Bab1-Besaran Dan Satuan

Tubuh ManusiaTubuh ManusiaTubuh ManusiaTubuh Manusia

Memiliki unsur:Memiliki unsur:

1.1. mekanik: gerak anggota tubuh, engsel , tarikan mekanik: gerak anggota tubuh, engsel , tarikan otototot

2.2. Fluida: aliran darah, kencing, keringat, air mata dllFluida: aliran darah, kencing, keringat, air mata dll3.3. Elektrik: jaringan saraf mengirim signal informasi, Elektrik: jaringan saraf mengirim signal informasi,

rasa gelirasa geli4.4. Magnetik: rekaman ingatan di otak, perasaan di Magnetik: rekaman ingatan di otak, perasaan di

hati , stresshati , stress5.5. Termik: rasa panas, dinginTermik: rasa panas, dingin6.6. Getaran & gelombang: denyut jantung, Getaran & gelombang: denyut jantung,

pendengaranpendengaran7.7. Tekanan: tensiTekanan: tensi8.8. Electro-magnetik: komunikasi melalui batin, Electro-magnetik: komunikasi melalui batin,

empatiempati

FisikaA.Sistem Satuan:

• 1. panjang (m)

• 2. berat(Kg)

• 3. Tekanan (N/m2 )

• 4.kalor/termo/panas (kal)

• 5. Listrik (Watt, Ampere, Volt)

• 6. Getaran & gelombang (Hz)

• 7. Optik (lumen, )

• 8. waktu (detik)

B. Dasar & Prinsip Instrumentasi Kedokteran

Dasar , konsep dan Prinsip-prinsip Fisika yg mendasari alat-alat seperti:

1. Stetoskop2. Termometer3. Tensi meter4. USG5. Ronggen6. EKG7. CT Scan8. MRI9. Radiasi 10. Alat-alat pendukung (mekanik, electric,

electronic, sensor, jaringan , instalasi, dll)

BESARAN DAN SISTEM SATUAN

1.1

BESARAN FISIKA BESARAN FISIKA DANDAN

SISTEM SATUANSISTEM SATUAN

BESARAN FISIKA BESARAN FISIKA DANDAN

SISTEM SATUANSISTEM SATUAN

Model

PengamatanPeristiwa Alam

Eksperimen

Pengukuran Besaran FisikaApakah yang diukur ?

Pengukuran

Kuantitas(Hasil Pengukuran)

Alat Ukur

Penyajian

Harga Satuan

Standar ukuran Sistem satuan

KalibrasiSistem Matrik SI

Besaran Fisika

Konseptual

Matematis

Besaran Pokok

Besaran Turunan

Besaran Skalar

Besaran Vektor

: besaran yang ditetapkan dengan suatu standar ukuran

: Besaran yang dirumuskan dari besaran-besaran pokok

: hanya memiliki nilai

: memiliki nilai dan arah

Besaran Pokok

(dalam SI)

Massa

Panjang

Waktu

Arus listrik

Suhu

Jumlah Zat

Intensitas

Satuan(dalam SI)

kilogram (kg)

meter (m)

sekon (s)

ampere (A)

kelvin (K)

mole (mol)

kandela (cd)

SISTEM MATRIK DALAM SI

Faktor Awalan Simbol

1018 exa- E

1015 peta- P

1012 tera- T

109 giga- G

106 mega- M

103 kilo- k

102 hekto- h

101 deka- da

Faktor Awalan Simbol

10-1 desi- d

10-2 senti- c

10-3 mili- m

10-6 mikro-

10-9 nano- n

10-12 piko- p

10-15 femto- f

10-18 ato- a

Definisi standar besaran pokok

Panjang - meter :Panjang - meter : Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang hampa Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang hampa

yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu 1/299,792,458 yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu 1/299,792,458 sekon.sekon.

Massa - kilogram :Massa - kilogram : Satu kilogram adalah massa silinder platinum iridium Satu kilogram adalah massa silinder platinum iridium

dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm.dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm.

Waktu - sekonWaktu - sekon Satu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode (getaran) Satu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode (getaran)

radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium-133 dalam radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium-133 dalam transisi antara dua tingkat energi (hyperfine level) yang transisi antara dua tingkat energi (hyperfine level) yang terdapat pada aras dasar (ground state).terdapat pada aras dasar (ground state).

Besaran Turunan Contoh :

Kecepatan• pergeseran yang dilakukan persatuan

waktu•satuan : meter per sekon (ms-1)

Percepatan• perubahan kecepatan per satuan waktu•satuan : meter per sekon kuadrat (ms-2)

Gaya• massa kali percepatan•satuan : newton (N) = kg m s-2

Dimensi• Dimensi menyatakan esensi dari suatu besaran

fisika yang tidak bergantung pada satuan yang digunakan. Jarak antara dua tempat dapat dinyatakan dalam meter,

mil, langkah,dll. Apapun satuannya jarak pada dasarnya

adalah “panjang”.

Besaran Pokok

SimbolDimensi

Massa M

Panjang L

Waktu T

Arus listrik I

Besaran Pokok

SimbolDimensi

Suhu

Jumlah Zat N

Intensitas J

Analisa Dimensi

Suatu besaran dapat dijumlahkan atau Suatu besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan apabila memiliki dimensi dikurangkan apabila memiliki dimensi yang sama.yang sama.

Setiap suku dalam persamaan fisika Setiap suku dalam persamaan fisika harus memiliki dimensi yang sama.harus memiliki dimensi yang sama.

Contoh :Perioda ayunan sederhana T dinyatakan dengan rumusberikut ini :

yang mana l panjang tali dan g percepatan gravitasi dengansatuan panjang per kwadrat waktu. Tunjukkan bahwa per-samaan ini secara dimensional benar !

T lg2

Jawab :

Dimensi perioda [T] : T

Dimensi panjang tali [l] : L

Dimensi percepatan gravitasi [g] :LT-2

: tak berdimensi

2LTL

T

T

Model

Peristiwa Alam

Eksperimen

Pengamatan

Pengukuran

Besaran Fisika

Kuantitas

Karakteristik Interaksiantar materi yang teramati

Teori

Konsep FisikaHukumFisika

Apakah yang diamati ?

Apakah yang diukur ?

FisikaA.Sistem Satuan:

• 1. panjang (m)

• 2. berat(Kg)

• 3. Tekanan (N/m2 )

• 4.kalor/termo/panas (kal)

• 5. Listrik (Watt, Ampere, Volt)

• 6. Getaran & gelombang (Hz)

• 7. Optik (lumen, )

• 8. waktu (detik)

B. Dasar & Prinsip Instrumentasi Kedokteran

Dasar , konsep dan Prinsip-prinsip Fisika yg mendasari alat-alat seperti:

1. Stetoskop2. Termometer3. Tensi meter4. USG5. Ronggen6. EKG7. CT Scan8. MRI9. Radiasi 10. Alat-alat pendukung (mekanik, electric,

electronic, sensor, jaringan , instalasi, dll)

1.1 PENDAHULUAN

Fisika :Fisika :

Ilmu pengetahuan yang mempelajari benda-benda dialam, gejala-gejala, kejadian-kejadian alam serta interaksi dari benda-benda dialam .

Fisika merupakan ilmu pengetahuan dasar yang mempelajari sifat-sifat dan interaksi antar materi dan radiasi.

Fisika merupakan ilmu pengetahuan yang didasarkan pada pengamatan eksperimental dan pengukuran kuantitatif (Metode Ilmiah).

1.2

Fisika

Klasik Kuantum(sebelum 1920) (setelah 1920)

Posisi dan Momentum partikel dapat ditetapkan secara tepat ruang dan waktu merupakan dua hal yang terpisah

Ketidak pastian Posisi dan Momentum partikel ruang dan waktu merupakan satu kesatuan

Hukum Newton Dualisme Gelombang-Partikel

Teori Relativitas Einsten1.3

1.2 BESARAN DAN SATUAN1.2 BESARAN DAN SATUAN

Besaran :

Sesuatu yang dapat diukur dinyatakan dengan angka (kuantitatif) Contoh : panjang, massa, waktu, suhu, dll.

Mengukur :

Membandingkan sesuatu dengan sesuatu yang lain yang sejenis yang ditetapkan sebagai satuan.

contoh : panjang jalan 10 km

Besaran Fisika baru terdefenisi jika : ada nilainya (besarnya) ada satuannya

nilai

satuan

1.4

BESARAN POKOK 

BESARAN POKOK ADALAH BESARAN YANG SATUANNYA TELAH DITETAPKAN TERLEBIH DAHULU DAN TIDAK DITURUNKAN DARI BESARAN LAIN. ADA TUJUH BESARAN POKOK DALAM SISTEM SATUAN INTERNASIONALYAITU PANJANG, MASSA, WAKTU, SUHU, KUAT ARUS, JUMLAH MOLEKUL, INTENSITAS CAHAYA.

Besaran dan SatuanBesaran merupakan segala sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka,misalnya panjang, massa, waktu, luas, berat, volume, kecepatan, dll.

Warna, indah,cantik, bukan merupakan besaran karena tidak dapat diukur dan dinyatakan denganangka. Besaran dibagi menjadi dua yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

Satuan Inggris mengacu pada unit pengukuran dalam sejarah Inggris abad pertengahan, yang berkembang sebagai kombinasi dari Anglo-Saxon dan sistem Romawi unit.Contohnya: 1. 1 jari = 7/8 inchi2. 1 tangan = 4 inchi3. 1 kaki = 12 inchi

Satuan Perancis itu biasa yang kita sebut SI (International System of Units), ini yang modern gitu. Yang biasa kita denger ada tujuh itu: panjang (m), massa

Satuan : Ukuran dari suatu besaran ditetapkan sebagai satuan. Contoh :

Sistem satuan : ada 2 macam 1. Sistem Metrik : a. mks (meter, kilogram, sekon)

b. cgs (centimeter, gram, sekon)2. Sistem Non metrik (sistem British)

Sistem Internasional (SI) Sistem satuan mks yang telah disempurnakan yang paling

banyak dipakai sekarang ini. Dalam SI :Ada 7 besaran pokok berdimensi dan 2 besaran pokok tak berdimensi

meter, kilometer satuan panjang detik, menit, jam satuan waktu gram, kilogram satuan massa dll.

1.5

NO Besaran Pokok   Satuan    Singkatan Dimensi   

1 Panjang Meter m L

2 Massa Kilogram kg M

3 Waktu Sekon s T

4 Arus Listrik Ampere A I

5 Suhu Kelvin K θ

6 Intensitas Cahaya Candela cd j

7 Jumlah Zat Mole mol N

7 Besaran Pokok dalam Sistem internasional (SI)7 Besaran Pokok dalam Sistem internasional (SI)

NO Besaran Pokok   Satuan    Singkatan Dimensi  

1 Sudut Datar Radian rad -

2 Sudut Ruang Steradian sr -

Besaran Pokok Tak Berdimensi

1.6

Dimensi Cara besaran itu tersusun oleh besaran pokok.

Besaran TurunanBesaran yang diturunkan dari besaran pokok.

1. Untuk menurunkan satuan dari suatu besaran2. Untuk meneliti kebenaran suatu rumus atau persamaan

- Metode penjabaran dimensi :

1. Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri2. Setiap suku berdimensi sama

- Guna Dimensi :

1.7

Contoh :

a. Tidak menggunakan nama khusus

NO Besaran    Satuan   

1 Kecepatan meter/detik

2 Luas meter 2

b. Mempunyai nama khusus

NO Besaran    Satuan    Lambang

1 Gaya Newton N

2 Energi Joule J

3 Daya Watt W

4 Frekuensi Hertz Hz

1.8

Besaran Turunan dan Dimensi

NO Besaran Pokok   Rumus   Dimensi

1 Luas panjang x lebar [L]2  

2 Volume panjang x lebar x tinggi [L]3  

3 Massa Jenis [m] [L]-3 

4 Kecepatan 

[L] [T]-1  

5 Percepatan  [L] [T]-2

6 Gaya massa x percepatan [M] [L] [T]-2 

7 Usaha dan Energi gaya x perpindahan [M] [L]2 [T]-2  

8 Impuls dan Momentum gaya x waktu [M] [L] [T]-1 

 massa volume

 perpindahan

waktukecepatan waktu

1.9

Faktor Pengali dalam SI

NO Faktor  Nama   Simbol

1 10 -18 atto a 

2 10 -15 femto f 

3 10 -12 piko p

4 10 -9 nano n

5 10 -6 mikro μ

6 10 -3 mili m 

7 10 3 kilo K

8 10 6 mega M

9  10 9 giga G

10 10 12 tera T

1.10

Fisika:

Ilmu yang menjelaskan (mendeskripsikan) fenomena alam yang menjadi objek pengamatan.

Bagaimana Cara Mendeskripsikan Objek ?

Coba deskripsikan gajah ini !!

Deskripsi Kualitatif

Gadingnya : PanjangLebih tinggi daripada orangTenaganya : Kuat

Deskripsi Kuantitatif

Tinggi : 2,5 meterMassa : 4 TonPanjang : 5 meter

Emosinya Labil ; Kulitnya Kasar

Warnanya Coklat;

Besaran Non-Fisis

(Tak Terukur)

Besaran Fisis

---> BESARAN

Bagaimana Cara Mendefenisikan suatu Besaran ?

EmasAnak

Timbangan

Dibandingkan dengan anak

timbangan (berapa buah anak

timbangan diperlukan sehingga

skala setimbang)

Hasilnya:

Massa emas = 5 kali massa anak

timbangan

Massa Emas?

Defenisi: Jumlah materi yang

dikandung emas

Berapa? Cara

Mengukur?

Panjang Tali? Defenisi: Jarak dari titik paling kiri ke titik paling kanan pada

taliBerapa? Cara

Mengukur?

Hasilnya: Panjang Tali = 2 kali panjang jengkal

Kecepatan rata-rata?

Defenisi : Jarak tempuh / waktu

tempuh

Dibandingkan dengan jengkal

(berapa kalinya)

Didefenisikan dari

besaran-besaran

lain

Ada besaran yang dapat didefenisikan hanya dengan menggambarkan bagaimana cara mengukurnya. Massa emas = 5 kali massa anak timbangan Panjang Meja = 2 kali panjang jengkal

Ada besaran yang dapat didefenisikan dengan cara menggambarkan bagaimana menghitungnya dari besaran-besaran lain yang dapat diukur. Defenisi = Jarak tempuh / waktu tempuh

Besaran Fundamental (Besaran Dasar/Pokok)

Besaran Turunan

SATUAN

Nilai suatu besaran fisis dinyatakan dengan Massa (emas) = 5 anak timbangan Panjang (meja) = 2 jengkal

Satuan panjang yang lain: Spidol, Jengkal, Kaki, …

AKIBATNYA:- Satuan menjadi terlalu banyak- Banyak versi- Tidak Bermanfaat- Menimbulkan Kekacauan

SEHARUSNYA :- Defenisi Yang Sama- Bermanfaat- Diterima Semua Orang

KESEPAKATAN

- Perlu Ditetapkan STANDAR (Disepakati NAMA Dan DEFENISI)

- Tidak Semua Besaran Perlu Standar ( Karena Jumlah Besaran Sangat Banyak )

- Hanya Besaran Dasar Saja Yang Perlu Dibuat Standarnya

- Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) - - Internasional Buerau of Weight and Measures - - Biro Berat dan Ukuruan Internasional - di Sevres Perancis

Siapa yang menetapkan standar & Satuan?

1791 : French Academy of Sceine menetapakan

1 METER : satu per sepuluh juta jarak dari kutub utara ke khatulistiwa.

1 SATUAN WAKTU:waktu yang diperlukan oleh suatu pendulum dengan panjang 1 meter untuk berayun dari satu sisi ke sisi yang lain.

Satuan-satuan ini SULIT DIDUPLIKASI (diperbanyak), kemudian dilakukan perubahan-perubahan dengan defenisi yang lebih baik dan mudah diduplikasi.

Besaran dan Satuan Standar yang digunakan telah berevolusi selama bertahun-tahun.

Besaran WaktuWaktu adalah selang antara dua kejadian atau dua peristiwa

MisalnyaWaktu Siang = sejak matahari terbit hingga matahari tenggelam

Waktu hidup = sejak dilahirkan hingga meninggal.

Segala sesuatu yang berulang secara periodikcontoh: rotasi bumi, revolusi bumi

Alat Ukur Waktu

Jam Atom (Atomic Clock):1 detik ≡ waktu yang diperlukan untuk mencapai 9.192.631.770 kali periode osilasi dari atom cesium)

Evolusi Satuan Panjang1960: 1 meter ≡ jarak antara dua garis pada batang yang terbuat dari campuran platinum-irridium yang disimpan pada kondisi tertentu di BIPM

1 meter ≡ 1.650.763,73 kali panjang cahaya orange-red yang dipancarkan dari lampu krypton-86 (86Kr)

Sejak 19831 meter ≡ jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa dalam waktu 1 / 299 792 458 detik.

Dengan defenisi terakhir ini maka kecepatan cahaya di ruang hampa ditetapkan menjadi 299, 792 458 m/s

Evolusi Satuan Massa1 kg =Massa suatu silinder yang terbuat dari campuran platinum-iridium yang disimpan di kantor BIPM di kota Sevres, dekat Paris, Perancis.

ALAT UKUR PANJANG

ALAT UKUR MASSA

ALAT UKUR WAKTU

Sistem satuan yang dugunakan ilmuwan diseluruh dunia disebut “The Metric System”.

Pada tahun 1971 ditetapkan 7 Besaran Dasar yang dikenal secara resmi sebagai “International System” atau SI (Le Systéme Internasional d’Unites).

Besaran dan satuan yang digunakan dalam SI *

International System (SI) Sistem Internasional (SI)

Quantities Units Symbol Besaran Satuan

mass kilogram kg massa kilogram (kg)

length meter m panjang meter (m)

time second s waktu detik / sekon (s)

Electric Current ampere A Arus Listrik

Ampere (A)

Temperature kelvn K Temperatur

Kelvin (K)

Amount of substance

mole mol Jumlah Zat

mol (mol)

Light Intensity candela Cd Intensitas Cahaya

Candela (cd)

* Berdasar Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 tahun 1971

Gaussian System (cgs) Sistem Gaussian

Quantities Units Besaran Satuan

mass gram (g) massa gram

length centimeter (cm) panjang sentimeter

time second (s) waktu detik / sekon

British Engineering System Sistem Inggris

Quantities Units Besaran Satuan

mass slug massa slug

length foot (ft) panjang kaki

time second (s) waktu detik

Konversi Satuan

Ada beberapa sistem berbeda yang dipakai di dunia Misalnya: SI British

Mengapa

diperlukan?

Dimensi objek jauh lebih besar daripada dimensi alat ukur (kurang praktis)Misalnya: mengukur panjang jalan dengan satuan cm

mil <-------> km

cm ----> km

1. Tentukan dimensi dan satuannya dalam SI untuk besaran turunan berikut :

a. Gaya

b. Berat Jenis

c. Tekanan

d. Usaha

e. Daya

Jawab :

b. Berat Jenis = = =

= MLT-2 (L-3) = ML-2T-2 satuan kgm-2

berat

volume

Gaya

Volume

MLT -2

L3a. Gaya = massa x

percepatan

= M x LT -2

= MLT -2 satuan kgms-2

c. Tekanan = = = MLT -2 satuan kgm-1s-1

gaya

luas

MLT -2

L2

d. Usaha = gaya x jarak = MLT -2 x L = ML 2 T -2 satuan kgm-2s-2

e. Daya = = = ML 2 T -1 satuan kgm-2s-1 usaha

waktu

ML 2 T -2

T

Contoh SoalContoh Soal

1.11

2. Buktikan besaran-besaran berikut adalah identik :

a. Energi Potensial dan Energi Kinetik

b. Usaha/Energi dan Kalor

Jawab :

a. Energi Potensial : Ep = mgh

Energi potensial = massa x gravitasi x tinggi

= M x LT-2 x L = ML2T-2

Energi Kinetik : Ek = ½ mv2

Energi Kinetik = ½ x massa x kecepatan2

= M x (LT-1) 2

= ML2T-2

Keduanya (Ep dan Ek) mempunyai dimensi yang sama keduanya identik

b. Usaha = ML2T-2

Energi = ML2T-2

Kalor = 0.24 x energi = ML2T-2

Ketiganya memiliki dimensi yang sama identik

1.12

Length1 in = 2.54 cm1 cm = 0.394 in1 feet / ft = 12 inch = 30.5 cm1 m = 39.37 in = 3.28 ft1 mile / mil = 5280 feet = 1,6093 m1 km = 0.621 mil1 sea mil (U.S)= 1.15 mil = 6076 feet = 1,852 km1 fermi = 1 femtometer (fm) = 10 -15 m1 angstrom (Å) = 10-10 m1 light years (ly) = 9.46 x 1015 m1 parsec = 3.26 ly = 3.09 1016 m1 mikron = 0.000001 m1 elo lama = 0.687 m1 pal jawa = 1506.943 m1 pal sumatera = 1851.85 m1 acre = 4840 yards21 cicero = 12 punt = 4.8108 mm1 hektar = 2.471 acresSection width1 hektar / ha / hekto are = 10.000 m21 are = 1 dm21 km2 = 100 hektarVolume1 liter (L) = 1000 cm3 = 1 dm3 = 0,001 m3 = 1.057 quart (U.S) = 54.6 in31 gallon (U.S) = 4 qt (U.S) = 231 in3 = 3.78 L = 0.83 gal (imperial)1 m3 = 35.31 ft3

Speed1 mil/h = 1.47 ft/s = 1.609 km/h = 0.447 m/s1 km/h = 0.278 m/s = 0.621 mil/h1 ft/s = 0.305m/s =0.682 mil/h1 m/s = 3.28ft/s =3.60 km/h1 knot = 1.151 mil/h = 0.5144 m/sMass1 atomic mass unit (u) = 1.6605 x 10-271 kuintal / kwintal = 100 kg1 ton = 1.000 kg1 kg = 10 ons = 0.085 slug1 kg = 2 pounds1 kg possesses weight of 2.20 lb with g = 9.81 m/s2Angle1 radian (rad) = 57.300 = 57018’10= 0.01745 rad1 rev/min (rpm) = 0.1047 rad/s

Force1 lb = 4.45 N1 N = 105 dyne = 0.225 lbTime1 day = 8.64 x 104 sI year = 3.156 x 107 sEnergy and Work1 J = 107 erg = 0.738 ft.lb1 ft.lb = 1.36 J = 1.29 x 10-3 Btu = 3.24 x 10-4 kcal1 kcal = 4.18 x 103 J = 3.97 Btu1 eV = 1.602 x 10-19 J1 kWh = 3.60 x 106 J = 860 kcalPower1 W = 1 J/s = 0.738 ftlb/s = 3.42 Btu/h1 hp = 550 ftlb/s = 746 W (s), kuat arus (A), suhu (K).

Pressure1 atm = 1.013 bar = 1.103 x 105 N/m2 = 14.7 lb/in.2 = 760 torr1 lb/in2 = 6.90 x 103 N/m21 Pa = 1 N/m2= 1.45 x 10-4 lb/in.2Value of Some Numbersπ = 3.1415927e = 2.7182828= 1.4142136= 1.7320508ln 2 = 0.6931472ln 10 = 2.3025851log e = 0.43429451 rad = 57.29577950(kg), waktu