1BESARAN DAN SISTEM SATUAN

N. TRI SUSWANTO SAPTADI

9/15/2014dti-nts 1

DEFINISI ILMU FISIKA

Definisi Ilmu Fisika : Ilmu fisika adalah ilmu yang mempelajari gejala alam yang tidak hidup serta interaksi

dalam lingkup ruang dan waktu.

Dalam bahasa Yunani ilmu fisika disebut dengan physikos yang artinya alamiah.

Orang yang mempelajari ilmu fisika adalah mengamati perilaku dan sifat materi dalam bidang yang beragam, mulai

dari partikel submikroskopis yang membentuk segala

materi (fisika partikel) hingga perilaku materi alam semesta

sebagai satu kesatuan kosmos.

9/15/2014dti-nts 2

2RUANG LINGKUP ILMU FISIKA

Ilmu Fisika juga berkaitan erat dengan matematika karena banyak teori fisika dinyatakan dalam notasi matematis.

Perbedaannya adalah fisika berkaitan dengan pemberian dunia material, sedangkan matematika berkaitan dengan pola-pola abstrak yang tak selalu berhubungan dengan dunia material.

Aplikasi ilmu fisika banyak diterapkan pada bidang lain, misalnya: Geofisika, Biofisika, Fisika-kimia, Ekonofisika, dsb.

9/15/2014dti-nts 3

FISIKA SEBAGAI ILMU PENGETAHUAN

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

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).

9/15/2014dti-nts 4

3Fisika

Klasik Kuantum(sebelum 1920) (setelah 1920)

Posisi dan Momentumpartikel dapat ditetapkan

secara tepat

ruang dan waktumerupakan dua hal yang

terpisah

Ketidak pastian Posisi dan Momentum

partikel

ruang dan waktu merupakan satu

kesatuan

Hukum Newton Dualisme Gelombang-Partikel

Teori Relativitas Einsten9/15/2014dti-nts 5

TEORI UTAMA DALAM ILMU FISIKA

1. Mekanika Klasik

Hukum Newton, Mekanika Lagrangian, Mekanika Hamiltonian,

Dinamika fluida, Mekanika kontinuum.

2. Elektromagnetik

Elektrostatik, Listrik, Magnetik, dan Persamaan Maxwell.

3. Mekanika Kuantum

Persamaan Schrodinger dan Teori medan kuantum.

4. Relativitas

Relativitas khusus dan umum.

9/15/2014dti-nts 6

4METODE ILMIAH

Pengamatan terhadap

Peristiwa alam

Hipotesa

Eksperimen

TidakCocok

Teori

Prediksi

Hasil

negatif

Perbaiki teori

Hasil

positif

Uji prediksi

9/15/2014dti-nts 7

PENGUKURAN

Kalibrasi

Model

Pengamatan

Peristiwa Alam

Eksperimen

Apakah yang diukur ?

Pengukuran

Kuantitas

(Hasil Pengukuran)

PenyajianHarga Satuan

Alat Ukur

Standar ukuran Sistem satuan

Sistem Matrik SI

Besaran Fisika

9/15/2014dti-nts 8

5KLASIFIKASI BESARAN FISIKA

9/15/2014dti-nts 9

Besaran

Fisika

Konseptual

Matematis

Besaran Pokok

Besaran Skalar

besaran yang ditetapkan

dengan suatu standar ukuran

besaran yang dirumuskan

dari besaran-besaran pokok

hanya memiliki nilai

memiliki nilai dan arah

Besaran Turunan

Besaran Vektor

BESARAN POKOK

9/15/2014dti-nts 10

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)

6SISTEM MATRIK DALAM SI

9/15/2014dti-nts 11

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- m

10-9 nano- n

10-12 piko- p

10-15 femto- f

10-18 ato- a

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

9/15/2014dti-nts 12

7 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.

9/15/2014dti-nts 13

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

6 Intensitas Cahaya Candela cd j

7 Jumlah Zat Mole mol N

NO Besaran Pokok Satuan Singkatan Dimensi

1 Sudut Datar Radian rad -

2 Sudut Ruang Steradian sr -

7 Besaran Pokok dalam Sistem internasional (SI)

Besaran Pokok Tak Berdimensi

9/15/2014dti-nts 14

8DIMENSI

CARA BESARAN ITU TERSUSUN OLEH BESARAN POKOK.

Besaran TurunanBesaran yang diturunkan dari besaran pokok.

1. Untuk menurunkan satuan dari suatu besaran

2. Untuk meneliti kebenaran suatu rumus atau persamaan

- Metode penjabaran dimensi:

1. Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri

2. Setiap suku berdimensi sama

- Guna Dimensi :

9/15/2014dti-nts 15

Contoh :

a. Tidak menggunakan nama khusus

NO Besaran Satuan Lambang

1 Gaya Newton N

2 Energi Joule J

3 Daya Watt W

4 Frekuensi Hertz Hz

NO Besaran Satuan

1 Kecepatan meter/detik

2 Luas meter 2

b. Mempunyai nama khusus

9/15/2014dti-nts 16

9Besaran 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 waktu

kecepatanwaktu

9/15/2014dti-nts 17

Faktor Penggali 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

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

9/15/2014dti-nts 18

10

TERDIRI DARI BEBERAPA, DIANTARANYA :

A. Pengukuran panjang

B. Pengukuran massa

C. Pengukuran waktu

9/15/2014dti-nts 19

A. PENGUKURAN PANJANG

Alat ukur dalam pengukuran panjang:

Mistar ukur

Jangka sorong

Mikrometer sekrup

9/15/2014dti-nts 20

11

9/15/2014dti-nts 21

9/15/2014dti-nts 22

12

9/15/2014dti-nts 23

ILUSTRASI

24

A B

CD

E F

AB = 101 cm CD = 100 cm

EF = 102 cm

BERAPAKAH PANJANG MEJA ??

TIDAK SAMA!!

SEMUA PENGUKURAN

TIDAK PASTI !9/15/2014dti-nts

13

Pengukuran massa umumnya dilakukan dengan

menggunakan NERACA.

Jenis- jenis neraca cukup banyak ,akan tetapi salah satu jenis

neraca yang sering digunakan adalah neraca pegas lengan.

NERACA mempunyai bagian penting,

antara lain tempat beban, skala yang

disertai beban geser, sistem pengatur

khusus, dan penunjuk.

Batas maksimum pengukuran adalah

311 g dengan ketelitian 0,01 g

9/15/2014dti-nts 25

NERACA TIGA LENGAN

NERACA DUA LENGAN

NERACA DIGITAL9/15/2014dti-nts 26

14

Pengukuran besaran pada waktu umumnya dilakukan dengan

menggunakan stopwatch.

Jenis stopwatch cukup banyak & biasanya memiliki 3 tombol,

yaitu: start, stop, dan resert.

9/15/2014dti-nts 27

ANALISA DIMENSI

Perioda ayunan sederhana T dinyatakan dengan rumus berikut ini :

yang mana l panjang tali dan g percepatan gravitasi dengan satuan panjang per

kwadrat waktu. Tunjukkan bahwa persamaan ini secara dimensional benar !

glT 2

Jawab :

Dimensi perioda [T] : T

Dimensi panjang tali [l] : L

Dimensi percepatan gravitasi [g] : LT-2

: tak berdimensi

2LT

LT

T

Contoh :

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

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

9/15/2014dti-nts 28

15

KESALAHAN DALAM PENGUKURAN

Pengukuran : proses pembandingan nilai besaran yang belum diketahui

dengan nilai standar yang sudah ditetapkan

Kesalahan pengukuran (error) : derajad penyimpangan suatu hasil pengukuran

terhadap nilai yang diharapkan

e = Yn - XnKesalahan mutlak :

harga yang diharapkan

harga pengukuran

Persentase Kesalahan : )100()100(n

nn

n Y

XY

Y

e

Akurasi :

n

nn

Y

XYA

1

Persentase Akurasi : a = 100% - persentase kesalahan = A x 100

Derajad kepastian hasil pengukuran

terhadap hasil yang diharapkan

9/15/2014dti-nts 29

KESALAHAN DAN PRESISI

PresisiAkurat Derajad konsistensi suatu pengukuran?

Resolusi : perubahan terkecil suatu variabel yang diukur

yang masih dapat terukur oleh alat ukur

n

nn

X

XX 1Presisi

Harga pengukuran ke n

Harga rata-rata dari n kali pengukuran

n

XX nn

Batas ketelitian9/15/2014dti-nts 30

16

ANGKA SIGNIFIKAN

Mencerminkan batas ketelitian alat ukur yang digunakan

Mistar batas ketelitian 0,1 cmHasil pengukuran disajikan

dengan tidak lebih dari satu

angka dibelakang koma

Contoh : 17,3 cm atau 4,5 cm

(17,3 cm)x(4,5 cm) = 77,85 cm2

Tiga angka penting Dua angka penting

78 cm2Mengikuti jumlah angka

penting yang terendah

(17,3 cm)/(4,5 cm) = 3,84444444444444444 cm2 3,8 cm2

Penjumlahan dan pengurangan mengikuti jumlah angka desimal terkecil

123 + 5,35 = 128,35 128

1,0001 + 0,003 + 2,0004 = 3,004

Pembulatan :

> 5 dibulatkan ke atas < 5 dibulatkan ke bawah = 5 dibulatkan ke genap terdekat

9/15/2014dti-nts 31

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

a. Gaya

b. Berat Jenis

c. Tekanan

d. Usaha

e. DayaJawab :

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-1gaya

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-1usaha

waktu

ML 2 T -2

T

Contoh Soal

9/15/2014dti-nts 32

17

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 = mv2

Energi Kinetik = 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 identik9/15/2014dti-nts 33