DASAR PENGUKURAN DAN KETIDAKPASTIANGina Hasanah Hidayah, Irwan,
Suharna.ALaboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA Universitas
Negeri Makassar
Abstrak. Telah dilakukan eksperimen yang berjudul Dasar
Pengukuran dan Ketidakpastian. Ada beberapa hal yang
melatarbelakangi mengapa eksperimen ini dilakukan, diantaranya
adalah menggunakan alat-alat ukur dasar, menentukan ketidakpastian
pada pengukuran tunggal dan berulang, dan mengerti angaka
penting.Kata kunci: Pengukuran, Ketidakpastian, Alat-alat ukur
dasar, Pengukuran Tunggal dan Berulang, Angka PentingRUMUSAN
MASALAH1. Bagaimana cara menggunakan alat-alat ukur dasar ?2.
Bagaimana cara menentukan ketidakpastian pada pengukuran tunggal
dan berulang ?3. Bagaimana cara memahami penggunaan angka
berartiTUJUAN1. Menggunakan alat-alat ukur dasar.2. Menentukan
ketidakpastian pada pengukuran tunggal dan berulang.3. Memahami
penggunaan angka berarti.
METODOLOGI EKSPERIMENTeori SingkatArti PengukuranPengukuran
adalah bagian dari Keterampilan Proses Sains yang merupakan
pengumpulan informasi yang baik secara kuantitatif maupun secara
kualitatif. Deangan melakukan pengukuran, dapat diperoleh besarnya
atau nilai suatu besaran atau bukti kualitatif. Dalam pembelajaran
sains Fisika, seorang pendidik tidak hanya menyampaikan kumpulan
fakta-fakta saja tetapi seharusnya mengajarkan sains sebagai proses
(menggunakan pendekatan proses). Oleh karena itu melakukan
percobaan atau eksperimen dalam Sains Fisika sangat penting.
Melakukan percobaan dalam laboratorium, berarti sengaja
membangkitkan gejala-gejala alam kemudian melakukan
pengukuran.Ketepatan dan Ketelitian PengukuranKetepatan
(Keakuratan). Jika suatu besaran diukur beberapa kali (pengukuran
berganda) dan menghasilkan harga-harga yang menyebar di sekitar
harga yang sebenarnya maka pngukuran dikatakan akurat. Pada
pengukuran ini, harga rata-ratanya mendekati harga yang
sebenarnya.
Ketelitian (Kepresisian). Jika hasil-hasil pengukuran terpusat
disuatu daerah tertentu maka pengukuran disebut presisi(harga tiap
pengukuran tidak jauh berbeda).Angka Penting1. Semua angka yang
bukan nol adalah angka penting.2. Angka nol yang terletak di antara
angka bukan nol termasuk angka penting.3. Angka nol di sebelah
kanan angka bukan nol termasuk angka penting, kecuali kalau ada
penjelasan lain, misanya berupa garis di bawah angka terakhir yang
masih di anggap penting.4. Angka nol yang terletak di sebelah kiri
angka bukan nol, baik di sebelah kanan maupun sebelah kiri koma
desimal tidak termasuk angka penting.Penjumlahan dan Pengurangan
Angka PentingPada waktu menggunakan bilangan-bilangan tidak
eksak(angka penting) maka hasil terakhir hanya boleh mengandung
satu angka ragu-ragu dengan memperhatikan aturan berikut. Angka
ragu-ragu di tambah atau di kurangi dengan angka ragu-ragu
menghasilkan angka ragu-ragu. Angka pasti di tambah atau di kurangi
dengan angka ragu-ragu menghasilkan angka ragu-ragu. Angka pasti di
tambah atau di kurangi dengan angka penting menghasilkan angka
pasti.Perkalian dan Pembagian Angka PentingPada waktu mengalikan
dan membagi bilangan tidak eksak dengan bilangan tidak eksak,
hasilnya mengandung angka penting sebanyak angka penting yang
paling sedikit di antara yang diperkalikan atau dibagi itu.
Sedangkan jika yang dikalikan adalah bilangan eksak dengan bilangan
tidak eksak makahasilnya mengandung angka penting sebanyak angka
penting bilangan tidak eksak.
Ketidakpastian PengukuranKetidakpastian BersistemKetidakastian
(kesalahan) bersistem akan menyebabkan hasil yang diperoleh
menyimpang dari hasil sebenarnya. Sumber-sumber ketidakpastian
bersistem ini antara lain :1. Kesalahan kalibrasi alat; dapat
diketaui dengan membangdingkannya dengan alat yang lain.2.
Kesalahan titik nol (KTN)3. Kerusakan komponen alat, misalnya pegas
yang telah lama dipakai sehingga menjadi tidak alastis lagi.4.
Gesekan.5. Kesalahan paralaks6. Kesalahan karena keadaan saat
bekerja, kondisi alat pada saat di kallibrasi berbeda dengan
kondisi pada saat alat bekerja.Ketidakpastian Rambang
(Acak)Kesalahan ini bersumber dari gejala yang tidak mungkin
dikendalikan atau diatasi berupa perubahan yang berlangsung sangat
cepat sehingga pengontrolan dan penganturan diluar kemampuan.
Ketidakpastian ini menyebabkan pengukuran jatuh agak ke kiri dan ke
kanan dari nilai yang sebenarnya. Sumber-sumber ketidakpastian acak
ini antara lain : 1. Kesalahan menaksir bagian skala.Sumber pertama
ketidakpastian pada pengukuran adalah keterbatasan alat ukur. Harga
yang lebih kecil dari nilai skala terkecilalat ukur (NST) tidak
dapat lagi dibaca, sehingga dilakukan taksiran. Artinya, suatu
ketidakpastian telah menyusup pada hasil pengukuran. Ada 3 faktor
penentu dalam hal penaksiran, yaitu : Jarak fisis (physical
distance) antara dua goresan yang berdekatan. Halus atau kasarnya
jarum penunjuk. Daya pisah (resolving power) mata manusia.2.
Keadaan yang berfluktuasi, artinya keadaan yang berubah cepat
terhadap waktu. Misalnya kuat arus listrik, tegangan jala-jala PLN
, dan sumber tegangan lain yang selalu berubah-ubah secara tidak
teratur.3. Gerak acak (gerak Brown) molekul-molekul udara. Gerak
ini menyebabkan penujukan jarum dari alat ukur yang sangat halus
menjadi terganggu. 4. Landasan yang bergetar.5. Bising (Noise)
yaitu gangguan pada alat elektronik yang berupa fluktuasi yang
cepat pada tegangan karena komponen alat yang meningkat temperatur
kerjanya.6. Radiasi latar belakang seperti radiasi kosmos dari
angkasa luar.
Analisis Ketidakpastian PengukuranSuatu pengukuran selalu
disertai dengan ketidakpastian. Beberapa penyebab ketidakpastian
tersebut antara lain adalah nilai skala terkecil, kesalahan
kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan paralaks, adanya gesekan,
fluktuasi parameter pengukuran dan lingkungan yang saling
mempengaruhi serta keterampilan pengamat. Dengan demikian amat
sulit untuk mendapatkan nilai sebenarnya suatu besaran melalui
pengukuran. Ketidakpastian Pengukuran TunggalPengukuran tunggal
adalah pengukuran yang dilakukan satu kali saja. Keterbatasan skala
alat ukut dan keterbatasan kemampuan mengamati serta banyak sumber
kesalahan lain, mengakibatkan Hasil Pengukuran Selalu Dihinggapi
Ketidakpastian.Nilai x sampai goresan terakhir dapat diketahui
dengan pasti, namun bacaan selebihnya adalah terkaan atau dugaan
belaka sehingga patut diragukan. Inilah ketidakpastian yang
dimaksud dan diberi lambang x. lambang x merupakan ketidakpastian
mutlak. Untuk pengukuran tunggal diambil kebijaksaan.x= NST
AlatDimana x adalah ketidakpastian pengukuran tunggal. Angka 2 pada
persamaan 1.1 mempunyai arti satu skala( nilai antara dua goresan
terdekat) masih dapat dibagi 2 bagian secara jelas oleh mata. Nilai
x menghasilkan pengukuran dilaporkan dengan cara yang sudah
dibakukan seoreti berikut.
Dimana:
Mistar digunakan untuk engukur panjang sebuah benda seperti pada
gambar 1.1 berikut.Hasil pengukuran panjang dapat dituliskan: =
(3,650,05) cmHasil ini memberikan informasi bahwa panjang benda
yang diukur diduga bernilai sekitar 3,65 cm. ketidakpastian yamg
ditunjukkan alat ditaksir lebih kecil dari NST, oleh karena jarak
pisah antara dua goresan yang berdekatan tampak jelas dan dapat
dibagi dua dengan jelas. Ini memberikan alasan untuk menaksir
ketidakpastiannya kurang dari NST (0,05) cm. sehingga dapat
dilaporkan bahwa panjang benda berada pada rentang 3,60 cm sampai
dengan 3,70 cm.x atau ketidakpastian mutlak dalam nilai dan memberi
gambaran tentang mutum alat ukur yang digunakan.Semakin baik mutu
alat ukur, semakin kecil yang diperoleh.
AlatdanBahan1. Penggaris/mistar2. Jangka sorong3. Mikrometer
sekrup4. Stopwatch5. Termometer6. Balok besi7. Kelereng 8. Neraca
ohaus (2610,311,310)9. Gelas ukur10. Kaki tiga dan kasa11. Pembakar
bunsen12. Air secukupnyaIdentifikasiVariabelKegiatan 11. Panjang 2.
Lebar 3. Tinggi4. Diameter5. Massa6. Suhu Kegiatan 21. Panjang 2.
Lebar3. Tinggi4. Diameter5. Massa6. Suhu
DefinisiOperasionalVariabelKegiatan 11. Htwhtht2. FlfKegiatan 27.
Htwhtht8. FlfProsedurKerjaKegiatan 11. Pengukuran panjanga.
Menentukan NST mistar, jangka sorong dan micrometer sekrupb.
Mengukur masing-masing sebanyak 3 kali, untuk panjang lebar dan
tinggi pada kubus dengan menggunakan alat ukur panjangc. Mencatat
hasil pengukuran pada tabel hasil pengukuran beserta
ketidakpastiannyad. Mengukur masing-masing sebanyak 3 kali, untuk
diameter bola dengan menggunakan alat ukur panjang e. Mencatat
hasil pengukuran pada tabel hasil pengukuran beserta
ketidakpastiannya2. Pengukuran massaa. Menentukan NST neraca ohaus
2610, 311 dan 310b. Mengukur massa kubus dan bola, dengan
menggunakan alat ukur massa sebanyak tiga kali secara berulangc.
Mencatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengukuran dan
ketidakpastiannya.3. Pengukuran suhu dan waktua. Menyiapkan gelas
ukur, bunsen pembakar lengkap dengan kaki tiga dan lapisan absesnya
dan sebuah termometer.b. Mengisi gelas ukur dengan air hingga
bagian dan diletakkan diatas kaki tiga tanpa ada pembakarc.
Menentukan NST termometer dan stopwatchd. Mengukur temperatur awal
aire. Meyalakan bunsen pembakar dan menunggu hingga temperatur air
naik 20C dari suhu awal dan dicatat sebagai suhu mula-mulaf.
Menjalankan stopwatch, tepat ketika suhu awal naik 20Cg. Mencatat
temperatur air setiap selang waktu 60s beserta.
HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATAHasil Pengamatan
1. Pengukuran panjanga. Mistar
b. Jangka sorong20 SN=39 SUSN=1,95 SUNST = 2,00 1,95 = 0,05 mmc.
Micrometer sekrup
Tabel 1. Hasil Pengkuran PanjangNoBendaBesaran yang diukurHasil
Pengukuran (mm)
mistarJangka sorongMikometer sekrup
1
kubus
panjang
Lebar
Tinggi
2Kelerengdiameter
2. Pengukuran massa a. Neraca ohaus 2610
Massa beban gantung = -
Tabel.2 hasil pengukuran massa dengan neraca ohauss 2610Benda
Penun. lengan 1Penun. Lengan 2Penun. lengan 3Massa beban
gantungMassa benda (gr)
kubus6000,95-
6001.50-
6000,95-
kelereng005,75-
005,80-
005,85-
b. Neraca ohaus 311
Tabel.3 hasil pengukuran massa dengan neraca ohauss
311BendaPenun lengan 1Penun lengan 2Penun jengan 3Penun lengan
4Massa benda (gr)
Kubus 06020,315
06020,361
06020,340
kelereng0050,715
0050,760
0050,545
c. Neraca ohaus 310
Jumlah skala nonius = 10NST neraca ohauss 310:1,9 SP = 10 SN0,19
SP = SNNST = NSP-NSTN= 0,2-0,19=0,01 grTabel 4. Hasil pengukuran
massa dengan neraca ohauss 310 gramBendaPenun lengan 1Penun lengan
2Penun skala putarPenun skala noniusMassa benda (gr)
Kubus0602,458
0602,455
0602,457
kelereng005,958
005,902
005,901
3. Pengukuran suhu dan waktua. Termometer
Temperatur mula-mula (T0) = 32,00Cb. Stopwatch
Tabel 5. Hasil pengukuran waktu dan suhuNoWaktu (s)Temperatur
(0C)Perubahan temperatur (0C)
160,034,02,0
2120,036,02,0
3180,038,02,0
4240,040,02,0
5300,041,51,5
6360,043,01,5
ANALISIS DATA1. Pengukuran panjanga. Mistar1) KubusBendaPanjang
(mm)Lebar (mm)Tinggi (mm)
Kubus
a) Panjang
mm
mm
mm mm
b) Lebar
mm
mm
mm mm
c) Tinggi
mm
mm
mm mm
d) volume
2) kelereng BendaDiameter (mm)
Kelereng
a) diameter
mm
mm
mm mm
b) volume
b. Jangka sorong1) KubusBendaPanjang (mm)Lebar (mm)Tinggi
(mm)
Kubus
a) panjang
mm
mm
mmmm, karena nilainya 0 maka kesalahan mutlak yang digunakan
adalah kesalahan alat ukur yaitu 0,05mm
b) lebar
mm
mm
mmmm, karena nilai defiasi maksimum adalah 0 maka,
ketidakpastian mutlak yang digunakan adalah kesalahan alat ukur
yaitu 0,05 mm
c) tinggi
mm
mm
mm mm, karena nilai defiasi maksimum adalah 0 maka,
ketidakpastian mutlak yang digunakan adalah kesalahan alat ukur
yaitu 0,05 mm
d) volume
2) kelerengBendaDiameter (mm)
Kelereng
a) diameter
mm
mm
mm mm
b) volume
c. Mikrometer sekrup1) KubusBendaPanjang (mm)Lebar (mm)Tinggi
(mm)
Kubus
a) Panjang
mm
mm
mm mm
b) Lebar
mm
mm
mm mm
c) Tinggi
mm
mm
mm mm
d) Volume
2) KelerengBendaDiameter (mm)
Kelereng
a) Diameter
mm
mm
mm mm
b) Volume
2. Pengukuran massaa. Neraca ohauss 26101) Kubus Benda Penun.
lengan 1Penun. Lengan 2Penun. lengan 3Massa beban gantungMassa
benda (gr)
kubus6000,95-
6001.50-
6000,95-
Massa
gr
gr
gr mm
2) kelerengBendaPenun lengan 1Penun. Lengan 2Penun lengan 3Beban
gantungMassa benda (gr)
kelereng005,75-
005,80-
005,85-
massa
gr
gr
gr mm
b. Neraca ohauss 3111) kubusBendaPenun lengan 1Penun lengan
2Penun jengan 3Penun lengan 4Massa benda (gr)
Kubus 06020,315
06020,361
06020,340
gr
gr
gr mm
2) kelereng BendaPenun lengan 1Penun lengan 2Penun lengan 3Penun
lengan 4Massa benda (gr)
kelereng0050,715
0050,760
0050,545
gr
gr
gr mm
c. Neraca ohauss 3101) Kubus Benda Penun lengan 1Penun lengan
2Penun skala putarPenun skala noniusMassa benda (gr)
Kubus0602,458
0602,455
0602,457
Massa
gr
gr
gr mm
BendaPenun lengan 1Penun lengan 2Penun skala putarPenun skala
noniusMassa benda(gr)
kelereng005,958
005,902
005,901
gr
gr
gr mm
3. Massa jenis , m= massa pada neraca ohaus 310 = 62,52 gr
a. Kubus 1) Massa jenis kubus (mistar, V=7700mm3)
2) Massa jenis kubus (jangka sorong, V=7680mm3)
3) Massa jenis kubus (mikrometer sekrup, V=8519mm3)
b. Kelereng (m=5,95 gr)1) Massa jenis kelereng (mistar,
V=2400mm3)
2) Massa jenis kelereng (jangka sorong, V=2510mm3)
3) Massa jenis kelereng (mikrometer sekrup, V=2310mm3)
PEMBAHASANPengukuran apapun yang dilakukan baik dengan
menggunakan alat ukur panjang, massa suhu maupun waktu, akan
menghasilkan nilai yang mengandung ketidakpastian. Diantara
berbagai alat ukur yang memiliki fungsi yang sama dalam sistem
pegukuran ditemukan ketelitian (NST) atau batas terkecil yang dapat
diukur dengan menggunakan alat ukur yang berbeda. Apalagi untuk
alat ukur yang mempunyai fungsi yang tidak sama. Kesalahan dalam
pengukuran dikelompokkan menjadi dua yaitu, kesalahan bersistem dan
kesalahan rambang atau acak. Dikenal juga dua ketidak pastian yaitu
ketidakpastian mutlak (dan ketidakpastian relatif (yang saling
berhubungan terutama dalam penentuan presentase ketidakpastian
(KR). Pengukuran dari segi kuantitas datanya dibagi menjadi dua
yaiu pengukuran tunggal dan pengukuran berganda. Dalam praktikum
ini pengukuran yang digunakan adalah pengukuran berganda, yang
diselesaikan seperti pada bentuk analisis data. Dalam pengukuran
ini, ada tiga macam bentuk pengukuran yaitu, pengukuran panjang,
pengukuran massa dan pengukuran suhu dan waktu. Bahan yang diukur
adalah kubus dan kelereng kecil.Dalam pengukuran panjang, yang
diukur adalah panjang, lebar dan tinggi pada kubus dan diameter
pada kelereng dengan menggunakan mistar, jangka sorong dan
mikrometer sekrup. Dari hasil pengukuran panjang akan diperoleh
volume balok dan volume kelereng, nilai ketidakpastian mutlak dari
kubus dan kelereng diperoleh dari perambatralatan persamaan dari
volume kubus dan kelereng.Sedangkan dalam pengukuran massa, yang
diukur adalah massa dari kubus dan kelereng dengan menggunakan
neraca ohaus 2610, 311 dan 310 gram. Hasil dari pengukuran massa
dengan menggunakan neraca ohauss 310 digunakan untuk mengukur massa
jenis dari kubus dan kelereng. Nilai ketidakpastian mutlak massa
jenis kubus dan kelereng diperleh dengan merambatralatkan persamaan
massa jenis.Pengukuran suhu dan waktu menunjukkan bahwa setiap
pertambahan waktu setelah api dinyalakan, temperatur air akan naik.
Untuk empat menit pertama, suhu bertambah 20C setiap pertambahan
satu menit dan pada menit selanjutnya temperatur air naik hanya
1,50C. Jika diperhatikan harusnya untuk petambahan menit
selanjutnya temperatur air akan naik lebih cepat. Tapi, pada hasil
pengukuran pada menit ke 5 temperatur air justru melambat begitu
pula pada menit ke 6. Hal ini menunjukkan bahawa nyala api tidak
konstan selama memanaskan air.
SIMPULAN DAN DISKUSIABCD...DAFTAR RUJUKAN