PRAKTIKUM FISIKA DASAR - TEORI RALAT PDF

Preview

Summary

TEORI RALAT 1. PENDAHULUAN Fisika mempelajari tentang fenomena-fenomema alam secara kualitatif dan kuantitaif; karenanya masalah pengukuran terhadap besaran fisis mempunyai arti penting. Mengukur adalah membandingkan suatu besaran fisis dengan besaran fisis sejenis yang dapat dianggap sebagai tolok ...

Description

TEORI RALAT 1. PENDAHULUAN Fisika mempelajari tentang fenomena-fenomema alam secara kualitatif dan kuantitaif; karenanya masalah pengukuran terhadap besaran fisis mempunyai arti penting. Mengukur adalah membandingkan suatu besaran fisis dengan besaran fisis sejenis yang dapat dianggap sebagai tolok ukurnya (besaran standar).

Oleh sebab itu tujuan

pengukuran adalah untuk mengetahui harga/nilai antara besaran yang diukur dengan besaran yang dianggap tolok ukurnya.

Dalam kenyataannya nilai pembanding yang

sesungguhnya tidak pernah diketahui sehingga hasil pengukuran yang benar tidak pernah diketahui. Setiap kali melakukan pengukuran yang diulang-ulang dengan teliti, hasilnya hampir selalu berbeda meskipun selisihnya sangat kecil. Karenanya dalam proses pengukuran selalu terdapat kesalahan atau ralat (”error”). Usaha yang harus dilakukan dalam setiap pengukuran adalah memperoleh kesalahan tersebut sekecil mungkin.

2. FAKTOR-FAKTOR PENYEBAB TIMBULNYA RALAT Secara

garis

besar

faktor-faktor

penyebab

timbulnya

kesalahan

atau

ralat

dikelompokan menajdi 3 macam, yaitu : - Ralat sistematis - Ralat kebetulan dan - Ralat kekeliruan tindakan 2.1 Ralat Sistematik Ralat kelompok ini bersifat tetap adanya dan disebabkan oleh faktor-faktor : a. Alat, misalnya kalibrasi alat; harga skala, kondisi alat yang berubah, pengaruh alat terhadap besaran yang diukur. b. Pengamat, karena ketidakcermatan pengamat dalam membaca c. Kondisi fisis pengamatan, misalnya karena kondisi fisis pada saat pengamatan tidak sama dengan kondisi fisis peneraan alat akan mempengaruhi penunjukan alat d. Metoda pengamatan, ketidaktepatan pemilihan metode akan mempengaruhi hasil pengamatan, misal sering terjadi kebocoran besaran fisis seperti panas, cahaya dan sebagainya. 2.2. Ralat Kebetulan Dalam pengamatan yang berulang-ulang untuk suatu besaran fisis yang dianggap tetap ternyata memberikan hasil yang umumnya berbeda-beda. Kesalahan-kesalahan yang terjadi pada pengamatan berulang ini disebut ralat kebetulan, faktor-faktor penyebabnya adalah : a. salah menaksir, misalnya penaksiran terhadap harga skala terkecil, bagi seorang pengamat berbeda dari waktu ke waktu. Praktikum Fisika Dasar I - 2014

1

b. Kondisi fisis yang berubah (berfluktuasi), misalnya karena temperatur, atau tegangan listrik ruang yang tidak stabil. c. Gangguan, misalnya adanya medan magnet yang kuat dapat mempengaruhi penunjukan meter-meter listrik d. Definisi, misalnya karena penampang pipa tidak bulat betul maka penentuan diameternya menimbulkan kesalahan 2.3. Ralat Kekeliruan tindakan Kekeliruan tindakan bagi pengamat dapat terjadi dalam 2 bentuk, yaitu : a. Salah berbuat, misalnya salah baca, salah pengaturan situasi/kondisi, salah menghitung (misalnya ayuanan 10 kali hanya terhitung 9 kali). b. Salah hitung terutama terjadi pada hitungan pembulatan. 3. PERHITUNGAN RALAT Dari uraian diatas, dapat dipahami bahwa adanya kesalahan dalam pengukuran tidak dapat dihindari, usaha yang dilakukan hanya memperkcil kesalahan tersebut sampai sekecil-kecilnya. Khusus dalam hal pengamatan pada praktikum Fisika Dasar, peralatan, situasi kondisi yang ada harus diterima apa adanya, dalam arti praktikan tidak dapat memanipulir ralat sistematik secara baik. Praktikan harus berusaha bekerja sebaikbaiknya untuk menghindari atau mengurangi adanya ralat kekeliruan tindakan dan sekaligus mengurangi ralatsistematik, maka yang dihadapi kemudian adalah ralat kebetulan. Setiap pengukuran akan mempunyai ralat kebetulan, oleh sebab itu untuk memperkecil ralat ini haruslah diadakan pengukuran berulang, makin banyak makin baik. Namun demikian tidak semua pengamatan dapat diulangi, sehingga praktikan hanya dapat melakukan poengamatan sekali saja, dalam hal ini kesalahan terjadi terutama penaksiran skala. diperhitungkan

Karenanya, ralatnya adalah ralat penaksiran yang

0,1 skala terkecil.

Ralat kebetulan secara garis besar dapat

dibedakan menjadi 2 macam, yaitu ralat dari hasil pengamatan langsung dan ralat hasil perhitungan.

Kedua macam ralat tersebut dapat diperhitungkan dan

didefinisikan sebagai berikut:

3.1. Ralat Pengamatan Seperti telah diuraikan diatas, jika pengamatan/pengukuran dilakukan berkali-kali pada besaran yang diukur secara langsung, hasilnya berbeda-beda, misalnya hasil pengamatan/pengukuran yang dilakukan sebanyak k kali dengan hasil tiap kali xi : x1 ; x2 ; x3 . . . . . . . . . xk, dimana xi yang besarnya x1 ; x2 ; x3 . . . . . . . . . xk, dinamakan nilai terukur yang merupakan nilai atau harga yang mungkin. Nilai

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

2

terbaik dari nilai-nilai terukur adalah nilai rata-ratanya yang juga merupakan nilai _ yang paling mungkin, jadi nilai terbaiknya  x  yaitu :  

k



x

x i 1

i

x1  x 2  ................  xk k



k

.......

1

Selisih atau penyimpangan antara nilai terukur dengan nilai rata-rata disebut deviasi dengan lambang 

jadi : _

 x  xi  x

2

Deviasi seperti yang dituliskan pada persamaan (2), merupakan penyimpangan terhadap nilai terbaik dari nilai terukur yang bersangkutan (xi). Untuk menentukan nilai pengamatan yang mungkin, ditentukan nilai terbaik

_  x  

dengan

penyimpangan yang disebut ”deviasi standard”. Deviasi standard ini didefinisikan sebagai akar rata-rata kuadrat deviasinya, dan untuk pengamatan di lab. Fisika Dasar umumnya besaran terukur tunggal digunakan rumus :

   k

s_ 

Standard deviasi =

xi

1

k (k  1)

x

 x  x  k

2



2

i 1

i

k k  1

3

Sedangkan deviasi standard relatifnya dapat ditulis :

s xr 

sx _

atau s xr 

sx _

 100%

4

x

x

Dengan demikian maka harga atau nilai suatu pengukuran/pengamatan dapat _

ditulis besaran-besaran x yang benar adalah x s x , jadi _

x  x s x . . . . . . . . .

5

Dalam menyatakan nilai suatu pengukuran, seringkali dinyatakan dengan kesaksamaan atau kecermatan, yaitu 1 – sxr atau 100% - sxr %. Kesaksamaan atau kecermatan dapat dianggap sebagai jaminan akan kebenaran hasil pengamatan. Contoh : Praktikum Fisika Dasar I - 2014

3

Suatu batang logam diukur berulang kali dengan hasil sebagai berikut :

Pengukuran

Data Pengamatan Pengukuran ke Data Pengamatan

ke 1

47,51 cm

6

47,49 cm

2

47,49 cm

7

47,48 cm

3

47,48 cm

8

47,46 cm

4

47,50 cm

9

47,53 cm

5

47,47 cm

10

47,49 cm

Dengan menggunakan rumus 1 dan 3 diperoleh hasil : _

x  47,49cm s x  0,007cm Catatan : untuk perhitungan mencari harga rata-rata dan simpangan/deviasi standar seperti diatas banyak kalkulator sudah menyedia fasilitas tersebut.

Dari perhitungan diatas maka nilai x adalah : _

x  x  s x  (47,490  0,007)cm Dengan kesaksamaan: 100% 

0,007  100%  99,986% 47,490

3.1. Ralat Perambatan Merupakan ralat perhitungan darimsuatu besaran yang besaran tersebut tidak dapat diamati secara langsung tetapi lewat besaran alain yang terukur langsung. Misalnya perhitungan volume balok dengan alat ukur panjang(pengagris). Besaran panjang (p); lebar (l) dan tinggi merupakan besaran yang terukur langsung. Sedangkan besaran volume (V) dihitung berdasarkan rumus : _

_

_

_

V  p l  t

Ralat volume (V) dihiutng dengan menggunakan rumus perambatan ralat sebagai berikut : 2

 V   V   V  sv   s p    sl    st   p   l   t  2

2

Misal hasil pengukuran diperoleh data sebagai berikut :

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

4

p  (5,12  0,02)cm l  (3,22  0,01)cm t  (2,57  0,01)cm Diperoleh hasil perhitungan : _

V  (5,12)(3,22)(2,57)  42,37cm 3  V   p  V   l

 _ _   l  t  (3,22)(2,57)  8,2754   _ _   p t  (5,12)(2,57)  13,1564   V  _ _    p l  (5,12)(3,22)  16,4864  t  s V  (8,2574) 2 (0,02) 2  (13,1564) 2 (0,01) 2  (16,4864) 2 (0,01) 2 sv  0,5643cm 3 Penyajian hasil perhitungan volume balok adalah :

V  (42,4  0,6)cm 3

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

5

PENERAAN THERMOMETER Tujuan 1. Tanggap terhadap penunjukan thermometer 2. Dapat melakukan peneraan thermometer Alat-alat yang digunakan 1. Bejana didih 2. Bejana Es 3. Thermometer batang dengan skala - 100C sampai 1100C 4. Thermometer badan Teori Skala Celcius Pada skala ini dipilih dua referensi (pangkal) atau dua titik tetap. Dua titik tetap itu adalah titik beku air yaitu suhu es yang sedang mencair pada tekanan udara 1 atm, dan titik didih yaitu suhu air murni yang mendidih pada tekan 1 atm, yang masing-masing didefinisikan sebagai 00C dan 1000C. Jarak antara ujung air raksi dalam pipa kapiler dari thermometer air raksa pada titik beku air dan pada titik didih air dibagi menjadi 100 bagian yang sama dan tiap bagiannya 1 derajat. Dasar Percobaan Termometer badan mempunyai skala 350C sampai 420C, sehingga tidak mungkin ditera secara langsung dengan es yang sedang mencair dan air yang menididih. Jadi thermometer badan harus ditera dengan thermometer batrang yang mempunyai skala sedikit dibawah 00C dan sedikit diatas 1000C yang ditera terlebih dahulu pada titik beku air dan pada titik didih air secara langsung. Perhitungan Untuk mendapatkan titik didih air, perlu dilihat barometer dan table titik didih. Pada pembacaan barometerharus dilakukan koreksi sebagai berikut :

h  ht (1  0,000163t ) dengan

978 981

h  tekanan barometer terlkoreksi (sesungguhnya) ht  tekanan barometer terbaca t  suhu kamar

dianggap grafitasi di laboratorium = 978 cm/dt2 Jika titik didih menurut table T0C sedang pembacaan thermometer batang didlam bejana didih adalah b0C, sedang pembacaan dalam bejana es = a0C, maka harga skala thermometer batang adalah :

T ba Sehingga jika thermometer batang dimasukkan kedalam air hangat menunjukkan t0C, maka suhu sesungguhnya diperoleh dari persamaan :

x  (t  a)

T 0 C ba

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

6

Koreksi thermometer batang adalah selisih antara suhu sesungguhnya dan suhu terbaca jadi  x  t . Jika thermometer badan menunjukkan t’ maka koreksi thermometer badan adalah x  t ' Tata laksana Percobaan 1. masukkan thermometer batang kedalam bejana es yang berisi sedang mencair. Catatlah pembacaan thermometer. Ulangi percobaan ini 5 kali atau lebih. 2. Masukkan thermometer batang kedalam bejana didih. Catatlah pembacaannya. Catat juga pada saat ini pembacaan barometer dan suhu kamar. 3. Buatlah air hangat dalam bejanagelas dengan suhu diukur menggunakan thermometer batang kira-kira 400C. Masukkan thermometer batang dan thermometer badan bersama-sama kedalamnya. Catatlah pembacaan thermometer batang waktu thermometer badan menunjukkan 400C; 390C; 380C; 370C; 360C dan 350C. 4. Ulangi percobaan 3) beberapa kali. Perhatian : Hati-hati bekerja dengan thermometer badan, karena batas pengukurannya hanya 420C. Jika suhu yang diukur melebihi 420C thermometer akan pecah. Pertanyaan : 1. Bilamana dan kapankah titik beku air 00C dan titik didih air 1000C? 2. Apa yang dimaksud dengan menera? Apa yang dipakai sebagai standard peneraan thermometer dan bagaimana caranya 3. Mengapa thermometer badan tidak boleh ditera langsung dengan es mencair dan air mendidih? 4. Apakah koreksi barometer dengan koraksi thermometer, terangkan! 5. Terangkan mengapa suhu sesungguhnya mempunyai persamaan :

x  (t  a)

T 0 C ba

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

7

TARA KALOR LISTRIK I. TUJUAN Tujuan dari percobaan ini adalah untuk memperagakan adanya hubungan tenaga listrik dengan kalor dan menentukan angka kesetaraan Joule dengan kalori. II. ALAT 1. 2. 3. 4.

Kalorimeter dan Thermometer Voltmeter AC dan Amperemeter AC Variac Tahanan geser dan saklar pemutus

III. TEORI Dua bentuk tenaga diantara tenaga-tenaga yang lain, yang dibicarakan disini adalah tenaga listrik dan tenaga panas. Tenaga dari bentuk yang satu dapat berubah menjadi bentuk yang lain. Contoh: peristiwa gesekan menyebabkan tenaga mekanik berubah menjadi tenaga panas. Kesetaraan panas-mekanis pertama kali diukur oleh Joule dengan mengambil tenaga mekanik dari beban yang jatuh untuk mengaduk air dalam kalorimeter sehingga air menjadi panas. Hal serupa juga dapat dilakukan pada tenaga listrik. Tenaga listrik dapat diubah menjadi tenaga panas melalui suatu kawat tahanan yang tercelup dalam air yang berada di dalam kalorimeter. Tenaga listrik yang hilang dalam kawat tahanan besarnya : W = Vit

1)

V = beda potensial antara ujung-ujung kawat i

= kuat arus

t

= lama arus mengalir.

Tenaga listrik sebesar Vit ini merupakan tenaga mekanik yang hilang dari elektron-elektron yang bergerak dari ujung kawat berpotensial rendah ke ujung berpotensial tinggi. Tenaga ini berubah menjadi panas. Tenaga panas yang timbul dapat dihitung dengan mengukur massa benda, kenaikan suhu benda dan panas jenis benda yang mengalamai kenaikan suhu akibat arus listrik. Secara matematis dinyatakan : Q = m . c . ΔT

2)

Panas yang keluar dari kalorimeter dapat sangat berkurang dan dianggap tak ada jika selisih antara suhu akhir dan suhu kamar sama dengan selisih antara suhu awal dan suhu kamar. Gambar 1 menunjukkan susunan alat percobaan.

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

8

variac V

A

Gambar 1. Susunan alat

IV. LANGKAH PERCOBAAN 1. Kalorimeter kosong (bejana dalam) ditimbang. Kemudian diisi air sampai kira-kira kawat pemanasnya tercelup dan ditimbang. Massa air adalah selisih hasil penimbangan. 2. Suhu kamar (To) dibaca dan dicatat. Kalorimeter didinginkan dalam termos es sampai beberapa derajad dibawah suhu kamar, catat suhu awal (Tm). Beda suhu = To-Tm. Maka suhu akhir Ta = To + beda suhu. 3. Alat disusun seperti gambar 1. 4. Tutup saklar, amati termometer sampai dicapai suhu akhir. Ukur waktu arus mulai saklar ditutup sampai dibuka kembali. 5. Catat data-data yang diperlukan. 6. Ulangi percobaan di atas untuk massa air yang berbeda. Ulangi sampai 5 kali. V. DAFTAR PUSTAKA Abidin, Z, ”Petunjuk Praktikum Fisika Dasar” STTN-BATAN

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

9

Kelembaban Udara Alat-alat yang diperlukan: 1. Hygrometer putar 2. Higrometer titik embun 3. Tabel-tabel. Tujuan Percobaan : 1. Memahami asas kerja hygrometer 2. Menggunakan hygrometer untuk menentukan kelembaban udara suatu ruang. Teori Banyaknya uap air diudara, memberikan ukuran kelembaban udara. Kalau tekanan uap air didalam udara mencapai meksimum maka mulailah terjadi pengembunan. Misalnya uadar mengandung uap air yang memberikan tekanan partial sebesar 17,55 mmHg, temperature udara 30 0C. Tekanan maksimum pada 30 0C adalah 31,86 mmHg. Jadi tekanan partial oleh uap air masih dibawah tekanan maksimum pada keadaan ini tidak terjadi pengembunan. Kalau temperature turun sampai 20 0C , maka muli terjadi pengembunan karena tekanan maksimum uap air pada 20 0C adalah 17,55mmHg. Temperatur dimana mulai terjadi pengembunan disebut titik embun.

Kalau temperature udara terus turun,

terjadilah awan dan hujan sehingga mengurangi jumlah molekul uap air diudara sedemikian rupa sehingga tekanan uapair dalam udara tidak melebihi tekanan maksimum, misalnya kalau temperature turun sampai 18 0C, dengan terjadinya pengembunandan hujan tekanan udara tidak akan melebihi 15,49 mmHg karena tekanan maksimum uap air pada 18 0C adalah 15,49 mmHg.

Kelembaban mutlak : adalah masa uap air dalam udara persatuan volume Kelembaban relatif : perbandingan antara massa uap air persatuan volume dalam udara dengan massa uap air persatuan volume kalau tekanannya sama dengan tekanan maksimum uap air pada temperature udara.



tekanan..uap.air .dalam.udara tekanan.maks.uap.air . pada.temperatur .udara

Tata Laksana Percobaan I.

Dengan Sling hygrometer yakni dua buah thermometer yang satu ujungnya dibasahi dengan kapas sedangkan yang lain kering yang diletakkan pada sebuah batang dan diputar dengan cepat.. Efek ini sama dengan meletakkan kedua thermometer itu

Praktikum Fisika Dasar I - 2014

10

ditempat yanganginnya bertiup dengan kencang. Akan terlihat bahwa thermometer yang basah akan menunjukkan temperature yang lebih rendah dari pada yang kering. Ini disebabkan karena disekeliling ujung thermometer basah ada uap air jenuh sedang disekitarnya tekanan uap airnya jauh lebih kecil, jadi molekul-molekul didekat ujung lebih rapat daripada yang jauh dari ujung tersebut. Akibatnya terjadi difusi yakni molekulmolekul uap air didekat ujung bergerak keluar menjauhi ujung yakni dari tempat yang rapat ketempat yang kurang rapat. Tetapi karena ujung itu selalu basah, jadi pada keadaan setimbang permukaannya harus ada uap air kenyang, maka terjadilah penguapan terus menerus pada permukaan tersebut. Karean untuk dibutuhkan panas, maka pada keadaan setimbang temperature ujung harus lebih rendah daripada sekitarnya agar terjadi penghantaran panas dari sekitarnya menuju ujung ini. Berdasarkan jalan pikiran ini Clerk Maxwell memperhitungkan masa uap air yang diuapkan perdetik yang mana tergantung pada perbedaan antara tekanan uap pada permukaan dengan tekanan uap disekitarnya tergantung pula konstanta diffuse. Kemudian diperhitungkan pula panas perdetik yang diterima oleh ujung dari sekitarnya secara penghantaran dan pemancaran. Besarnay panas tergantung daya hantar dan daya pancar udara dan perbedaan antara temperature dipermukaan ujung dengan temperatur disekitarnya. Jumlah panas ini harus sama dengan panas yang diperlukan untuk penguapan. Dari hal tersebut dapat diturunkan persammaan :

p  pm  0,00066B(t  t b ) dengan : p

=

tekanan uap air dalam udara

pm

=

tekanan uap air maksimum pada temperature udara

B

=

barometer

t

=

temperature yang ditunjukkan oleh temperature kering

tb

=

temperature yang ditunjukkan oleh temperature basah

Dari hasil pengamatan t; tb; B dan pembacaan pada table untuk pm serta masa jenis uap air dapat dihitung : a). Kelembaban relatif b). Titik embun c). Kelembaban mutlak.

II. Dengan memakai Dew Point Hygrometer, yakni dalam bumbung yang berdinding luar mengkilp dimasukkan ether dan thermometer. Ether dipaksa menguap dengan menghembuskan udara kedalambumbung. Akibatnya temperature ether turun sampai titik embun (ini dapat dibaca pada thermometer) maka mulailah terjadi pengembunan. Hal ini dapat etrlihat pada dinding bumbung yang menjadi suram. Percobaan dilakukan dengan menghembuskan udara sampai mencapai titik embun, kemudian dibiarkan Praktikum Fisika Dasar I - 2014

11

sampai embun mulai menghilang. Suhu pada saat mulai terjadi pengembunan dan embunnya mulai hilang dicatat. Harga rata-rata dari kedua temperature itu merupakan titik embun. Percobaan d...