MATERI OSN IPA SMP 1 ; BESARAN, SATUAN, DAN PENGUKURAN

MATERI FISIKA: BESARAN, SATUAN, DAN PENGUKURAN

Fisika adalah ilmu pengetahuan yang didasarkan pada pengukuran dan hasil pengukuran yang dinyatakan dengan angka-angka. Untuk memahami fisika, kita harus terlebih dahulu memahami konsep dasar tentang besaran dan satuan.

1. Besaran Pokok dan Besaran Turunan

Besaran adalah segala sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan dengan angka (nilai) serta memiliki satuan.

Berdasarkan satuannya, besaran dibedakan menjadi dua, yaitu:

Besaran Pokok: Besaran yang satuannya telah ditetapkan terlebih dahulu dan tidak diturunkan dari besaran lain.
Besaran Turunan: Besaran yang satuannya diturunkan dari besaran pokok.

Tabel Besaran Pokok (Sistem Internasional):

No.	Besaran Pokok	Satuan (SI)	Singkatan Satuan
1.	Panjang	meter	m
2.	Massa	kilogram	kg
3.	Waktu	sekon	s
4.	Suhu	kelvin	K
5.	Kuat Arus Listrik	ampere	A
6.	Intensitas Cahaya	kandela	cd
7.	Jumlah Zat	mol	mol

Contoh Besaran Turunan:

No.	Besaran Turunan	Rumus	Satuan (SI)	Penurunan dari Besaran Pokok
1.	Luas	Panjang x Lebar	m²	meter x meter (panjang)
2.	Volume	Panjang x Lebar x Tinggi	m³	meter x meter x meter (panjang)
3.	Kecepatan	Perpindahan / Waktu	m/s	meter / sekon (panjang dan waktu)
4.	Massa Jenis	Massa / Volume	kg/m³	kilogram / meter³ (massa dan panjang)
5.	Gaya	Massa x Percepatan	newton (N)	kg·m/s² (massa, panjang, dan waktu)

2. Satuan Pokok dan Satuan Turunan

Satuan Pokok: Satuan yang digunakan untuk menyatakan besaran pokok. Contoh: meter (m), kilogram (kg), sekon (s).
Satuan Turunan: Satuan yang merupakan gabungan dari satuan pokok. Contoh: m/s (meter per sekon) untuk kecepatan, kg/m³ (kilogram per meter kubik) untuk massa jenis.

3. Sistem Satuan

Sistem satuan adalah kumpulan aturan untuk mendefinisikan satuan-satuan yang digunakan dalam pengukuran. Sistem satuan yang berlaku secara internasional adalah Sistem Internasional (SI) atau dalam bahasa Perancis disebut Le Système International d'Unités.

Selain SI, ada juga sistem lain seperti:

CGS (Centimeter-Gram-Second): Satuan panjang dalam cm, massa dalam gram, waktu dalam sekon.
MKS (Meter-Kilogram-Second): Sistem ini yang kemudian diadopsi menjadi SI.

4. Standar Satuan

Standar satuan adalah suatu acuan atau rujukan yang digunakan untuk mendefinisikan suatu satuan agar memiliki nilai yang tetap dan sama di seluruh dunia.

Standar Panjang (1 meter): Dahulu didefinisikan sebagai jarak antara dua goresan pada batang platina-iridium. Sekarang, 1 meter didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama selang waktu 1/299.792.458 sekon.
Standar Massa (1 kilogram): Massa sebuah silinder platina-iridium yang disimpan di Sevres, Prancis (prototipe kilogram). Saat ini sedang dikembangkan definisi baru berdasarkan konstanta fisika (konstanta Planck).
Standar Waktu (1 sekon): Waktu yang diperlukan atom Cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.

5. Konversi Satuan

Konversi satuan adalah proses mengubah nilai dari suatu sistem satuan ke sistem satuan yang lain tanpa mengubah nilai besaran tersebut.

Contoh Konversi:

Panjang: 1 km = 1000 m; 1 m = 100 cm; 1 inci = 2,54 cm.
Massa: 1 kg = 1000 gram; 1 ton = 1000 kg.
Waktu: 1 jam = 3600 sekon; 1 menit = 60 sekon.

6. Alat Ukur Dasar

Setiap besaran memiliki alat ukurnya masing-masing. Berikut adalah alat-alat ukur dasar:

Besaran	Nama Alat Ukur	Keterangan & Ketelitian
Panjang	Mistar / Penggaris	Ketelitian 1 mm atau 0,1 cm.
	Jangka Sorong	Ketelitian 0,1 mm atau 0,01 cm. Digunakan untuk mengukur diameter dalam, diameter luar, dan kedalaman.
	Mikrometer Sekrup	Ketelitian 0,01 mm. Digunakan untuk mengukur benda yang sangat tipis seperti tebal kertas atau diameter rambut.
Massa	Neraca (Ohauss, Lengan, Digital)	Ketelitian bervariasi, misalnya 0,1 gram atau 0,01 gram.
Waktu	Stopwatch	Ketelitian biasanya 0,1 sekon atau 0,01 sekon untuk digital.
Suhu	Termometer	Menggunakan berbagai skala (Celcius, Reamur, Fahrenheit, Kelvin).
Kuat Arus	Amperemeter	Dipasang seri dalam rangkaian listrik.
Tegangan	Voltmeter	Dipasang paralel dalam rangkaian listrik.

7. Ketidakpastian Hasil Pengukuran

Tidak ada pengukuran yang benar-benar tepat. Selalu ada ketidakpastian, yang bisa disebabkan oleh alat, lingkungan, atau pengamat.

Ketidakpastian Mutlak (Δx): Biasanya setengah dari nilai skala terkecil (NST) alat.
- Contoh: NST mistar = 1 mm = 0,1 cm. Maka Δx = 1/2 × 0,1 cm = 0,05 cm.
Cara Penulisan Hasil Pengukuran:
$x = (x_{0} \pm Δ x)$ $x = (x_{0}$
di mana:
- $x$ = hasil pengukuran yang dilaporkan
- $x_0$ = nilai yang terbaca pada alat
- $\Delta x$ = ketidakpastian mutlak

8. Penerapan Besaran dan Satuan dalam Mengukur Pertumbuhan dan Variabel Fisiologis Makhluk Hidup

Konsep besaran dan pengukuran sangat penting dalam biologi, terutama untuk mengamati gejala alam pada makhluk hidup.

Pertumbuhan: Mengukur tinggi tanaman (besaran panjang) menggunakan mistar, mengukur diameter batang (besaran panjang) menggunakan jangka sorong, mengukur massa kecambah (besaran massa) menggunakan neraca setiap hari untuk membuat kurva pertumbuhan.
Variabel Fisiologis:
- Suhu Tubuh: Mengukur suhu tubuh manusia/hewan (besaran suhu) menggunakan termometer untuk mengetahui kondisi kesehatan.
- Laju Denyut Nadi: Menghitung jumlah denyut nadi per menit (besaran waktu dan frekuensi) menggunakan stopwatch.
- Tekanan Darah: Mengukur tekanan sistolik dan diastolik (besaran turunan tekanan) menggunakan tensimeter (sphygmomanometer).
- Volume Oksigen: Mengukur kapasitas vital paru-paru (besaran volume) menggunakan spirometer.

PEMBAHASAN SOAL REFERENSI

A. Soal Pilihan Ganda (Konversi Skala Termometer)

Soal ID 51:

Sebuah skala termometer dengan satuan °B didefinisikan sedemikian, sehingga temperatur 15 °C sama dengan 10 °B dan 45 °C sama dengan 50 °B. Pada tekanan udara 1 atm, es melebur pada temperatur … °B.

Pembahasan:

Identifikasi Data:
- Titik tetap bawah (es melebur) pada termometer Celcius = 0°C. Ini yang ditanyakan dalam °B.
- Titik tetap atas (air mendidih) pada tekanan 1 atm untuk Celcius adalah 100°C (tidak disebut langsung, tapi ini pengetahuan umum).
- Diketahui dua titik sembarang:
  - $C_1 = 15°C \rightarrow B_1 = 10°B$
  - $C_2 = 45°C \rightarrow B_2 = 50°B$
Rumus Perbandingan Skala:
Karena tidak ada hubungan linear yang sederhana (seperti perbandingan titik tetap), kita gunakan rumus perbandingan untuk dua skala yang berbeda:
$\frac{C - C_{1}}{C_{2} - C_{1}} = \frac{B - B_{1}}{B_{2} - B_{1}}$
Masukkan Nilai yang Diketahui:
Kita ingin mencari $B$ ketika $C = 0°C$.
$\frac{0 - 15}{45 - 15} = \frac{B - 10}{50 - 10}$ $\frac{- 15}{30} = \frac{B - 10}{40}$ $- \frac{1}{2} = \frac{B - 10}{40}$
Hitung Nilai B:
$B - 10 = - \frac{1}{2} \times 40$ $B - 10 = - 20$ $B = - 20 + 10 = - 10$

Jadi, es melebur pada temperatur -10 °B (Jawaban: B).

B. Soal Pilihan Ganda (Pelaporan Hasil Pengukuran)

Soal ID 52:

Pengukuran panjang sebatang pensil memberikan hasil 12,530 ± 0,005 cm. Jika panjang pensil itu diukur dengan alat berskala terkecil 1 mm, hasilnya dinyatakan sebagai … cm.