Alat ukur dan ketelitian pengukuran
Alat Ukur
Proses pengukuran tidak akan terlepas dari fisika, karena semua besaran fisika diperoleh dari proses pengukuran. Alat ukur telah banyak dibuat orang, mulai dari yang manual sampai otomatis, mulai dari yang analog sampai yang digital. Pada modul ini kita hanya akan mempelajari bebarapa alat ukur manual yang sangat umum digunakan.
Pengukuran Panjang
Alat ukur panjang yang umum digunakan, mulai dari yang kurang teliti ke yang lebih teliti adalah:
Mistar
Mistar merupakan alat ukur panjang bersatuan milimeter (mm) dan centimeter (cm). Skala terkecilnya adalah 1 milimeter atau ketelitiannya 0,5 mm. Dimana ketelitian alat adalah ½ skala terkecil.
Gambar 2.1. Mistar
Jangka Sorong
Jangka sorong biasanya digunakan untuk mengukur diameter dalam atau luar sebuah benda. Jangka sorong memiliki rahang tetap (skala utama) dan rahang geser (nonius atau vernier). Skala terkecil jangka sorong adalah 0,1 mm atau 0,01 cm. Ketelitiannya 0,05 mm atau 0,005 cm
Cara mengukur menggunakan jangka sorong yaitu dengan 2 tahap;
1. Perhatikan skala utamanya yang berdekatan dengan angka 0 nol pada rahang geser (nonius).
2. Berikutnya perhatikan skala nonius yang berhimpit dengan skala utama dan ini adalah tempat kedua desimal jika kita
menggunakan skala cm.
Perhatikan Gambar 2.2. diatas!
Skala utama yang berdekatan dengan nol nonius adalah 2,1 cm
Skala nonius yang berhimpit dengan skala utama adalah 3 atau 0,3 mm. Maka hasil pengukurannya adalah 2,13 cm
Karena ketelitiannya 0,005 cm (tiga desimal) maka hasil ukurnya dinyatakan dalam 3 desimal yaitu: 2,130 + 0,005 cm.
Mikrometer Sekrup
Mikrometer sekrup adalah alat ukur panjang dengan skala terkecil 0,01 mm atau ketelitiannya 0,005 mm atau 0,0005 cm.
Dengan ketelitian tersebut mikrometer sekrup dapat mengukur ketebalan selembar kertas.
Mikrometer sekrup juga memiliki skala utama dan skala nonius, cara pengukurannya:
1. Memperhatikan skala utama yang berbatas dengan selubung putar.
2. Membaca Skala nonius yang berhimpit dengan garis utamanya lalu dijumlahkan.
Perhatikan gambar mikrometer sekrup diatas. Skala utamanya menunjukkan 13,5 mm lebih dan skala nonius nya menunjukkan garis ke-17 (0,17 mm) maka hasil pengukurannya:
x = 13,5 mm + 0,17 mm = 13,67 mm.
Untuk penulisannya x = 13,670 + 0,005 mm
Dengan 0,005 adalah ketelitian mikrometer sekrup.
Alat ukur massa
Alat ukur massa yang sangat umum di masyarakat adalah neraca/timbangan, sedangkan untuk keperluan lab yang membutuhkan ketelitian tinggi biasanya digunakan neraca ohaus, dengan ketelitian sampai 0,1 gram.
Alat ukur waktu
Jam merupakan alat ukur waktu yang paling umum dan biasa digunakan. Sedangkan untuk mengukur waktu yang membutuhkan ketelitian tinggi, misalnya sampai 0,01 detik bahkan lebih digunakan stopwatch. Berikut contoh stopwatch analog yang biasa digunakan untuk olahraga.
Ketelitian Pengukuran
Kesalahan pengukuran adalah suatu hal yang lumrah, apakah itu dilakukan oleh si pengukur atau alat ukur yang digunakan. Kesalahan (error) adalah penyimpangan nilai yang diukur dari nilai benar xo.
Ada tiga macam kesalahan pada pengukuran:
1. Kesalahan umum (keteledoran)
Keteledoran adalah kesalahan yang disebabkan oleh keterbatasan pengamat, diantaranya bisa karena tidak trampilnya
menggunakan alat ukur atau tidak cermatnya mengamati skala ukur.
2. Kesalahan acak
Ini merupakan kesalahan karena adanya fluktuasi pengukuran. Bisa diakibatkan kondisi, seperti melakukan pengukuran
di atas kapal yang bergerak. Atau karena fluktuasi nilai ukur, seperti mengukur tegangan PLN yang naik turun.
3. Kesalahan sistematis
Merupakan kesalahan yang hasil ukurnya terdistribusi secara konsisten di sekitar nilai benarnya. Kesalahan jenis
ini bisa terjadi salah satunya karena kesalahan kalibrasi alat.
Aturan penulisan hasil pengukuran
Karena tidak pernah diperolehnya nilai ukur yang benar-benar tepat maka dibuatlah aturan penulisan hasil pengukuran. Hasil pengukuran suatu besaran dilaporkan sebagai:
Dengan x adalah nilai pendekatan terhadap nilai benar xo dan ∆x adalah ketidak pastiannya. Ketidak pastian pengukuran ditentukan berdasarkan:
1. Pengukuran tunggal
Untuk pengukuran yang dilakukan satu kali saja atau pengukuran tunggal, nilai ketidakpastian didasarkan pada ½
skala terkecil alat ukur.
2. Pengukuran berulang
Untuk memperoleh hasil pengukuran yang lebih mendekati kebenaran maka perlu dilakukan pengukuran berulang.
Nilai benar xo dapat didekati dengan nilai rata-rata x.
Sedangkan untuk ketidakpastian pengukurannya ∆x dapat dinyatakan oleh simpangan baku nilai rata-rata sampel.
Jumlah angka yang dapat dilaporkan dalam pengukuran berulang ditentukan berdasarkan ketidakpastian relatif.
Ketidakpastian relatif = ∆x/x×100%
Jika ketidakpastian relatif
1. sekitar 10% berhak atas 2 tempat desimal
2. sekitar 1% berhak atas 3 tempat desimal
3. sekitar 0,1% berhak atas 4 tempat desimal
Ketidakpastian Mutlak dan Relatif
Ketidakpastian mutlak dapat diperoleh baik berdasarkan pengukuran tunggal maupun pengukuran berulang. Ketidak pastian mutlak dilaporkan sebagai x = xo + ∆x. Ketidakpastian mutlak menyatakan ketepatan pengukuran. Semakin kecil ketidakpastian mutlak, maka makin tepat pengukuran tersebut.
Cara lain untuk menyatakan ketidakpastian adalah menggunakan ketidakpastian relatif. Ketidakpastian relatif tidak memiliki satuan dan dinyatakan dalam persen. Ketidakpastian relatif digunakan untuk membandingkan ketelitian dua pengukuran atau lebih. Semakin kecil ketidak pastian relatif maka semakin teliti pengukuran.
Misalnya, sebuah ampere meter digunakan untuk mengukur dua kuat arus yang berbeda, hasil pengukuran dilaporkan I1 = 10,00 + 0,05 mA dan I2 = 20,00 + 0,05 mA. Manakah pengukuran yang lebih teliti?
Ketidakpastian relatif I1 = 0,05/10×100%=0,5%
Ketidakpastian relatif I2 = 0,05/20×100%=0,25%
Karena ketidakpastian relatif I2 lebih kecil dari pada I1 maka ketelitian pengukuran I2 lebih teliti dari I1 walaupun ketepatan pengukurannya sama karena ketidakpastian mutlaknya sama.
(Lihat versi docx)
Tidak ada komentar:
Posting Komentar