I. Latar belakang
Fisika adalah ilmu yang mempelajari suatu fenomena dan gejala yang ada di alam yang disajikan dengan rumus-rumus matematika. Pengukuran sangat diperlukan agar gejala yang dipelajari dapat dituliskan secara akurat. Dalam ilmu pengetahuan alam tidak ada satupun data yang dapat diterima dengan baik jika tidak disertai dengan sesuatu yang dapat disajikan sebagai acuan atau standar. Jadi dalam pengukuran terdapat dua faktor utama yaitu perbandingan dan acuan.
Dalam fisika pengukuran itu sendiri adalah objek utama perhatian karena suatu konsep tertentu seperti panjang, waktu atau suhu hanya dapat dipahami dalam kaitannya dengan metode yang digunakan untuk mengukur. Mengukur juga dapat dilakukan sebagai usaha untuk mendefinisikan karakteristik dari suatu fenomena. Dan jika dikaitkan dengan proses penelitian atau sekadar pembuktian suatu hipotesis maka pengukuran menjadi jalan untuk mencari data-data numerik yang menunjukkan pola-pola tertentu sebagai bentuk karakteristik dari permasalahan tersebut.
Kegiatan pengukuran adalah proses yang penting dalam pembelajaran fisika dan merupakan hal yang paling mendasar. Seperti halnya ketidakpastian dan ketelitian dalam mengukur yang juga harus sangat diperhatikan sebab pengukuran dari suatu benda dibutuhkan suatu hasil data yang sangat akurat dan terpercaya.
II. Tujuan Percobaan
- Dapat mengetahui kegunaan alat-alat dasar seperti jangka sorong, mikrometer sekrup, gelas ukur, dan neraca.
- Dapat menentukan besaran turunan massa jenis logam yang berbentuk silinder pejal, silinder berongga, kerucut, dan benda tidak beraturan.
III. Dasar Teori
Sekali kita telah menetapkan suatu standar dasar katakanlah untuk panjang misalnya, kita harus menetapkan juga cara untuk mengukur panjang benda lain dengan membandingkan dengan standar tersebut. Ini berarti bahwa standar itu harus selalu dapat diperoleh kembali. Kita juga menginginkan agar dapat setiap kali kita membandingkan benda yang sama dengan standar diperoleh hasil yang sama dalam limit tertentu. Hal ini berarti menunjukkan bahwa standar tidak boleh berubah (Halliday, 1996).
Penjelasan dan prediksi yang tidak jelas dapat terlihat tidak masuk akal dan membedakan antara penjelasan yang benar dan salah menjadi tidak mungkin. Tidak seperti prediksi kuantitatif yang dapat dites dengan kenyataan dari sebuah penjelasan atau teori dapat diterima atau ditolak berdasarkan pengukuran (Griffith, 2012).
Pengukuran akurat saat ini merupakan suatu bagian terpenting dalam fisika. Tetapi tidak ada pengukuran yang dapat secara mutlak, ada suatu ketidakpastian yang terkait dengan setiap pengukuran. Ketidakpastian timbul dari berbagai sumber yang berbeda. Diantara yang terpenting, selain kesalahan karena kesembronoan adalah keterbatasan ketelitian setiap instrumen pengukur dan ketidakmampuan untuk membaca instrumen diluar sekian fraksi pembagian skala terkecil yang ditunjukkan. Misalnya jika anda menggunakan sebuah mistar centimeter untuk mengukur lebar sebuah papan maka hasil yang didapat dikatakan akurat adalah pada sekitar 0,1 cm pembagian terkecil pada mistar (meskipun setengah nilai ini juga dapat dikatakan salah). Alasannya sulit bagi seseorang pengamat untuk menginterpolasi diantara bagian terkecil dan mistar itu sendiri boleh jadi tidak dibuat dengan ketelitian yang lebih baik dari ini ( Giancoli, 1997).
Massa jenis ρ (Abjad yunani 'rho') dari suatu zat didefinisikan sebagai massa per satuan volume (ρ = m/V). Contohnya aluminium memiliki massa jenis 2,70 g/cm3 dan timah memiliki massa jenis 11,3 g/cm3. Oleh karena itu sepotong logam aluminium yang memiliki volume 10,0 cm3 memiliki massa 27,0 g. Sedangkan timah dengan volume sama memiliki massa 113 g. Jumlah proton dan neutron dalam nukleus atom suatu unsur yang diukur dalam suatu massa atom (u) dimana 1 u = 1,660 538 7 x 10-27 kg. Massa atom timah adalah 207 u dan massa atom aluminium adalah 27,0 u. Akan tetapi, perbandingan massa atom keduanya 207u/27,0u = 7,67, tidak sama dengan perbandingan massa jenisnya (11,3 × 103 kg/m3)/(2,70 × 103 kg/m3) = 4,19. Ketidaksesuaian ini terjadi karena adanya perbedaan jarak antar atom dan perbedaan susunan atom dalam struktur kristal kedua unsur tersebut (Serway, 2014).
Salah satu alat ukur panjang adalah jangka sorong. Jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang benda maksimum 10 cm dengan ketelitian 0,01 cm. Jangka sorong terdiri dari 2 bagian utama yaitu rahang tetap dan rahang sorong. Jangka sorong juga bisa digunakan untuk mengukur kedalaman. Jangka sorong terdiri dari 2 skala, yaitu skala utama dan skala nonius, karena ketelitian merupakan setengah dari tingkat ketelitian maka ketelitiannya adalah 0,005 cm atau sama dengan 0,05 mm. Cara membaca skala jangka sorong yaitu dengan menambahkan skala utama dengan skala nonius yang dikalikan skala terkecil (Tipler, 1998).
IV. Metodologi Percobaan
4.1 Alat dan Bahan
- Jangka sorong berfungsi untuk mengukur panjang, diameter, dan kedalaman benda (1 buah).
- Mikrometer sekrup berfungsi untuk mengukur ketebalan benda dan diameter benda (1 buah).
- Neraca berfungsi untuk menimbang massa suatu benda (1 buah).
- Gelas ukur berfungsi untuk mengukur volume benda tidak beraturan (1 buah).
- Silinder pejal berfungsi sebagai benda yang akan diukur panjang, diameter, volume, dan massanya (1 buah).
- Silinder berongga berfungsi sebagai benda yang akan diukur panjang, diameter, volume, dan massanya (1 buah).
- Silinder bersusun berfungsi sebagai benda yang akan diukur panjang, diameter, volume, dan massanya (1 buah).
- Kerucut pejal berfungsi sebagai benda yang akan diukur tinggi, diameter alas, volume, dan massanya (1 buah).
- Benda tidak beraturan (kawat) berfungsi sebagai benda yang akan diukur volume dan massanya (1 buah).
- Air berfungsi sebagai bahan yang akan dimasukkan ke gelas ukur dan dimasuki benda tidak beraturan untuk mengetahui volumenya (secukupnya).
4.2 Gambar Alat
4.3 Langkah Kerja
4.3.1 Prosedur penggunaan alat ukur
4.3.1.1 Jangka sorong
4.3.1.2 Mikrometer Sekrup
4.3.1.3 Neraca Ohaus
4.3.1.4 Gelas Ukur
4.3.1.5 Pengukuran Massa dan Volume
V. Data dan Analisa
5.1 Data Percobaan
5.2 Analisa Data
Percobaan pengukuran pada kali ini menggunakan alat-alat seperti jangka sorong, mikrometer sekrup, dan neraca. Jangka sorong digunakan untuk mengukur panjang silinder, diameter silinder bagian dalam, diameter silinder bagian luar, tinggi kerucut pejal dan diameter alas kerucut. Jangka sorong mempunyai skala terkecil sebesar 0,1 mm dan juga terdapat 2 satuan besaran yaitu dalam cm dan inchi. Batas ukur atau maksimal jangka sorong pada satuan cm adalah 20 cm dan pada satuan inchi adalah 8 inchi. Jangka sorong mempunyai angka ketidakpastian sebesar 1/2 kali skala terkecil, sama dengan 0,05 m. Dalam mengukur diameter suatu benda juga dapat digunakan mikrometer sekrup. Mikrometer sekrup dapat digunakan untuk mengukur diameter dalam suatu benda, berbeda dengan jangka sorong. Mikrometer sekrup mempunyai skala terkecil sebesar 0,01 mm, jauh lebih teliti dibandingkan dengan jangka sorong.
Pada pengukuran massa suatu benda dapat digunakan neraca ohaus. Neraca ohaus memiliki skala terkecil sebesar 0,1 gram dengan angka ketidakpastian sebesar 0,05 kg. Neraca ohaus mempunyai batas ukur sebesar 311 gram. Prinsip pengukuran pada neraca ohaus adalah dengan cara menyeimbangkan lengan-lengan pada neraca dengan piringan beban. Sebelum benda ditimbang neraca ohaus harus dikalibrasi terlebih dahulu sampai jarum penunjuk ke skala nol. Yang perlu sangat diperhatikan dalam pengukuran massa dengan neraca ohaus adalah pengkalibrasian neraca, sebelum benda ditaruh di piringan beban, neraca ohaus harus menunjuk skala nol jika tidak maka pengukuran benda akan menjadi tidak valid. Neraca ohaus juga mempunyai bagian pengukuran massa selain di piringan beban, bagian ini terletak tepat dibawah piringan beban, digunakan untuk mengukur massa benda ketika di udara.
Pada pengukuran volume suatu benda tidak beraturan seperti gulungan kawat contohnya, dapat digunakan gelas ukur. Dilakukan dengan cara mengisi volume air terlebih dahulu pada gelas ukur kemudian dimasukkan benda tidak beraturan kedalamnya. Dilihat berapa volume air akhir ketika benda masuk. Volume benda tersebut dapat dihitung dengan cara menghitung selisih antara volume air akhir dikurang dengan volume awal air. Pengukuran volume suatu benda juga dapat dihitung dengan cara menghitung luas suatu benda kemudian dikalikan dengan ketinggian dari benda tersebut. Syarat yang paling utama adalah bahwa benda tersebut harus beraturan.
Pengukuran yang pertama adalah silinder pejal dengan minimal percobaan sebanyak 5 kali. Data hasil pengukuran tidak bervariasi, yaitu sebesar (4,35 ± 0,05) × 10-2 m. Pengukuran diameternya antara (2,95 ± 0,05) × 10 -2 m sampai dengan (2,99 ± 0,05) × 10-2 m. Pengukuran massanya bervariasi antara (72,2 ± 0,05) × 10-3 kg sampai dengan (72,4 ± 0,05) × 10-3 kg. Ketelitian seluruh komponen ini lebih besar dari 98%. Pada pengukuran silinder berongga dilakukan percobaan juga sebanyak 5 kali. Hasil pengukuran panjang dan diameter luarnya tidak bervariasi, yaitu sebesar (4,37 ± 0,05) × 10-2 m dan (1,63 ± 0,05) × 10-2 m. Pengukuran diameternya antara (1,06 ± 0,05) × 10-2 m sampai dengan (1,08 ± 0,05) × 10-2 m. Ketelitian seluruh komponen pengukuran pada silinder berongga lebih besar dari 99,19%.
Pengukuran selanjutnya adalah pada silinder bersusun. Pengukuran tinggi silinder kecil bagian bawah sama dengan atasnya yaitu sebesar (0,80 ± 0,05) × 10-2 m tanpa variasi data. Pengukuran tinggi silinder kecil bagian tengahnya sebesar (2,56 ± 0,05) × 10-2 m tanpa variasi data. Pengukuran diameter luarnya berkisar antara (1,56 ± 0,05) × 10-2 m sampai dengan (1,58 ± 0,05) × 10-2 m. Ketelitian pada pengukuran kali ini adalah lebih besar dari 99,36%. Pengukuran pada kerucut pejal tidak menimbulkan variasi sama sekali, pada pengukuran tinggi dan diameternya yaitu sebesar (4,43 ± 0,05) × 10-2 m dan (2,85 ± 0,05) × 10-2 m.
Pengukuran yang paling akhir adalah tentang volume benda yang tidak beraturan, benda yang digunakan adalah gulungan kawat dengan pengukuran volume dan massanya sebesar (3,0 ± 0,05) × 10-6 m3 sampai dengan (4,0 ± 0,05) × 10-6 m3 dan (15,4 ± 0,05) × 10-3 kg sampai dengan (15,6 ± 0,05) × 10-3 kg dengan ketelitian lebih besar dari 99,26%.
Hasil dari semua data di atas dapat dicari masing-masing angka ketidakpastiannya dengan persamaan:
| (1) |
|---|
dengan Δx menandakan simbol simpangan baku dari suatu variabel. Simbol n menyatakan jumlah banyaknya data percobaan dan x̄ menyatakan data rata-rata dari suatu variabel. Setelah data simpangan bakunya dicari, data dari massa jenis rata-ratanya dihitung dengan persamaan:
| (2) |
|---|
Kemudian ke 2 data tersebut dimasukkan ke dalam format:
| (3) |
|---|
maka itulah hasil akhir dari massa jenis benda. Pada percobaan ini didapatkan massa jenis dari silinder pejal, silinder berongga, silinder bersusun, kerucut pejal dan kawat sebesar : ρ = (2396 ± 0,034) kg/m3 ; ρ = (9974 ± 743,2) kg/m3 ; ρ = (2991 ± 0,721) kg/m3 ; ρ = (5342 ± 230,5) kg/m3 ; ρ = (4825 ± 674,9) kg/m3.
Menurut literatur, massa jenis logam adalah sebesar 8400 kg/m3. Ini jauh berbeda dari hasil data percobaan yang dihitung. Hanya massa jenis silinder berongga yang mendekati. Perbedaan yang jauh ini disebabkan oleh beberapa hal diantaranya karena kurangnya ketelitian pada saat pengukuran, saat melakukan perhitungan, pengambilan data, dan kecilnya ketelitian alat yang digunakan untuk pengukuran yang mengakibatkan data menjadi kurang akurat. Dalam pengukuran ada 2 hal penting, yaitu presisi dan akurasi. Presisi merupakan kecenderungan tetapnya hasil pengukuran ketika dilakukan pengulangan. Dalam percobaan, misalnya panjang suatu diameter dari percobaan 5 kali adalah sama, hal ini menunjukkan bahwa presisi dari pengukuran sangat bagus karena pengulangannya tetap. Sedangkan akurasi merupakan kedekatan hasil pengukuran dengan literaturnya. Jadi dalam sebuah pengukuran, sebuah data harus diusahakan se-presisi dan seakurat mungkin.
VI. Kesimpulan
- Dalam pengukuran pengetahuan tentang kegunaan alat dan prinsip-prinsipnya adalah hal yang sangat penting agar dapat mengurangi angka ketidakpastian yang dibuat dan juga agar hasil pengukuran yang didapat akurat.
- Dalam percobaan kali ini didapatkan massa jenis yang berbeda daripada massa jenis benda pada literatur. Perhitungan yang akurat dan ketelitian lah yang dapat mengurangi nilai ketidakpastian, dalam hal ini adalah massa jenis. Berikut ini didapat massa jenisnya, yaitu:
- Massa jenis silinder pejal, ρ = (2396 ± 0,034) kg/m3.
- Massa jenis silinder berongga, ρ = (9974 ± 743,2) kg/m3.
- Massa jenis silinder bersusun, ρ = (2991 ± 0,721) kg/m3.
- Massa jenis kerucut pejal, ρ = (5342 ± 230,5) kg/m3.
- Massa jenis gulungan kawat, ρ = (4825 ± 674,9) kg/m3.
VII. Daftar Pustaka
- Halliday, D., 1996. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
- Griffith, D.J., 2012. The Physics Of Everyday Phenomena. New York: McGraw Hill.
- Giancoli, D.C., 1997. Fisika Jilid 1. Jakarta: Erlangga.
- Serway, R.A., 2014. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Salemba Teknika.
- Tipler, P.A., 1998. Fisika untuk Sains dan Teknik. Jakarta: Erlangga.
