear maksudnya adalah skala alat ukur yang memiliki jarak tidak sama antar masing-masing skala. Contoh alat ukur yang memiliki skala bersifat non linear diantaranya adalah ampermeter, voltmeter, multimeter.
Berkaitan dengan ketepatan pengukuran dikenal dua istilah yaitu akurasi dan presisi dari hasil pengukuran. Pengukuran yang memiliki akurasi yang tinggi apabila pengukuran tersebut mendekati nilai sebenarnya. Pengukuran dikatakan presisi apabila pengukuran memiliki ketidakpastian yang kecil. Kemungkinan hasil ukur diperoleh akurat dan presisi, akurat tetapi tidak presisi, tidak akurat tetapi presisi, dan tidak akurat dan tidak presisi. Hasil pengukuran yang memiliki ketidakpastian yang kecil belum tentu menunjukan hasil yang baik karena bisa saja hasil ukur tersebut tidak akurat.








 






Gambar: a. Contoh hasil yang akurat tetapi tidak presisisi, b. contoh hasil yang tidak akurat tetapi presisi



BAB III
KETIDAKPASTIAN PENGUKURAN

Pengukuran selalu memperoleh hasil yang memiliki nilai bukan sebenarnya. Hasil pengukuran hanya memiliki nilai terbaik. Maksudnya nilai yang diperoleh dari hasil pengukuran hanyalah nilai yang mendekati sesungguhnya. Nilai sebenarnya tidak pernah diperoleh dari hasil pengukuran karena adanya keterbatasan skala terkecil dari alat ukur. Adanya nilai ketidakpastian atau ralat dalam hasil pengukuran karena nilai sesungguhnya tidak bisa diperoleh.
Ralat yang diperoleh dari suatu pengukuran dapat dipandang sebagai 2 hal yaitu ralat dipandang sebagai suatu sifat kesalahan dan dipandang sebagai suatu nila. Ralat sebagai suatu sifat kesalah berusaha untuk di hilangakan sedangkan ralat sebagai suatu nilai tidak bisa dihilangkan sehingga ralat hanya bisa diperkecil dengan cara mengurangi sumber-sumber ralat.
Berdasarkan munculnya ralat maka ralat dibedakan men jadi 2 yaitu ralat sistematis dan ralat random. Ralat sistematis yaitu ralat yang muncul dari serentetan pengukuran (pengukuran berulang) yang dilalukan dengan cara yang sama dan menghasilkan kesalahan yang sama. Ralat sistematis muncul akibat keterbatasan dari alat ukur. Ralat ini bisa dihilangkan dengan memperbaiki ketelitian skala alat ukur. Ralat ramdom adalah ralat yang terjadi akibat pengukuran berulang yang dilakukan dengan cara yang sama dan  menghasilkan kesalahan yang berbeda-beda dari setiap pengukuran. Ralat random tidak bisa dihilangkan karena sumber ralatnya tidak hanya dari alat ukur. Ralat ramdom bisa diperkecil nilainya dengan cara meminimalkan pengaruh dari sumber ralat.
Ralat adalah Ketidakpastian hasil ukur yang  disebabkan oleh keterbatasan ketelitian pengukuran atau selisih antara hasil ukiur dengan nilai sebenarnya. Ketelitian hasil ukur dipengaruhi beberapa hal yang disebut sebagai sumber-sumber ralat. Berikut ini beberapa sumber ralat yang dapat mempengaruhi pengukuran:
1.      Subyek atau pengamat yaitu ralat yang disebabkan oleh pelaku pengukuran atau penelitian. Contoh ralat berasal bersumber dari subyek pengukuran adalah:
a.       pembacaan skala alat ukur dengan cara yang salah.
Sebagai contoh salah dalam membaca skala alat ukur dalam jangka sorong dan mikrometer skrup.
b.      Kondisi  fisik pengamat.
Sebagai contoh kondisi fisik pengamat adalah mata yang tidak normal (memakai kaca mata), pendengaran yang berkurang kepekaanya
c.       Efek psikologis.
Kondisi psikologis pengamat dapat mempengaruhi pada saat pengukuran. Sebagai contoh efek psikologis yaitu adanya keinginan untuk mencocokan hasil ukur dengan nilai acuan, perasaan suka dan tidak suka dengan warna tertentu, pikiran yang  kacau karena br menghadapi permasalahan pribadi.
d.      Respon pengamat terhadap rangasang
Suatu saat pengukuran membutuhkan pelaku yang memiliki waktu respon atau reaksi yang cepat. Misalnya pengukuran waktu yang dibutuhkan dalam ayunan harmonik sederhana. Pengamat harus cepat memulai dan menghentikan stopwach pada saat ayunan dimulai dan ayunan terakhir (jumlah ayunan sesuai yang dikehendaki)
2.      obyek
Sumber ralat berasal dari obyek maksudnya obyek memberikan kesalahan hasil pengukuran diukur saat dilakukan pengukuran karena obyek mengalami perubahan atau obyek tidak sesuai dengan yang dikehendaki. Sebagai contoh ralat bersumber dari obyek adalah:
a.       obyek dipengaruhi oleh linkungan luar. Misalnya: pengukuran panjang besi pada suhu yang ber beda, mengukur tekanan udara pada suhu yang berbeda, pengukuran intensitas bunyi pada kondisi yang bising, pengukuran panjang gelambang warna sinar tidak pada ruangan yang gelap.
b.      Obyek tidak unifrom atau tidak merata
Obyek yang tidak merata kondisi fisik akan mempengaruhi hasil ukur. Misalnya pada saat pengukuran muai panjang logam pada logam yang tidak homogen atau tidak sama massa jenisnya sehingga masing-masing bagian kecepatan rambat panasnya tidak sama, pengukuran tekanan udara luar pada daerah panas dan teduh atau ketinggian daerah tidak sama.
c.       Obyek dipengaruhi oleh alat ukur
Kondisi obyek berubah karena pengaruh alat ukur sehinnga hasi ukurnya mengalamikesalahan. Misalnya mengukur panjang busa dengan mikrometer skrup atau jangka sorong maka busa akan tertekan shingga mengalami pemendekan.
3.      Alat-alat eksperimen
Peralatan dalam eksperimen juga dapat menyebabkan kesalah dalam pengukuran. Beberapa peralatan eksperimen sebagai sumber ralat adalah:
a.       alat-alat pendukung eksperimen misalnya: lensa, statif (alat penyangga), kabel.
b.      alat ukur misalnya: salah kalibrasi skala alat ukur, alat ukur dipengaruhi oleh kondisi lingkungan, alat ukur mempunyai watak non linear.
a.1. kesalahan kalibrasi melekat pada alat ukur. Kesalahan kalibrasi terjadi pada saat pembuatan skala pada alat ukur, penentuan posisi skala nol (0) pada alat ukur.
a.2. alat ukur dipengaruhi kondisi luar. Alat ukut akan menunjukan pengukuran yang salah karena kondisi luar berpengaruh pada alat ukur. Misalanya pengunaan multimeter, ampemeter, volmeter, dan osiloscope pada daerah yang dipengaruhi medan magnet. Pengunaan termometer akan dipengaruhi kondisi suhu disekitarnya.
a.3.  alat ukur mempunya watak yang non liner. Skala alat ukur belum tentu memiliki jarak skala satu dengan yang lainnya sama. Alat ukur yang jarak antara skala satu dengan yang lainya (menunjukan satu skala terkecil) tidak sama disebut alat ukur yang memiliki watak non liner. Contoh alat ukur yang mempunyai watak non linear adalah ampermeter, voltmeter. Alat ukur yang memiliki jarak antara skala satu dengan yang lainya (menujukan satu skala terkecil) yang sama disebut alat ukur yang memiliki watak linear. Contoh alat ukur yang mempunyai watak linear adalah penggaris, jangka sorong, mikrometer skrup, termometer, dialmeter, stopwach.










b
 

a
 

 



Gambar :  a. alat ukur  yang memiliki watak non linear, b. alat ukur yamg memiliki watak linear

4.      Metode
Metode yang digunakan dalam eksperimen akan memberi sumbangan kesalaha pada hasil ukur. Contoh sumber ralat yang berasal dari metode yang dipakai diantaranya adalah:
a.       teori terlalu sederhana
misalnya pada saat pengukuran besar variabel tengangan (V), arus (I), hambatan (R) tedar memperhitungkan hambatan dalan sumbertegangan dan hambatan dari kabel.
b.      Pembulatan hasil perhitungan.
Pembulatan hasil perhitungan bisa mengakibatkan hasil ukur bertambah besar atau semakin kecil. Agar efek pembulatan kecil terhadap hasil ukur sebaiknya pembulatan dilakukan pada akhir perhitungan.
c.       Rumus yang digunakan
Eskperimen menggunakan rumus-rumus pendekatan yang mengabaikan suku-suku yang lebih.misalnya pada percobaan ayunan harmonik sederhana menggunakan pendekatan sin =pada saat mendekati 0
d.      Teknik penggunaan alat ukur
Prinsip kerja alat ukur perlu  diperhatikan agar saat mengunakan betul. Sebagai contoh termometer menggunakan prinsip kerja pemuaian. Air raksa atau alkohol akan memuai jika mendapat panas atau sebaliknya akan menyusut jika kalor yang mengenainya berkurang. Pengunaan termometer yang tepat adalah tandon air raksa atau alkohol yang dimasukan pada benda yang diukur, batang tidak langsung dipegan menggunakan tangan.



BAB IV
PENULISAN HASIL UKUR

A. Angka penting
Pengukuran pada eksperimen akan diperoleh hasil ukur. Hasil ukur terhadap hadap besaran fisis adalah berupa angka. Hasil ukur ditulis dalam bentuk (). Angka dari  hasil ukur ini sebagai data yang akan akan dianalisis. Hasil ukur atau data ini harus didokumenkan dengan baik agar tidak mengalami kesalahan memasukan data pada saat analisis data.
Semua angka dari hasil pengukuran adalah angka penting. Aturan angka penting dibutuhkan dibutuhkan pada saat penulisan hasil ukur. Penulisan angka penting menikuti aturan sebagai berikut:
  1. digit  bukan nol (0) yang paling kiri adalah digit yang paling penting.
Contoh: 879054 dan 0,003456. Angka 8 pada 879054 dan 3 pada 0,003456 adalah angka paling kiri yang bukan nol sehingga angka 8 dan angka 3 adalah angka yang paling penting.
  1. jika tidak terdapat tanda decimal pada angka, maka digit  bukan nol paling kana adalah digit yang paling tidak penting. Contoh: 5423 dan 6890. angka 3 pada 5423 dan dan 9 pada 6890 merupakan angka paling tidak penting.
  2. jika terdapat tanda desimal, maka digit paling kanan adalah digit paling tidak bermakna walaupun angka nol (0). Contoh: 893,750 dan 765,71. Angka 0 pada 893,750 dan angka 1 pada 765,71 adalah angka paling tidak bermakna.
  3. semua digit yang berada diantara most (paling peting) dan least (paling tidak penting) adalah digit penting. Contoh 32578 dan 0,02845. Angka 2, 5, 7 pada 32578 dan 8, 4 pada 0,02845  adalah angka penting.
Penulisan hasil ukur menuntut jumlah angka pentingnya tertentu. Jumlah angka penting yang belum sesuai dengan keperluan dapat dibuat jumlah angka pentingnya sesuai dengan yang diperlukan yaitu diantaranya dengan pembulatan dan angka dikalikan dengan bilangan 10n. Tata cara pembulatan akan dibahas pada subab aturan pembulatan. Khusus untuk bilangan dikalikan dengan 10n apabila ingin membuat angka nol (0) yang bukan angka penting menjadi angka penting. Contoh: 450 memiliki 2 angka penting agar menjadi 3 angka penting menjadi 45,0 ´ 101 atau 4,50 ´ 102.

B. Aturan pembulatan
Pada saat analisis data atau penulisan hasil ukur suatu saat perlu pembulatan. Pembulatan dilakukan pada saat analisis data untuk menyederhanakan hitungan, sedang pada penulisan hasil ukur dilakukan untuk memenuhi aturan penulisan hasil ukur. Pembulatan pada penulisan hasil ukur dapat dilakukan pada nilai taksiran terbaiknya dan ketidak pastiannya.
Pembulatan angka dimulai dari digit paling kiri. Pembulatan dilakukantahap demi tahap dari digit paling kanan menuju digit didepannya (kiri digit yang dibulatkan). Berikut ini aturan pembulatan angka:
1. > 0,5 angka dibulatkan keatas. Sebagai contoh 67,876 dibulatkan menjadi 67,88.
2. < 0,5 angka dibulatkan kebawah. Sebagai contoh 75,624 dibulatkan menjadi 75,62.
3. = 0,5 angka dapat dibulatkan kebawah atau ke atas. Angka 0,5 dibulatkan kebawah apabila angka didepannya merupakan angka genap, sedangkan angka 0,5 dibulatkan keatas apabila angka didepannya adalah angka ganjil. Sebagai contoh 3,425 dibulatkan menjadi 3,42. angka 5 dibulatkan kebawah karena depan angka 5 merupakan angka genap. Bilangan 79,8435 dapat dibulatkan menjadi 79,844. angka 5 dibulatkan keatas karena angka didepan angka 5 adalah angka ganjil.

C. Menuliskan hasil ukur
Perlu dicermati dalam penulisan hasil ukur. Prosedur penulisan hasil ukur perlu dilakukan agar penulisan hasil ukur baik dan tepat. Nila perkiraan terbaik harus sesuai  digit ( posisi) angkanya dengan nilai ketidakpastiannya. Hasil ukur dituliskan sebagai berikut:
1. () satuan,
2. Sx (ralat) hanya mengandung satu angka penting,
3. penulisan () memiliki makna nilai pengukuran berada pada rentang () sampai dengan ().
Penulisan hasil ukur agar baik dan tepat harus mentaati prosedur penulisan hasil ukur. Hal yang perlu diperhatikan dalam penulisan hasil ukur  adalah kesesuaian antara nilai pengukuran terbaiknya dengan nilai ketidakpastiannya. Berikut prosedur penulisan hasil pengukuran:
  1. tentukan nila ketidakpastiannya,
  2. bulatkan nilai ketidak pastian sampai memiliki satu angka penting,
  3. sesuaikan nilai pengukuran terbaikanya dengan nilai ketidak pastiannya. Nilai pengukuran terbaik yang disesuaikan dengan nilai ketidakpantianya adalah:
a.   satuan keduanya nilai pengukuran terbaik dan nilai ketidakpastian harus sama,
b. nilai pengukuran terbaiknya harus memperhatikan posisi nilai ketidak pastiannya,
c.   orde keduanya nilai pengukuran terbaik dan nilai ketidakpastian harus sama.
Contoh suatu pengukuran massa sebuah benda diperoleh hasil X = 7,8345 kg dan Sx =  0,321 g. Penulisan hasil ukur yang baik adalah () = (7834,5   0,3) g



BAB V
PENENTUAN HASIL UKUR

A. Pengukuran Tunggal
Pengukuran dilakukan untuk memperoleh hasil ukur. Pada pengukuran harus menentukan berapa besar variabel atau besaran fisis yang di ukur. Penentuan hasil ukur disesuaikan dengan alat ukur yang diguakan dan kondisi fisik yang diukur. Alat satu dengan lainnya dapat berbeda dalam penentuan hasil ukur. Begitu pula untuk kondisi fisik yang diukur yang tidak sama akan membutuhkan cara penentuan hasil ukur yang berbeda. Hasil pengukuran harus menunjukan keadaan fisis yang sesungguhnya.
Hasil pengukuran dituliskan dalam bentuk ().  Pada pengukuran tunggal nilai  merupakan hasil pembacaan pada skala alat ukur yang berupa nilai pasti dan taksiran. Pada pengukuran berulang nilaimerupakan hasil rata-rata dari pengukuran berulang. Sx merupakan nilai ralat dari pengukuran. Pada pengukuran tunggal Sx merupakan nilai perkiraan ketidak pastian, sedangkan pada pengukuran berulang merupakan simpangan sebaran data.
  1. memperkirakan nilai ketidakpastian
Sub bab ini akan membahas cara memperkirakan nilai ralat pada pengukuran tunggal. Cara memperkirakan ralat pada pengukuran berulang akan dibahas pada sub bab tersendiri. Ralat pada pengukuran tunggal bersumber dari alat ukur. Ketelitian alat ukur yang ditunjukan dengan sekala terkecil alat ukur akan mempengaruhi besar nilai ralatnya. Semakin kecil sekala pada alat ukur akan diperoleh kesalahan yang semakin kecil pada pengukuran tunggal.
Sekala alat ukur sangat menentukan nilai ralat dalam pengukuran tunggal. Alat ukur yang memiliki watak linear besar nilai sekala terkecil selalu sama sehingga ketelitian alat ukur selalu sama. Alat ukur yang memiliki watak non linear memiliki besar sekala terkecil yang berbeda-beda sehingga ketelitian alat ukurnya akan berbeda-beda. Nilai sekala terkecil ini yang akan berpengaruh pada penentuan beasar nilai ketidak pastian
Pengukuran tunggal dilakukan apabila sumber ralat hanya dari alat ukur. Keadaan pengukuran tenang (tanpa goncangan), sumber-sumber ralat selain alat ukur tidak muncul dapat dilakukan pengukuran berulang. Pengukuran tunggal perlu diyakinkan terlebih dahulu bahwa sumber ralatnya hanya dari alat ukur. Perlu uji coba pengukuran terlebih dahulu untuk mengetahui bahwa sumber ralat hanya dari alat ukur.
Dalam pengukuran tunggal penentuan ralat tidak ada rumus yang pasti untuk menyatakan besarnya ralat termasuk mengunakan 0,5 nst, ralat ditentukan oleh keputusan profesional masing-masing orang berdasarkan intuisi dan pemahamannya secara rasional.
b.  Penentuan Hasil Ukur
Pembacaan hasil ukur harus menunjukan kondisi fisik sebenarnya dari benda yang diukur. Pada pengukuran tunggal cermati sekala yang menunjukan keberadaan dari variabel yang diukur. Suatu saat besar ralat sama dengan setengah nilai sekala terkecil dapat mewakili  ralat hasil ukur apa bila tidak dapat memperkirakan nilai yang lebih kecil lagi. Berikut ini contoh penentuan hasil ukur dan cara memperkirakan ralat pada berbagai alat ukur dan kondisi fisik yang diukur:
1.





 

 
 


Nilai hasil pengukuran adalah: () = (9,64  0,01) cm

2.


Nilai hasil pengukuran adalah: () = (8,120,01) cm
Perbedaan sekala alat ukurantara nomor 1 dan 2 adalah pada lebar garis sekala. Sekala alat ukur nomer satu lebih tipis dibanding nomor 2. Pada pengukuran ini harus dilihat terlebih dahulu posisi nol dari benda yang diukur. Garis sekala lebar diperlukan acuan posisi nol untuk menentukan posisi-pasisi skala berikutnya. Misalnya jika pada gambar digunakan acuan skala nolnya pada bagian kanan garis maka semua sekala mengunakan acuan bagian kanan dari garis skala tersebut.

3.



 




Nilai hasil pengukuran adalah: () = (21,5  0,3) cm
Alat ukur ini memeliki jarum penunjuk yang lebar. Penggunaan alat ukur ini juga harus memperhatikan posisi jarum saat berada di sekala nol. Letak garis sekala nol pada jarum penunjuk digunakan sebagai acuan untuk garis-garis sekala berikutnya. Penentuan posisi garis sekala boleh pada posisi kanan, kiri atau tengah. Apabila mengambil pasisi bagian kanan atau kiri dari jarum penunjuk cara menentukan hasil pengukuran sama kasusnya dengan nomor 1. Apabila posisi nol diambil pada tengah-tengah jarum cara penentuan hasil ukur adalah tentukaan nila jarum sebelah kanan (pada gambar mennunjukan nilai 21,8) dan tentukan nilai jarum sebelah kiri (pada gambar mennunjukan nilai 21,2). Selanjutnya kedua nilai tersebut dijumlahkan dan hasilnya dibagi 2. Hasil pembagian ini menunjukan nilai posisi tengah-tengah jarum. 



 



 
4.




 
 




Nilai hasil pengukuran adalah: () = (27,5  0,1) cm
Pengukuran dengan kandisi fisik yang diukur berupa lengkungan seperti gambar nomor 4 cara menentukan hasil pengukuran mirip dengan nomor 3.

B. Pengukuran Berulang
Pengukuran berulang dilakukan apabila sumber kesalahan saat pengukuran tidak hanya disebabkan oleh ketelitian alat ukur saja.  Beberapa sumber ralat berpengaruh pada pengukuran sehingga saat pengukuran diproleh hasil yang berbeda-beda. Penentuan nilai terbaik dari pengukuran berulang ini dengan merata-rata nilai hasil ukur setiap pengulangan pengukuran.
Nilai hasil pengukuran yang berupa () menunjukan nilai rata-rata hasil pengukuran dan simpangan atau standar deviasi. Nilai rata-rata pengukuran menunjukan nilai terbaik dari suatu pengukuran, sedangkan nilai standar deviasi menunjukan nilai ketidakpastian dari suatu pengukuran. Hasil pengukuran berulang hasil pengukurannya akan bervareasi disekitar nilai tengahnya. Hal ini disebabkan oleh:
1.      adanya kesulitan dalam melakuan pengukuran. Misalnya mengukur panjang pegas yang lentur, menentukan waktu saat benda akan bergerak,
2.      adanya vareasi medium. Maksudnya adalah medium tempat melakukan pengukuran bervareasi. Misalanya mengukur benda di dalam air dari luar air atau udara yang posisinya berbera dengan sesungguhnya, mengukur panjang logam dengan suhu udara luar yang berubah ubah, melakukan percobaan hukum boyle-gaylusac dengan tekanan udara luar yang berubah-ubah,
3.      adanya sifat fluktuatis dari objek yang diukur. Misalnya mengukur curah hujan, mengukur koefisien muai panjang besi dengan kerapatan besi tidak sama, debit air sungai, kecepatan angin, suhu lingkungan, tekanan barometer (tekanan udara luar).
Hasil pengukuran berulang adalah sebaran nilai disekitar nilai rata-ratanya. Data yang diperoleh dari pengukuran berulang mengambarkan satu set nilai hasil pengukuran sebanyak N data dari suatu variabel fisis yang diukur. N data ini tersebar disekitar Nilai  rata-ratanya () yaitu dari  () sampe dengan (). Nilai rata-rata dari satu set pengukuran atau N data dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:
 
Dengan  =  nilai rata-rata hasil ukur
= Nilai data ke i
N = Banyaknya data pengulangan
Penentuan nilai simpangan dari pengukuran (Sx) ada beberapa cara yaitu:
1.      jika data berupa distribusi induk (N = ~).
Simpangan rata-rata  (S2) =
2.      jika data jumlahnya berhingga.
Ragam sampel (S2) =
3.      jika data berupa N set pengukuran.
Ragam rerata sampel (S2) =
Nilai Sx merupakan standar deviasi dari sebaran nilai. Bsar standar deviasi dari sebaran nilai adalah  sehingga Sx ==

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar