Besaran dan Satuan

Panjang
Standar internasional yang pertama adalah meter (m) dinyatakan sebagai standar panjang oleh French Academy of Sciences pada tahun 1790-an. Pada tahun 1889 suatu pertemuan internasional yang disebut General Conference on Weight and Measures dibentuk untuk melakukan pertemuan secara periodik untuk menyempurnakan satuan pengukuran ini. Pada tahun 1960, organisasi tersebut memutuskan untuk menamakan suatu sistem satuan berbasis meter, kilogram, dan sekon sebagai Sistem Internasional, yang disingkat SI (dari kata Perancis Systeme International). Tahun 1983, meter kembali didefinisikan ulang. Dalam hubungannya dengan kecepatan cahaya,meter adalah panjang jalur yang dilalui oleh cahaya pada ruang hampa udara selama selang waktu 1/299.792.458 sekon. Terdapat banyak alat ukur yang digunakan untuk mengukur besaran panjang,di antaranya adalah mistar, roll meter, jangka sorong dan mikrometer sekrup.

Pada dasarnya, besaran panjang dapat dinyatakan juga dalam satuan-satuan lain selain meter, baik satuan yang lebih besar maupun satuan yang lebih kecil. Satuan-satuan tersebut antara lain kilometer (km) dan (cm). Namun,satuan yang diakui secara internasional untuk besaran panjang adalah meter. Massa Setiap benda tersusun dari materi. Jumlah materi yang terkandung dalam tiap-tiap benda dinamakan massa benda. Satuan standar massa berdasarkan SI adalah kilogram (kg).

Pada mulanya, kilogram didefinisikan sebagai massa 1 liter air di bawah kondisi suhu dan tekanan tertentu. Namun, pada tahun 1901, satu kilogram standar didefinisikan sebagai massa logam platinum-iridium khusus yang disimpan di Biro Internasional untuk Berat dan Ukuran (International Bureau of Weights and Measures) di dekat kota Paris Prancis Dalam kehidupan sehari-hari, massa sering disamakan dengan berat.Padahal, kedua besaran tersebut berbeda. Massa tidak dipengaruhi oleh gravitasi, sedangkan berat dipengaruhi oleh gravitasi. Ketika seorang astronot berada di bulan, berat badannya akan berkurang karena gravitasi bulan lebih kecil daripada dengan gravitasi bumi. Namun, tidak demikian dengan massanya.

Massa astronot ketika berada di bulan akan tetap sama dengan massanya ketika berada di bumi. Massa diukur dengan neraca lengan, sedangkan berat diukur dengan neraca pegas. Kedua neraca tersebut digolongkan ke dalam jenis neraca mekanik. Apabila ingin memperoleh hasil yang lebih akurat, gunakanlah neraca elektronik. Selain kilogram massa juga dinyatakan dalam satuan-satuan lain,misalnya untuk massa yang kecil contohnya gram (g), miligram (mg), ons. Sementara, untuk massa yang lebih besar digunakan satuan ton (t) atau kuintal (kw). Contoh 1 ton = 10 kw = 1000 kg, 1 kg = 1000 g = 10 ons.

Waktu

Waktu adalah selang antara dua kejadian atau dua peristiwa. Misalnya, waktu malam adalah sejak matahari terbenam hingga fajar, waktu hidup adalah sejak dilahirkan hingga meninggal dunia, dan masih banyak contoh lainnya. Satuan standar waktu adalah detik atau sekon (s). Selama bertahun-tahun, sekon didefinisikan sebagai 1/86.400 hari rata-rata dalam setahun. Saat ini, definisi tersebut sudah tidak akurat lagi karena rotasi bumi berkurang sedikit demi sedikit secara tak beraturan dari tahun ke tahun. Pada tahun 1967 standar sekon didefinisikan dalam frekuensi radiasi yang dipancarkan oleh atom Cesium (133Cs) ketika melewati dua keadaan tertentu. Tepatnya, satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan untuk 9.192.631.770 periode radiasi inti. Tentu saja, ada benarnya jika 60 s dalam satu menit dan 60 menit dalam satu jam atau hour (h). Tabel 1.3 menunjukkan kisaran pengukuran selang (interval) waktu.

Untuk kejadian-kejadian yang selang terjadinya lama, waktu tidak lagi dinyatakan dalam sekon, tetapi dinyatakan dalam satuan-satuan yang lebih besar, misalnya menit, jam, hari, bulan, tahun, abad, dan seterusnya. Sementara untuk kejadian yang sangat cepat, digunakan satuan yang lebih kecil, misalnya milisekon, mikrosekon, dan sebagainya.

Besaran Skalar dan Besaran Vektor Selain besaran pokok dan besaran turunan, terdapat dua besaran fisis lainnya yaitu besaran skalar dan besaran vektor. Besaran skalar merupakan besaran yang memiliki besar dan tidak memiliki arah. Sementara besaran vektor adalah besaran yang memiliki besar dan arah. Pernyataan bahwa massa sebuah bola adalah 0,25 kg menunjukkan semua yang kita butuhkan untuk mengetahui tentang massanya. Khususnya, tidak ada arah tertentu ketika massa ditunjukkan. Hal yang sama adalah waktu yang diperlukan bola untuk menempuh jarak tertentu. Oleh karena itu, massa dan waktu adalah contoh besaran skalar. Contoh besaran skalar lainnya adalah suhu, energi benda yang bergerak, dan muatan listrik. Adapun, beberapa contoh besaran vektor adalah kecepatan, gaya, dan medan listrik.

Suatu vektor dapat dinotasikan dengan pemberian tanda panah di atas nama vektor ( A ), cetak tebal (A), ataupun dengan cetak miring (A). Karena vektor merupakan suatu besaran yang memiliki nilai dan arah, pada vektor dilakukan operasi aritmatika sederhana dengan catatan bahwa vektor tersebut sejenis dan berada pada arah yang sama. Vektor yang memiliki nilai sama tetapi memiliki arah yang berbeda, dapat dituliskan dengan A= -B. Penjumlahan dan Pengurangan Vektor Jika kita ingin menjumlahkan atau mengurangi suatu vektor, yakinkan bahwa vektor tersebut berada pada bagian yang sama. Penjumlahan dan pengurangan vektor dapat dilakukan dengan beberapa cara, di antaranya adalah dengan menggunakan metode poligon ataupun dengan operasi aljabar. Jika digunakan grafik, sebaiknya digunakan kertas grafik sehingga didapatkan hasil yang tepat. Hasil penjumlahan atau pengurangan suatu vektor disebut dengan vektor resultan.

Perkalian Skalar dengan Vektor Hasil perkalian atau pembagian antara vektor dengan skalar, adalah sebuah vektor. Jika besaran skalar bernilai positif, arah vektor yang dihasilkan sama dengan arah vektor. Jika skalar bernilai negatif, arah vektor yang dihasilkan berlawanan dengan arah vektor sebelumnya. B. Satuan dan Sistem Satuan Satuan sistem internasional (SI) merupakan sistem satuan yang paling penting dan sistem yang diterima secara luas di dunia saat ini. Namun, terdapat dua sistem lain yang tidak lazim dipakai, yakni sistem cgs dan sistem British. Dalam kehidupan sehari-hari kita sering mendengar istilah-istilah liter, galon,inci, ons, feet, pound, dan lain-lain. Satuan-satuan tersebut merupakan contoh sistem British.

Pada abad ke 17, sebagian ahli menggunakan sistem ukuran yang dinamakan sistem metrik. Pada sistem metrik, satuan yang lebih besar dan lebih kecil didefinisikan dalam kelipatan 10 dari satuan standar. Cara ini membuat perhitungan cukup mudah. Dengan demikian, 1 kilometer (km) adalah 1000 m, 1 centimeter adalah 1001 m, 1 milimeter (mm) adalah 10001 m atau 101 cm, dan seterusnya. Awalan centi, kilo, dan lainnya dapat diterapkan tidak hanya pada satuan panjang, tetapi juga pada satuan volume, massa, atau satuan metrik lainnya. Misalnya, satu centiliter (cL) adalah 10001 liter (L) dan satu kilogram adalah 1000 gram (g). Pada tahun 1960, sistem metrik digunakan dan diresmikan sebagai sistem internasional (SI). Penamaan ini berasal dari bahasa Perancis Le Systeme Internationale d’Unites.

Upaya menuju satu sistem satuan yang berlaku secara internasional bermula dari serangkaian pertemuan internasional para ilmuan sejak tahun 1889. Pada 1991 telah diambil kesepakatan bahwa satuan standar untuk waktu adalah sekon (detik) dan pada rentang tahun dari 1954 s.d. 1971 dipilih tujuh satuan standar. Sistem cgs berbasis centimeter, gram, dan sekon. Sistem ini adalah sistem metrik yang diturunkan langsung dari Sistem Internasional. Centimeter, gram, dan sekon adalah satuan standar untuk panjang, massa, dan waktu. Sementara British Engineering System memakai standar foot untuk panjang, pound untuk gaya, dan sekon untuk waktu.

Hubungan dan Konversi Satuan

Besaran apa pun yang diukur, panjang ataupun kecepatan selalu terdiri atas angka dan satuan. Kita sering diberi besaran dalam satu set satuan, tetapi kemudian ingin mengubahnya dalam set satuan yang lain. Hal ini dapat diselesaikan dengan menggunakan persamaan pengubahan pokok yang menghubungkan suatu set satuan ke satuan yang lain. Kegiatan ini disebut dengan konversi satuan.

Sebagai contoh, sebuah meja lebarnya 21,5 inci, Jika dinyatakan dalam centimeter, kita harus menggunakan faktor konversi, dengan ketentuan bahwa 1 in. = 2,54 cm, atau jika ditulis dengan cara lain 1 = 2,54 cm/in. C. Analisis Dimensi Dalam fisika banyak besaran yang sebenarnya terbentuk atau tersusun atas besaran lain, atau besaran yang satu dengan lainnya sebenarnya sejenis. Misalnya, jarak yang ditempuh partikel selama bergerak lurus dengan keliling suatu lingkaran adalah dua besaran sejenis yang sama-sama merupakan besaran panjang. Kelajuan adalah jarak yang ditempuh tiap satu satuan waktu. Artinya, besaran kelajuan tersebut sebenarnya tersusun dari besaran panjang dibagi waktu. Gambaran yang menggambarkan bagaimana suatu besaran terbentuk atau tersusun dari besaran-besaran lain disebut dengan dimensi.

Seperti yang telah disebutkan pada bagian terdahulu, ada tujuh besaran pokok yang satu dengan lain satuannya didefinisikan secara independen. Untuk besaran-besaran mekanik, massa, panjang, dan waktu merupakan besaran pokok yang biasa membentuk besaran-besaran lainnya. Besaran-besaran tersebut diberi notasi dimensi M untuk massa, L untuk panjang dan T untuk waktu. Dalam hal contoh di atas (kelajuan), dimensinya adalah [v] = L/T = LT-1. Dimensi ini diperoleh dari definisi bahwa kelajuan adalah jarak tempuh dibagi waktu. Jarak tempuh termasuk besaran panjang, dan dimensinya L, sedangkan besaran waktu memiliki dimensi T. Dengan demikian, dimensi kelajuan menjadi L/T = LT-1 dengan satuan m/s, km/jam, atau lainnya.

Kegiatan yang telah dilakukan pada besaran kelajuan di atas disebut analisis dimensi. Selain dapat menggambarkan suatu besaran dalam besaran lain,analisis dimensi juga dapat digunakan untuk mengecek kebenaran suatu persamaan fisika. Hal ini dapat terjadi karena suatu persamaan fisika harus memiliki dimensi yang konsisten. Misalnya, dalam persamaan gerak lurus beraturan ada persamaan yang menghubungkan perpindahan dengan kecepatan dan waktu, yaitu s=v.t. Apabila kita melakukan analisis dimensi, dimensi ruas kiri harus sama dengan dimensi ruas kanan. Dimensi perpindahan adalah [L] sedangkan dimensi kecepatan adalah [L/T] dan dimensi waktu adalah [T]. Dengan demikian, dapat dinyatakan bahwa s= v.t [L] = L/T][T] = [LT-1][T][L] = [L] ⇒ berarti persamaan tersebut adalah benar, karena dimensinya konsisten.

Notasi Ilmiah

Salah satu bahasa fisika adalah angka. Rentangan angka dalam dunia fisika sangat besar. Sebagai contoh, jarak antara bumi ke matahari sekitar 150.000.000 kilometer (km), massa bumi sekitar 5.980.000.000.000.000.000.000.000 kilogram (kg), dan diameter atom sekitar 0,0000000001 meter (m). Angka-angka tersebut tentu sangat besar dan sangat merepotkan jika harus ditulis demikian. Untuk menyederhanakan angka-angka tersebut, para ahli menyarankan penggunaan pangkat 10. Dengan penggunaan pangkat 10 ini, jarak antara bumi ke matahari adalah 1506 km, massa bumi 5,98 x 1024 kg, dan diameter atom dapat ditulis 10-10 m.

Dalam notasi ini, 103 menyatakan 1000 dan 10-5 berarti 0,00001. Penggunaan pangkat 10 tersebut dinamakan dengan notasi ilmiah.

Rangkuman

1. Besaran fisika dapat berupa besaran pokok atau besaran turunan.
2. Besaran juga dapat dipilah menjadi besaran skalar dan besaran vektor.
3. Besaran pokok adalah besaran-besaran yang membentuk besaran turunan. Contohnya adalah panjang, massa, dan waktu. Besaran turunan adalah besaran yang satuannya diturunkan dari satuan besaran pokok. Contohnya volume, kecepatan, dan luas.
4. Besaran skalar tidak memiliki arah sedang besaran vektor memiliki besar dan arah.
5. Hasil penjumlahan dan pengurangan vektor dapat diketahui dengan menggunakan operasi aljabar ataupun dengan menggunakan metode poligon. Perkalian skalar dengan vektor selalu menghasilkan vektor. Jika skalar bernilai positif, arah vektor yang dihasilkan sama dengan arah vektor. Sementara, jika skalar bernilai negatif, arah vektor yang dihasilkan berlawanan dengan arah vektor sebelumnya.
6. Analisis dimensi penting dilakukan untuk menggambarkan bagaimana suatu besaran dinyatakan dalam besaran lainnya. Selain itu, dapat juga digunakan untuk mengecek kebenaran suatu persamaan fisika.