Besaran dan satuan Fisika Dasar Farmasi PDF

Preview

Summary

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tanpa kita sadari, setiap hari kita menggunakan alat ukur sebagai alat untuk mempermudah pekerjaan maupun untuk mempermudah aktivitas kita. Alat ukur yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari yang sering kita temui adalah alat ukur dari besaran pokok. Berbagai m...

Description

BAB I PENDAHULUAN

1.1

Latar Belakang Tanpa kita sadari, setiap hari kita menggunakan alat ukur sebagai alat untuk mempermudah pekerjaan maupun untuk mempermudah aktivitas kita. Alat ukur yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari yang sering kita temui adalah alat ukur dari besaran pokok. Berbagai macam alat ukur dari besaran pokok inilah yang mempermudah kita mengetahui berapa hasil dari pengukuran yang didapat. Namun yang sering kita temui dan kita gunakan, dari 7 besaran pokok yang ditetapkan dalam satuan internasional berupa panjang, suhu, massa, waktu, kuat arus listirik, intensitas cahaya dan jumlah zat, untuk daerah di kabupaten situbondo hanya 5 besaran pokok yang sering ditemui dalam kehidupan sehari-hari meiputi panjang, suhu, massa, waktu dan kuat arus listrik. Contoh sederhana penggunaan alat ukur besaran pokok adalah mahasiswa di kampus yang masih menggunakan mistar (penggaris) untuk mengerjakan soal yang berhubungan dengan menggambar atau lainnya. Tak hanya itu saja, di kampus maupun di sekolah-sekolah memiliki laboratorium dimana dalam laboratorium terdapat berbagai alat yang diantaranya merupakan alat ukur besaran pokok seperti termometer, jangka sorong, mikrometer sekrup dan stopwatch.

1.2

Tujuan 1.2.1

Untuk mengidentifkasi perbedaan besaran pokok dan besaran turunan serta satuannya.

1.2.2

Untuk mengidentifikasi alat ukur dan ketelitiannya.

1.2.3

Untuk mengidentifikasi ketidakpastian pengukuran.

1.2.4

Untuk mengetahui apa itu angka penting.

1 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

BAB II PEMBAHASAN

2.1

Besaran Pokok dan Besaran Turunan serta Satuannya Dalam ilmu fisika dikenal istilah “Besaran” dan “Satuan“, kedua istilah dalam bidang fisika tersebut dapat diartikan sebagai berikut. Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur, mempunyai nilai yang dapat dinyatakan dengan angka dan memiliki satuan tertentu. Satuan adalah pernyataan yang menjelaskan arti dari suatu besaran. 2.1.1 Besaran Pokok Besaran pokok adalah besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu dan tidak diturunkan dari besaran lain. Didalam Sistem Internasional (SI) terdapat 7 besaran pokok yang memiliki dimensi dan 2 besaran tambahan yang tidak memiliki dimensi. Sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka disebut besaran. Contoh besaran adalah panjang, massa, dan waktu. Besaran pada umumnya memiliki satuan. Panjang memiliki satuan meter, massa memiliki satuan kilogram, dan waktu memiliki satuan sekon. Tetapi nanti akan ada beberapa besaran yang tidak memiliki satuan, misalnya indeks bias cahaya dan massa jenis relatif. Sebelum adanya standar internasional, hampir tiap negara menetapkan sistem satuannya sendiri. Penggunaan bermacam-macam satuan untuk suatu besaran ini menimbulkan kesukaran. Kesukaran pertama adalah diperlukannya bermacam-macam alat ukur yang sesuai dengan satuan yang digunakan. Kesukaran kedua adalah kerumitan konversi dari satu satuan ke satuan lainnya, misalnya dari jengkal ke kaki. Ini disebabkan tidak adanya keteraturan yang mengatur konversi satuan-satuan tersebut. Akibat kesukaran yang ditimbulkan oleh penggunaan sistem satuan yang berbeda maka muncul gagasan untuk menggunkan hanya satu jenis satuan saja untuk besaran-besaran dalam ilmu pengetahuan alam dan teknologi. Suatu perjanjian

internasional

telah

menetapkan

satuan

sistem

internasional

(Internasional System of Units) disingkat satuan SI. Satuan SI ini diambil dari sistem metrik yang telah digunakan di Perancis. 2 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

Besaran pokok dalam satuan sistem internasional (SI) yang memiliki dimensi ada 7, antara lain : 1. Besaran pokok panjang satuannya meter dengan lambang m 2. Besaran pokok suhu satuannya kelvin dengan lambang K 3. Besaran pokok waktu satuannya detik/sekon dengan lambang a 4. Besaran pokok arus listrik panjang satuannya ampere dengan lambang A 5. Besaran pokok massa satuannya kilogram dengan lambang kg 6. Besaran pokok intensitas cahaya satuannya candela/kandela dengan lambang cd 7. Besaran pokok jumlah zat satuannya mole dengan lambang mol Sedangkan, besaran tambahan dalam satuan sistem internasional (SI) yang tidak memiliki dimensi ada 2, antara lain : 1. Besaran tambahan sudut datar satuan radian dengan lambang rad 2. Besaran tambahan sudut ruang satuan steradian dengan lambang sr Berikut adalah tabel besaran pokok dalam satuan sistem internasional (SI) :

a.

Besaran Pokok

Satuan

Singkatan

Dimensi

panjang

meter

m

[L]

massa

kilogram

kg

[M]

waktu

sekon

s

[T]

kuat arus listrik

ampere

A

[I]

Suhu

Kelvin

K

Teta

jumlah zat

mol

mol

[N]

intensitas cahaya

candela

cd

[J]

Panjang Panjang adalah jarak dalam suatu ruang. Perlihatkanlah lengan anda dan bentangkanlah jari anda, maka jarak antara siku dan ujung jari terjauh anda dikenal sebagai satu cubit, inilah cara yang dilakukan selama kurang lebih 4000 tahun lalu di Mesir dan Mesopotamia. Satu cubit diambil sebagai satuan panjang. Piramida besar masa lalu dibangun dengan berdasarkan satuan cubit. 3

Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

Tetapi sangat sukar jika harus menggunakan satuan cubit, karena satu cubit setiap orang berbeda-beda. Sekarang orang menggunakan meter sebagai satuan SI. Semula satu meter ditetapkan sebagi jarak antara dua goresan pada meter standar sehingga jarak dari kutub utara ke khatulistiwa melalui paris adalah 10 juta meter. Meter standar adalah sebuah batang yang terbuat dari campuran platinairidium. Meter standar sulit dibuat ulang. Oleh karena itu, dibuat turunanturunannya dengan proses yang sangat teliti. Adapun kendala dalam penggunaan meter standar sebagai standar primer untuk panjang. Pertama, meter standar mudah rusak dan jika rusak batang itu sukar dibuat ulang. Kedua, ketelitian pengukuran tidak lagi memadai untuk ilmu pengetahuan dan teknologi modern. Untuk mengatasi kendala-kendala tersebut, pada pertemuan ke 11 Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran tahun 1960, ditetapkan suatu standar atomic untuk panjang. Pilihan jatuh kepada gelombang cahaya yang dipancarkan oleh gas kripton-86 (simbol Kr-86). Satu meter didefisinikan sama dengan 1 650 761,73 kali panjang gelombang sinar jingga yang dipancarkan oleh atom-atom gas kripton-86 didalam ruang hampa pada suatu loncatan listrik (CGPM ke-11, 1960). Meter yang di ‘atom’ kan ini sama panjang dengan meter standar. Meter ini mudah dibuat dengan ketelitian yang tinggi. CGPM adalah singkatan dari Conference Generale des Poids et Measuresㅡ Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran, yaitu suatu badan yang bernaung dibawah Organisasi Internasional Timbangan dan Ukuran (OIPMㅡOrganisation Internationale des Poids et Measures). Tugas badan ini, yaitu mengadakan konferensi sedikitnya satu kali dalam enam tahun dan mengesahkan ketentuan baru dalam bidang metrologi dasar. Definisi baru satuan meter ; sejak lama sudah diketahui bahwa laju cahaya dalam vakum adalam tetapan c dengan nilai 299 792 458 m/s, dengan ketelitian sama dengan ketelitian c, yaitu 4 :109 (lebih teliti daripada menggunakan loncatan listrik oleh atom-atom Kr-86 dengan ketelitian 1 : 108) karena alasan inilah ahli metrology sepakat untuk membuang definisi yang

4 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

berhubungan dengan pancaran atom kripton dan menggantikannya dengan meter yang berhubungan dengan tetapan c dan sekon. b.

Massa Orang awam sering menyamakan massa dengan berat. Dalam fisika kedua istilah itu berbeda. Massa berkaitan dengan jumlah zat (materi) yang dikandung suatu benda. Sedangkan berat adalah gaya berarah ke pusat bumi yang dikerjakan oleh bumi pada suatu benda. Oleh karena itu, massa tetap tidak bergantung pada lokasi benda, sedangkan berat bergantung pada lokasi benda. Dalam SI saruan massa adalah kilogram (Kg). satu kilogram adalah massa sebuah kilogram standar (sebuah silinder terbuat dari platina-iridium), yang disimpan di lembaga Timbangan dan Ukuran Internasional (CGPM ke1 1899). Untuk menentukan massa sebuah atom, ilmuwan menetapkan standar massa kedua, yaitu berdasarkan massa atom karbon-12. Berdasarkan persetujuan internasional, ditetapkan bahwa massa sebuah atom karbon-12 sama dengan 12u (u adalah lambing untuk atomic mass unit). 1 u = 1,6605402 x 10-17 Kg Dalam menentukan massa sebuah atom, ilmuwan menggunakan spektrometer massa, yang didesain pertama kali oleh Francis William pada tahun 1919. Dalam spektrometer massa, kita menentukan perbandingan massa terhadap muatan (m/q) dari ion yang muatannya diketahui dengan mengukur jari-jari orbit melingkar ion tersebut dalam medan magnetik seragam. Dengan spektrometer massa pertama saja, perbedaan massa dapat diukur hingga ketelitian 1 bagian dalam 10 000.

c.

Waktu Lebih dari 3000 tahun yang lalu Bangsa Mesir membagi siang dan malam hari atas 12 jam yang sama. Aritmatika bangsa Babilonia memiliki bilangan dasar 60. Ini kemungkinan yang menyebabkan ketika jam mekanik berhasil dibuat pada abad ke-14, 1 jam dibagi lagi atas 60 menit. Kemudian, ketika jam mekanik bisa mengukur selang waktu yang lebih singkat, 1 menit dibagi lagi atas 60 detik. 5

Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

Dan satuan dari waktu adalah sekon atau detik. Satu sekon adalah selang waktu yang diperlukan oleh atom sesium-133 untuk melakukan getaran sebanyak 9 192 631 770 kali dalam transisi antara dua tingkat energi di tingkat energi dasarnya (CGPM ke-13; 1967) d.

Kuat Arus Satuan kuat arus listrik adalah “ampere” (disingkat A). Satu ampere adalah kuat arus tetap yang jika dialirkan melalui dua buah kawat yang sejajar dan sangat panjang, dengan tebal yang dapat diabaikan dan diletakkan pada jarak pisah 1 meter dalam vakum, menghasilkan gaya 2 × 10-7 newton pada setiap meter kawat. 1 A adalah arus yang dalam keadaan mengalir melalui dua konduktor berciri lurus dan sejajar dengan panjang tak terhingga dan luas penampang yang diabaikan serta ditempatkan pada ruang hampa dengan terpisah oleh jarak sepanjang 1 m, menghasilkan diantara kedua konduktor pada setiap meter panjangnya gaya sebesar 0,2.10 -6N.

e.

Suhu Satuan suhu adalah “kelvin” (disingkat K). Satu kelvin adalah 1/273,16 kali suhu termodinamika titik tripel air (CGPM ke-13, 1967). Dengan demikian, suhu termodinamika titik tripel air adalah 273,16 K. Titik tripel air adalah suhu dimana air murni berada dalam keadaan seimbang dengan es dan uap jenuhnya. 1K adalah 1/273,17 suhu termodinamis dari air (H2O) pada titik bekunya. Pada skala celcius, suhu titik beku air sama dengan 0.01oC. Dalam hal ini 0oC=273,16 K Interval skala temperature untuk 1oC sama dengan interval skala untuk 1 K

f.

Jumlah Molekul Satuan jumlah molekul adalah “mol”. 1 mol adalah banyaknya materi dari suatu zat yang sama dengan banyaknya partikel-partikel atom C-12 sebanyak 0,012 kg. Macam dari partikel-partikel harus disebutkan.

g.

Intesitas Cahaya Satuan intensitas cahaya adalah “kandela” (disingkat cd). Satu kandenla adalah intensitas cahaya suatu sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik pada frekuensi 540 × 1012 hertz dengan intensitas radiasi sebesar 1/683 watt per steradian dalam arah tersebut (CGPM ke-16, 1979). 1 6

Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

cd adalah intensitas cahaya dari sumber radiasi sinar monokromatik dengan frekuensi 540 Thz (Terahertz) pada arah tertentu, dalam keadaan intensitas radiasi sumber cahaya tersebut pada arah ini adalah 1/683 W/sr (watt per steradial). 1 steradial adalah suatu satuan sudut ruang yang mencakup 1 m2 luas permukaan bola dengan jari-jari 1m. Luas permukaan keseluruhan dari bola ini dapat dituliskan sebagai Asp(1m) = 4 m2. Sehingga sudut ruang keseluruhan dari steradial adalah = 4. 2.1.2

Besaran Turunan Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Dengan demikian satuan besaran turunan diturunkan dari satuan besaran pokok. Sebagai contoh adalah luas, volum, massa jenis, kecepatan, dan percepatan. Berikut ini adalah berbagai contoh besaran turunan sesuai dengan sistem internasional / SI yang diturunkan dari sistem MKS (meter - kilogram sekon/second) : 

Besaran turunan energi satuannya joule dengan lambang J



Besaran turunan gaya satuannya newton dengan lambang N



Besaran turunan daya satuannya watt dengan lambang W



Besaran turunan tekanan satuannya pascal dengan lambang Pa



Besaran turunan frekuensi satuannya Hertz dengan lambang Hz



Besaran turunan muatan listrik satuannya coulomb dengan lambang C



Besaran turunan beda potensial satuannya volt dengan lambang V



Besaran turunan hambatan listrik satuannya ohm



Besaran turunan kapasitas kapasitor satuannya farad dengan lambang F



Besaran turunan fluks magnet satuannya tesla dengan lambang T



Besaran turunan induktansi satuannya henry dengan lambang H Besaran turunan fluks cahaya satuannya lumen dengan lambang ln



Besaran turunan kuat penerangan satuannya lux dengan lambang lx

7 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

Dan dalam bentuk tabel, sebagai berikut : Rumus

Dimensi

Luas

Panjang x lebar

[L]2

m2

Volum

Panjang x lebar x tinggi

[L]3

m3

Massa jenis

Massa / volum

[M][L]-3

kgm-3

Kecepatan

Perpindahan / waktu

[L][T]-1

ms-1

Percepatan

Kecepatan / waktu

[L][T]-2

ms-2

Gaya

Massa x perpindahan

[M][L][T]-2

kgms-2 = newton (N)

Usaha dan Energi

Gaya x perpindahan

[M][L]2[T]-2

kgm2s-2 = joule (J)

Tekanan

Gaya / luas

[M][L]-1[T]-2

Daya

Usaha / waktu

[M][L]2[T]-3

kgm2s-3 = watt (W)

Gaya x waktu

[M][L][T]-1

kgms-1 = Ns

Impuls dan Momentum

2.2

Satuan dan

Besaran Turunan

Singkatan

kgm-1s-2 = pascal (Pa)

Alat Ukur dan Ketelitiannya 2.2.1 Alat Ukur Besaran Fisika Fisika

tidak

bisa

dilepaskan

dari

proses

pengukuran

berbagai besaran fisika dan alat ukur yang digunakan dalam fisika sedikit berbeda dengan

alat

ukur

yang

digunakan

dalam

kehidupan

sehari-

hari. Hal ini dikarenakan dalam fisika membutuhkan tingkat ketelitian yang sangat tinggi.

8 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

Berikut adalah beberapa alat ukur yang digunakan dalam proses pengukuran besaran fisika. 1. Alat ukur panjang Alat

ukur

panjang

terdiri

dari

beberapa

jenis

seperti

meteran lipat (pita), mistar, jangka sorong, dan mikrometer dan masingmasing mempunyai tingkat ketelitian yang berbeda. Mistar - Untuk mengukur benda yang panjangnya kurang dari 50 cm atau 100 cm. - Tingkat ketelitiannya 0,5 mm ( ‘/s x 1 cm) - Satuan yang tercantum dalam mistar adalah cm, mm, serta inchi. Untuk mendapatkan basil pengukuran yang tepat, maka sudut pengamatan harus tegak lotus dengan obyek dan mistar. Meteran Pita

Digunakan untuk megukur suatu obyek yang tidak bisadilakukan deng an mistar, misalnya karena ukurannya terlalu panjang atau bentuknya tidak lurus. Mempunyai tingkat ketelitian sampai dengan 1 mm. Mikrometer Sekrup - Gunakan untuk mengetahui ukuran panjang yang sangat kecil - Mempunyai tingkat ketelitian sampai dengan 0,01 mm

9 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

2. Alat Ukur Massa Neraca Pasar, yaitu neraca yang biasa digunakan

di

pasar-pasar

tradisional,

bentuknya seperti pada gambar di samping. Cara pemakaian neraca ini yaitu dengan meletakkan benda yang akan ditimbang di bagian yang berbentuk mirip baskom, lalu di bagian sebelahnya yang datar diletakkan bandul neraca yang hampir seimbang dengan bobot benda, selanjutnya lengan neraca akan bergerak dan hasil pengukuran dapat diketahui. Neraca Dua Lengan, yaitu neraca yang biasanya terdapat di laboratorium, bentuknya seperti pada gambar di diatas. Cara pemakaian neraca ini hampir sama dengan cara pemakaian neraca pasar, bedanya bandul neraca yang terdapat pada neraca pasar dapat digantikan dengan barang lain. Neraca Tiga Lengan, yaitu neraca yang juga biasanya terdapat di laboratorium, bentuknya seperti

pada

gambar

di

samping.

Cara

pemakaian neraca ini yaitu dengan cara menggeser ketiga penunjuk ke sisi paling kiri (skalanya menjadi nol), kemudian letakkan benda yang akan diukur pada bagian kiri yang terdapat tempat untuk benda yang akan diukur, lalu geser ketiga penunjuk ke kanan hingga muncul keseimbangan, dan hasil pengukuran dapat diketahui. 2.2.2 Macam-Macam Alat Ukur Dalam Fisika 1. Amperemeter / Ampere Meter Amperemeter

adalah

alat

yang

digunakan

untuk

mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik dalam alat multi tester listrik yang disebut avometer gabungan dari fungsi amperemeter, voltmeter dan ohmmeter. 10 Zumatul Amilin, Student of Pharmacy

Amper meter dapat dibuat atas susunan mikroamperemeter dan shunt yang berfungsi untuk deteksi arca pada rangkaian baik arus yang kecil, sedangkan untuk

arus

yang

besar

ditambhan

dengan

hambatan

shunt.

Amperemeter bekerja sesuai dengan gaya lorentz gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti melon magnet akan menimbulkan gayalorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yangmengalir maka semakin besar pula simpangannya. 2. Voltmeter / Volt Meter Voltmeter adalah suatu alat yang berfungsi untuk mengukur tegangan listrik. Dengan ditambah alat

multiplier

akan

dapat

meningkatkan

kemampuan pengukuran alat voltmeter berkali-kali lipat. Gaya magnetik akan timbul dari interaksi antar

medan

magnet

dan

kuat

arus.

Gaya magnetic tersebut akan mampu membuat jarum alat pengukur voltmeter bergerak saat ada arus listrik. Semakin besar arus listrik yang mengelir maka semakin besar penyimpangan jarum yang terjadi. 3. Ohmmeter / Ohm Meter Ohm meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur hambatan listrik yang merupakan suatu daya yang mampu menahan aliran listrik pada konduktor.Alat tersebut menggunakan galvanometer untuk melihat besarnya arus listrik yangkemudian dikalibrasi ke satuan ohm. 4. Termometer Pengukur suhu, baik suhu udara maupun suhu air. Satuan yang digunakan adalah celcius. 5. Jangka Sorong Jangka sorong adalah suatu alat ukur

panjang

yang dapat dipergunakan amok mengukur panjang suatu benda dengan ketelitian hingga 0,1 mm. keuntungan penggunaan jangka sorong adalah dapat dipergun...