Bagian 1: Besaran Pokok dan Besaran Turunan
A. Besaran Pokok
Besaran pokok adalah besaran yang satuannya didefinisikan terlebih dahulu (tidak diturunkan dari besaran lain). Ada 7 besaran pokok dalam Sistem Internasional (SI):
| No. | Besaran Pokok | Lambang | Satuan (SI) | Definisi Singkat |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Panjang | l | meter (m) | Jarak yang ditempuh cahaya dalam 1/299.792.458 detik. |
| 2 | Massa | m | kilogram (kg) | Massa silinder platina-iridium di Sevres, Prancis (didefinisikan ulang dengan konstanta Planck). |
| 3 | Waktu | t | sekon (s) | Durasi 9.192.631.770 periode radiasi atom cesium-133. |
| 4 | Suhu | T | kelvin (K) | 1/273,16 dari suhu termodinamika titik tripel air. |
| 5 | Kuat arus listrik | I | ampere (A) | Arus yang menghasilkan gaya 2×10⁻⁷ N/m antara dua kawat sejajar. |
| 6 | Intensitas cahaya | I_v (atau Iv) | candela (cd) | Intensitas cahaya monokromatik 540×10¹² Hz dengan daya 1/683 watt per steradian. |
| 7 | Jumlah zat | n | mol (mol) | Jumlah zat yang mengandung 6,02214076×10²³ entitas (bilangan Avogadro). |
B. Besaran Turunan
Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok melalui rumus fisika. Contoh:
| Besaran Turunan | Rumus (dalam besaran pokok) | Satuan SI | Nama Khusus |
|---|---|---|---|
| Luas | panjang × lebar (L²) | m² | - |
| Volume | panjang³ (L³) | m³ | - |
| Kecepatan | panjang / waktu (L T⁻¹) | m/s | - |
| Percepatan | panjang / waktu² (L T⁻²) | m/s² | - |
| Gaya | massa × percepatan (M L T⁻²) | kg·m/s² | Newton (N) |
| Tekanan | gaya / luas (M L⁻¹ T⁻²) | N/m² = kg/(m·s²) | Pascal (Pa) |
| Energi | gaya × panjang (M L² T⁻²) | N·m = kg·m²/s² | Joule (J) |
| Daya | energi / waktu (M L² T⁻³) | J/s = kg·m²/s³ | Watt (W) |
| Muatan listrik | arus × waktu (I T) | A·s | Coulomb (C) |
| Tegangan listrik | energi / muatan (M L² T⁻³ I⁻¹) | J/C = kg·m²/(A·s³) | Volt (V) |
| Hambatan | tegangan / arus (M L² T⁻³ I⁻²) | V/A | Ohm (Ω) |
| Frekuensi | 1/waktu (T⁻¹) | s⁻¹ | Hertz (Hz) |
| Massa jenis | massa / volume (M L⁻³) | kg/m³ | - |
| Konsentrasi | jumlah zat / volume (L⁻³ N) | mol/m³ | Molar (M) biasa mol/L |
Bagian 2: Satuan Pokok dan Satuan Turunan
A. Satuan Pokok
Satuan pokok adalah satuan untuk besaran pokok. Tabel di atas sudah mencantumkannya. Selain SI, ada sistem satuan lain (cgs, imperial).
| Sistem | Panjang | Massa | Waktu | Suhu | Arus |
|---|---|---|---|---|---|
| SI | meter (m) | kilogram (kg) | sekon (s) | kelvin (K) | ampere (A) |
| cgs | centimeter (cm) | gram (g) | sekon (s) | kelvin, celsius | ampere (A) |
| Imperial (AS) | foot (ft), inch (in) | pound (lb) | sekon (s) | Fahrenheit (°F) | ampere (A) |
B. Satuan Turunan
Satuan turunan dibentuk dari satuan pokok. Contoh: m/s, m/s², N = kg·m/s², J = kg·m²/s², Pa = kg/(m·s²), dll.
Bagian 3: Sistem Satuan
A. Sistem Metrik
Sistem SI (Système International d'Unités) : Digunakan secara internasional, berbasis 10 (desimal). Ada 7 besaran pokok dan 22 besaran turunan dengan nama khusus.
Sistem cgs : Digunakan dalam fisika teoretis, satuan panjang = cm, massa = gram, waktu = sekon. Gaya dalam dyne (1 dyne = 10⁻⁵ N), energi dalam erg (1 erg = 10⁻⁷ J).
Sistem SI (Système International d'Unités) : Digunakan secara internasional, berbasis 10 (desimal). Ada 7 besaran pokok dan 22 besaran turunan dengan nama khusus.
Sistem cgs : Digunakan dalam fisika teoretis, satuan panjang = cm, massa = gram, waktu = sekon. Gaya dalam dyne (1 dyne = 10⁻⁵ N), energi dalam erg (1 erg = 10⁻⁷ J).
B. Sistem Imperial (Inggris)
Masih digunakan di Amerika Serikat, Myanmar, Liberia. Satuan panjang: inci, kaki (12 inci), yard (3 kaki), mil (5280 kaki). Massa: ounce, pound (16 ounce), ton. Suhu: Fahrenheit.
Masih digunakan di Amerika Serikat, Myanmar, Liberia. Satuan panjang: inci, kaki (12 inci), yard (3 kaki), mil (5280 kaki). Massa: ounce, pound (16 ounce), ton. Suhu: Fahrenheit.
C. Sistem Alami (Natural Units)
Digunakan dalam fisika partikel dan kosmologi, menetapkan konstanta fundamental = 1 (misal: kecepatan cahaya c=1, konstanta Planck ħ=1). Tidak praktis untuk kehidupan sehari-hari.
Digunakan dalam fisika partikel dan kosmologi, menetapkan konstanta fundamental = 1 (misal: kecepatan cahaya c=1, konstanta Planck ħ=1). Tidak praktis untuk kehidupan sehari-hari.
Bagian 4: Standar Satuan
Standar satuan adalah acuan fisik atau definisi berdasarkan konstanta alam agar satuan bersifat universal dan tetap.
| Besaran | Standar Modern (berdasarkan konstanta fundamental) |
|---|---|
| Panjang (meter) | Jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458 detik. |
| Massa (kilogram) | Didefinisikan dengan konstanta Planck (h = 6,62607015×10⁻³⁴ J·s). Tidak lagi menggunakan benda fisik (IPK). |
| Waktu (sekon) | 9.192.631.770 periode radiasi transisi hiperhalus atom cesium-133. |
| Suhu (kelvin) | Didefinisikan dengan konstanta Boltzmann (k = 1,380649×10⁻²³ J/K). Titik tripel air = 273,16 K. |
| Arus listrik (ampere) | Didefinisikan dengan muatan elementer e = 1,602176634×10⁻¹⁹ C, di mana 1 A = 1 C/s. |
| Intensitas cahaya (candela) | Daya 1/683 watt per steradian dari sumber monokromatik frekuensi 540×10¹² Hz. |
| Jumlah zat (mol) | 6,02214076×10²³ entitas (bilangan Avogadro). |
Standar ini memungkinkan setiap laboratorium mengkalibrasi alatnya tanpa harus memiliki benda standar fisik.
Bagian 5: Konversi Satuan
A. Konversi dalam Satu Sistem (SI dengan awalan)
Awalan desimal (faktor 10ⁿ) digunakan untuk menyatakan kelipatan atau pecahan:
| Awalan | Simbol | Faktor | Contoh |
|---|---|---|---|
| giga | G | 10⁹ | 1 GHz = 10⁹ Hz |
| mega | M | 10⁶ | 1 MB = 10⁶ byte |
| kilo | k | 10³ | 1 km = 1000 m |
| hekto | h | 10² | 1 hl = 100 L |
| deka | da | 10¹ | 1 dam = 10 m |
| desi | d | 10⁻¹ | 1 dm = 0,1 m |
| senti | c | 10⁻² | 1 cm = 0,01 m |
| mili | m | 10⁻³ | 1 mm = 0,001 m |
| mikro | µ | 10⁻⁶ | 1 µm = 10⁻⁶ m |
| nano | n | 10⁻⁹ | 1 nm = 10⁻⁹ m |
| piko | p | 10⁻¹² | 1 pF = 10⁻¹² F |
Konversi: 1 km = 1000 m = 10⁵ cm = 10⁶ mm.
B. Konversi Antar Sistem (SI ke Imperial, dll.)
Konversi Rumus Contoh Panjang 1 inci = 0,0254 m = 2,54 cm 10 inci = 25,4 cm 1 kaki (ft) = 0,3048 m 5 ft = 1,524 m 1 mil = 1,609344 km 60 mph ≈ 96,56 km/h Massa 1 lb = 0,45359237 kg 10 lb ≈ 4,536 kg 1 ounce = 28,3495 g 8 oz ≈ 226,8 g Suhu Celsius ke Fahrenheit: °F = (°C × 9/5) + 32 25°C = 77°F Fahrenheit ke Celsius: °C = (°F - 32) × 5/9 98,6°F = 37°C Celsius ke Kelvin: K = °C + 273,15 0°C = 273,15 K Volume 1 L = 1000 cm³ = 0,001 m³ 2 L = 2000 mL 1 galon AS = 3,78541 L 5 gal ≈ 18,93 L Gaya 1 N = 10⁵ dyne 1 N ≈ 0,2248 lbf
| Konversi | Rumus | Contoh |
|---|---|---|
| Panjang | 1 inci = 0,0254 m = 2,54 cm | 10 inci = 25,4 cm |
| 1 kaki (ft) = 0,3048 m | 5 ft = 1,524 m | |
| 1 mil = 1,609344 km | 60 mph ≈ 96,56 km/h | |
| Massa | 1 lb = 0,45359237 kg | 10 lb ≈ 4,536 kg |
| 1 ounce = 28,3495 g | 8 oz ≈ 226,8 g | |
| Suhu | Celsius ke Fahrenheit: °F = (°C × 9/5) + 32 | 25°C = 77°F |
| Fahrenheit ke Celsius: °C = (°F - 32) × 5/9 | 98,6°F = 37°C | |
| Celsius ke Kelvin: K = °C + 273,15 | 0°C = 273,15 K | |
| Volume | 1 L = 1000 cm³ = 0,001 m³ | 2 L = 2000 mL |
| 1 galon AS = 3,78541 L | 5 gal ≈ 18,93 L | |
| Gaya | 1 N = 10⁵ dyne | 1 N ≈ 0,2248 lbf |
C. Teknik Konversi (Faktor Satuan)
Kalikan dengan faktor satuan yang nilainya 1. Contoh:
Konversi 72 km/jam ke m/s:
72 km/jam = 72 × (1000 m / 1 km) × (1 jam / 3600 s) = 72 × 1000/3600 = 20 m/s.
Bagian 6: Alat Ukur Dasar
A. Pengukuran Panjang
Alat Ketelitian Cara Baca Kegunaan Mistar (penggaris) 0,5 mm – 1 mm Baca skala pada ujung objek, hindari paralaks. Mengukur panjang kasar (buku, meja, panjang daun). Jangka sorong 0,05 mm atau 0,1 mm Baca skala utama (mm) + skala nonius (0,05 mm). 3 rahang: luar, dalam, kedalaman. Mengukur diameter dalam/luar tabung, ketebalan, kedalaman lubang. Mikrometer sekrup 0,01 mm (0,005 mm untuk digital) Skala utama (mm) + skala putar (0,01 mm). Ada ratchet untuk tekanan konstan. Mengukur benda sangat tipis (kertas, rambut, kawat halus, diameter sel? untuk biologi, mikrometer digunakan pada mikroskop dengan mikrometer okuler).
| Alat | Ketelitian | Cara Baca | Kegunaan |
|---|---|---|---|
| Mistar (penggaris) | 0,5 mm – 1 mm | Baca skala pada ujung objek, hindari paralaks. | Mengukur panjang kasar (buku, meja, panjang daun). |
| Jangka sorong | 0,05 mm atau 0,1 mm | Baca skala utama (mm) + skala nonius (0,05 mm). 3 rahang: luar, dalam, kedalaman. | Mengukur diameter dalam/luar tabung, ketebalan, kedalaman lubang. |
| Mikrometer sekrup | 0,01 mm (0,005 mm untuk digital) | Skala utama (mm) + skala putar (0,01 mm). Ada ratchet untuk tekanan konstan. | Mengukur benda sangat tipis (kertas, rambut, kawat halus, diameter sel? untuk biologi, mikrometer digunakan pada mikroskop dengan mikrometer okuler). |
Cara membaca jangka sorong (nonius 0,05 mm):
Skala utama: lihat angka sebelum nol nonius, misal 2,4 cm = 24 mm.
Skala nonius: cari garis nonius yang tepat segaris dengan skala utama, misal garis ke-8 → 8 × 0,05 = 0,40 mm.
Hasil = 24,00 + 0,40 = 24,40 mm.
Cara membaca mikrometer:
Skala utama horizontal: 5,5 mm (jika selubung putar melewati angka 5,5).
Skala putar: garis ke-20 (20 × 0,01 = 0,20 mm).
Hasil = 5,50 + 0,20 = 5,70 mm.
B. Pengukuran Massa
Alat Kegunaan Neraca ohaus (tiga lengan, dua lengan) Mengukur massa benda hingga ketelitian 0,1 gram atau 0,01 gram. Digunakan di laboratorium. Neraca digital Lebih presisi (0,001 g – 0,0001 g) untuk analisis sampel kecil (biokimia, fisiologi). Neraca pegas (dinamometer) Mengukur berat (gaya), tetapi sering dikalibrasi dalam gram.
| Alat | Kegunaan |
|---|---|
| Neraca ohaus (tiga lengan, dua lengan) | Mengukur massa benda hingga ketelitian 0,1 gram atau 0,01 gram. Digunakan di laboratorium. |
| Neraca digital | Lebih presisi (0,001 g – 0,0001 g) untuk analisis sampel kecil (biokimia, fisiologi). |
| Neraca pegas (dinamometer) | Mengukur berat (gaya), tetapi sering dikalibrasi dalam gram. |
C. Pengukuran Waktu
Alat Ketelitian Kegunaan Stopwatch mekanik/digital 0,1 detik atau 0,01 detik Mengukur interval waktu (laju detak jantung, waktu reaksi, laju pertumbuhan per waktu). Jam atau timer 1 detik Pengukuran durasi umum.
| Alat | Ketelitian | Kegunaan |
|---|---|---|
| Stopwatch mekanik/digital | 0,1 detik atau 0,01 detik | Mengukur interval waktu (laju detak jantung, waktu reaksi, laju pertumbuhan per waktu). |
| Jam atau timer | 1 detik | Pengukuran durasi umum. |
D. Pengukuran Suhu
Alat Kegunaan Termometer air raksa/alkohol Mengukur suhu ruang, air, inkubator. Batas -10 sampai 110°C. Termometer digital thermocouple Respons cepat, rentang luas, digunakan dalam fisiologi hewan. Termometer infra merah (non-kontak) Mengukur suhu permukaan tubuh tumbuhan/hewan tanpa menyentuh.
| Alat | Kegunaan |
|---|---|
| Termometer air raksa/alkohol | Mengukur suhu ruang, air, inkubator. Batas -10 sampai 110°C. |
| Termometer digital thermocouple | Respons cepat, rentang luas, digunakan dalam fisiologi hewan. |
| Termometer infra merah (non-kontak) | Mengukur suhu permukaan tubuh tumbuhan/hewan tanpa menyentuh. |
E. Pengukuran Listrik (untuk fisiologi dan lingkungan)
Alat Fungsi Amperemeter Mengukur kuat arus listrik (A, mA, µA). Dipasang seri dalam rangkaian. Voltmeter Mengukur beda potensial (tegangan) listrik (V, mV). Dipasang paralel. Multimeter (AVO meter) Dapat digunakan sebagai amperemeter, voltmeter, ohmmeter (hambatan). Osiloskop Mengukur tegangan vs waktu, melihat bentuk gelombang (misal potensial aksi sel saraf).
Khusus biologi: Selain alat-alat di atas, pengukuran biologi juga menggunakan mikroskop (dengan mikrometer okuler dan mikrometer pentas) untuk mengukur panjang sel, diameter nukleus, dll.; spektrofotometer untuk konsentrasi pigmen (klorofil, protein); pH meter untuk keasaman medium; DO meter untuk oksigen terlarut; lux meter untuk intensitas cahaya.
| Alat | Fungsi |
|---|---|
| Amperemeter | Mengukur kuat arus listrik (A, mA, µA). Dipasang seri dalam rangkaian. |
| Voltmeter | Mengukur beda potensial (tegangan) listrik (V, mV). Dipasang paralel. |
| Multimeter (AVO meter) | Dapat digunakan sebagai amperemeter, voltmeter, ohmmeter (hambatan). |
| Osiloskop | Mengukur tegangan vs waktu, melihat bentuk gelombang (misal potensial aksi sel saraf). |
Khusus biologi: Selain alat-alat di atas, pengukuran biologi juga menggunakan mikroskop (dengan mikrometer okuler dan mikrometer pentas) untuk mengukur panjang sel, diameter nukleus, dll.; spektrofotometer untuk konsentrasi pigmen (klorofil, protein); pH meter untuk keasaman medium; DO meter untuk oksigen terlarut; lux meter untuk intensitas cahaya.
Bagian 7: Ketidakpastian Hasil Pengukuran
A. Definisi
Ketidakpastian (uncertainty) adalah nilai yang menyatakan rentang di mana nilai benar (true value) suatu besaran diperkirakan berada. Pengukuran tidak pernah eksak karena keterbatasan alat, lingkungan, atau pengamat.
B. Jenis Ketidakpastian
Jenis Penyebab Dapat dikurangi? Sistematik Kalibrasi alat salah, kesalahan titik nol, paralaks, pengaruh suhu Ya, dengan kalibrasi ulang, perbaikan metode. Acak (random) Fluktuasi statistik, getaran, perubahan kecil lingkungan, paralaks pengamat yang bervariasi Dikurangi dengan pengulangan dan rerata. Kesalahan kasar (blunder) Salah baca, salah catat, alat rusak Dihilangkan dengan pengamatan teliti.
| Jenis | Penyebab | Dapat dikurangi? |
|---|---|---|
| Sistematik | Kalibrasi alat salah, kesalahan titik nol, paralaks, pengaruh suhu | Ya, dengan kalibrasi ulang, perbaikan metode. |
| Acak (random) | Fluktuasi statistik, getaran, perubahan kecil lingkungan, paralaks pengamat yang bervariasi | Dikurangi dengan pengulangan dan rerata. |
| Kesalahan kasar (blunder) | Salah baca, salah catat, alat rusak | Dihilangkan dengan pengamatan teliti. |
C. Menyatakan Ketidakpastian
1. Untuk pengukuran tunggal (alat analog)
Ketidakpastian mutlak = ½ × skala terkecil alat (untuk pengukuran dengan satu kali baca).
Contoh: Mistar dengan skala 1 mm → ketidakpastian = 0,5 mm. Hasil = (12,3 ± 0,5) mm.
Jangka sorong skala nonius 0,05 mm → ketidakpastian = 0,05 mm (sering dianggap setara dengan skala nonius).
Mikrometer 0,01 mm → ketidakpastian = 0,005 mm (atau 0,01 mm tergantung aturan).
Ketidakpastian mutlak = ½ × skala terkecil alat (untuk pengukuran dengan satu kali baca).
Contoh: Mistar dengan skala 1 mm → ketidakpastian = 0,5 mm. Hasil = (12,3 ± 0,5) mm.
Jangka sorong skala nonius 0,05 mm → ketidakpastian = 0,05 mm (sering dianggap setara dengan skala nonius).
Mikrometer 0,01 mm → ketidakpastian = 0,005 mm (atau 0,01 mm tergantung aturan).
2. Untuk pengukuran berulang (statistik)
Lakukan N kali pengukuran (N ≥ 10).
Hitung rata-rata (x̄) : x̄ = Σ xᵢ / N
Hitung simpangan baku (s) : s = √[ Σ (xᵢ - x̄)² / (N-1) ]
Ketidakpastian (standar error) = s / √N (untuk nilai rata-rata).
Hasil: x̄ ± (s/√N) pada tingkat kepercayaan 68% (jika distribusi normal).
Lakukan N kali pengukuran (N ≥ 10).
Hitung rata-rata (x̄) : x̄ = Σ xᵢ / N
Hitung simpangan baku (s) : s = √[ Σ (xᵢ - x̄)² / (N-1) ]
Ketidakpastian (standar error) = s / √N (untuk nilai rata-rata).
Hasil: x̄ ± (s/√N) pada tingkat kepercayaan 68% (jika distribusi normal).
D. Contoh penerapan:
Mengukur panjang daun 5 kali: 10,2 cm; 10,3 cm; 10,1 cm; 10,2 cm; 10,2 cm.
Rata-rata = 10,20 cm (ambil 2 desimal).
Simpangan baku s ≈ 0,07 cm.
s/√5 ≈ 0,03 cm.
Hasil = (10,20 ± 0,03) cm.
Mengukur panjang daun 5 kali: 10,2 cm; 10,3 cm; 10,1 cm; 10,2 cm; 10,2 cm.
Rata-rata = 10,20 cm (ambil 2 desimal).
Simpangan baku s ≈ 0,07 cm.
s/√5 ≈ 0,03 cm.
Hasil = (10,20 ± 0,03) cm.
E. Penulisan hasil dan angka penting
Angka penting: Semua digit yang diketahui pasti + satu digit taksiran.
Aturan penulisan: Ketidakpastian biasanya ditulis dengan satu angka signifikan (kecuali jika angkanya 1 atau 2, boleh dua). Contoh: (12,34 ± 0,05) cm, bukan (12,34 ± 0,050) cm.
Angka penting: Semua digit yang diketahui pasti + satu digit taksiran.
Aturan penulisan: Ketidakpastian biasanya ditulis dengan satu angka signifikan (kecuali jika angkanya 1 atau 2, boleh dua). Contoh: (12,34 ± 0,05) cm, bukan (12,34 ± 0,050) cm.
F. Ketidakpastian relatif
Ketidakpastian relatif = (ketidakpastian mutlak / nilai hasil) × 100%
Semakin kecil persentase, semakin teliti pengukuran.
Ketidakpastian relatif = (ketidakpastian mutlak / nilai hasil) × 100%
Semakin kecil persentase, semakin teliti pengukuran.
Bagian 8: Penerapan Besaran dan Satuan dalam Mengukur Pertumbuhan dan Variabel Fisiologi pada Makhluk Hidup
A. Pengukuran Pertumbuhan
Pertumbuhan adalah pertambahan ukuran (panjang, tinggi, diameter, volume, massa) dalam waktu.
| Variabel | Besaran | Satuan | Alat Ukur | Contoh Penerapan |
|---|---|---|---|---|
| Tinggi tanaman | Panjang | cm, mm, m | Mistar, jangka sorong (untuk bibit kecil), meteran | Mengukur tinggi padi setiap minggu. |
| Diameter batang | Panjang | cm, mm | Jangka sorong, pita diameter (diameter tape) | Mengukur pertumbuhan sekunder pohon. |
| Luas daun | Luas | cm², m² | Planimeter, metode grid (hitung kotak), pemindaian + software | Pengaruh pupuk terhadap luas daun. |
| Perpanjangan akar | Panjang | mm, cm | Mistar atau scanner akar | Respon akar terhadap air (hidrotropisme). |
| Massa tubuh (hewan, manusia) | Massa | gram, kg, ons | Neraca digital, timbangan badan | Laju pertumbuhan anak ayam, berat badan bayi. |
| Volume buah / umbi | Volume | mL, L, cm³ | Pengukuran perpindahan air (archimedes) atau jangka sorong (elipsoid) | Produksi tomat per tanaman. |
| Laju pertumbuhan spesifik | 1/waktu (T⁻¹) | /hari, /jam | Dari perubahan massa atau panjang per waktu | µ = (ln W₂ - ln W₁) / (t₂ - t₁). |
B. Pengukuran Variabel Fisiologi
Variabel Besaran Satuan Alat Ukur Penerapan Laju fotosintesis Laju produksi O₂ atau serapan CO₂ µmol O₂/(m²·s), mg CO₂/(dm²·jam) Infra red gas analyzer (IRGA), oksigen meter (Clark electrode) Pengaruh cahaya pada fotosintesis tanaman. Laju transpirasi Kehilangan air per luas daun per waktu mol H₂O/(m²·s), g/(dm²·jam) Potometer, gas exchange system Respon tanaman terhadap kekeringan. Kandungan klorofil Konsentrasi pigmen µg/mL, mg/g daun Spektrofotometer (absorbansi 645, 663 nm) Menilai status nutrisi tanaman. Suhu tubuh (homeostatis) Suhu °C, K Termometer digital, termokopel, termal kamera Demam (manusia), ektoterm vs endoterm. Denyut jantung (hewan) Frekuensi denyut/menit (bpm) Stetoskop, EKG, pulse oximeter, heart rate monitor Efek olahraga, stres, suhu. Laju respirasi Konsumsi O₂ atau produksi CO₂ mL O₂/(g·jam), µmol CO₂/(g·s) Respirometer (Warburg, Gilson), CO₂ sensor Metabolisme basal hewan, respirasi tanah. Potensial air Tekanan kPa, MPa (1 MPa = 10 bar) Psikrometer, pressure chamber (Scholander) Cekaman air pada tanaman. Konduktansi stomata Laju uap air melewati stomata mol/(m²·s), mm/s Porometer, gas exchange Respon terhadap kekeringan dan ABA. pH cairan (darah, getah, medium) Konsentrasi ion H⁺ - pH meter (elektroda gelas) Darah pH 7,4; getah vakuola tumbuhan. Konsentrasi hormon Massa per volume, molaritas ng/mL, µM ELISA, HPLC (kromatografi cair), spektrofotometri Mengukur auksin, ABA, giberelin. Aktivitas enzim Laju perubahan substrat/produk µmol/(menit·mg protein) Spektrofotometer (kinetis) Efek suhu atau inhibitor pada enzim. Potensial listrik membran Tegangan (bed potensial) mV Mikroelektroda (voltmeter) Potensial aksi sel saraf, potensial membran sel tumbuhan. Osmolalitas Konsentrasi partikel osmotik mmol/kg (osmolar) Osmometer (penurunan titik beku) Pengaturan osmotik hewan, uji toleransi garam.
| Variabel | Besaran | Satuan | Alat Ukur | Penerapan |
|---|---|---|---|---|
| Laju fotosintesis | Laju produksi O₂ atau serapan CO₂ | µmol O₂/(m²·s), mg CO₂/(dm²·jam) | Infra red gas analyzer (IRGA), oksigen meter (Clark electrode) | Pengaruh cahaya pada fotosintesis tanaman. |
| Laju transpirasi | Kehilangan air per luas daun per waktu | mol H₂O/(m²·s), g/(dm²·jam) | Potometer, gas exchange system | Respon tanaman terhadap kekeringan. |
| Kandungan klorofil | Konsentrasi pigmen | µg/mL, mg/g daun | Spektrofotometer (absorbansi 645, 663 nm) | Menilai status nutrisi tanaman. |
| Suhu tubuh (homeostatis) | Suhu | °C, K | Termometer digital, termokopel, termal kamera | Demam (manusia), ektoterm vs endoterm. |
| Denyut jantung (hewan) | Frekuensi | denyut/menit (bpm) | Stetoskop, EKG, pulse oximeter, heart rate monitor | Efek olahraga, stres, suhu. |
| Laju respirasi | Konsumsi O₂ atau produksi CO₂ | mL O₂/(g·jam), µmol CO₂/(g·s) | Respirometer (Warburg, Gilson), CO₂ sensor | Metabolisme basal hewan, respirasi tanah. |
| Potensial air | Tekanan | kPa, MPa (1 MPa = 10 bar) | Psikrometer, pressure chamber (Scholander) | Cekaman air pada tanaman. |
| Konduktansi stomata | Laju uap air melewati stomata | mol/(m²·s), mm/s | Porometer, gas exchange | Respon terhadap kekeringan dan ABA. |
| pH cairan (darah, getah, medium) | Konsentrasi ion H⁺ | - | pH meter (elektroda gelas) | Darah pH 7,4; getah vakuola tumbuhan. |
| Konsentrasi hormon | Massa per volume, molaritas | ng/mL, µM | ELISA, HPLC (kromatografi cair), spektrofotometri | Mengukur auksin, ABA, giberelin. |
| Aktivitas enzim | Laju perubahan substrat/produk | µmol/(menit·mg protein) | Spektrofotometer (kinetis) | Efek suhu atau inhibitor pada enzim. |
| Potensial listrik membran | Tegangan (bed potensial) | mV | Mikroelektroda (voltmeter) | Potensial aksi sel saraf, potensial membran sel tumbuhan. |
| Osmolalitas | Konsentrasi partikel osmotik | mmol/kg (osmolar) | Osmometer (penurunan titik beku) | Pengaturan osmotik hewan, uji toleransi garam. |
C. Contoh Studi Kasus Penerapan
Menentukan laju pertumbuhan tinggi kecambah: Ukur tinggi (cm) setiap hari dengan mistar. Plot grafik waktu vs tinggi. Hitung laju (cm/hari) = selisih tinggi / selisih waktu.
Menghitung laju fotosintesis menggunakan manometer (respirometer diferensial): Letakkan daun dalam ruang tertutup dengan buffer CO₂, ukur perubahan tekanan O₂. Konversi tekanan ke volume O₂ (PV = nRT). Satuan µmol O₂/(m²·s).
Mengukur denyut jantung sebelum dan setelah aktivitas: Gunakan stopwatch hitung denyut per 15 detik, kalikan 4 (bpm). Bandingkan.
Menentukkan potensial air daun dengan pressure chamber: Potong daun, masukkan ke dalam chamber, tekan dengan gas N₂. Catat tekanan saat xilem mengeluarkan air (MPa). Semakin negatif, semakin cekam air.
Menentukan laju pertumbuhan tinggi kecambah: Ukur tinggi (cm) setiap hari dengan mistar. Plot grafik waktu vs tinggi. Hitung laju (cm/hari) = selisih tinggi / selisih waktu.
Menghitung laju fotosintesis menggunakan manometer (respirometer diferensial): Letakkan daun dalam ruang tertutup dengan buffer CO₂, ukur perubahan tekanan O₂. Konversi tekanan ke volume O₂ (PV = nRT). Satuan µmol O₂/(m²·s).
Mengukur denyut jantung sebelum dan setelah aktivitas: Gunakan stopwatch hitung denyut per 15 detik, kalikan 4 (bpm). Bandingkan.
Menentukkan potensial air daun dengan pressure chamber: Potong daun, masukkan ke dalam chamber, tekan dengan gas N₂. Catat tekanan saat xilem mengeluarkan air (MPa). Semakin negatif, semakin cekam air.
D. Pentingnya Ketelitian dan Konversi Satuan dalam Biologi
Kesalahan satuan bisa fatal: kebanyakan laboratorium biologi menggunakan metrik (mm, mg, µL, mM). Perhatikan konversi dari liter ke mL, gram ke mg, molar ke milimolar.
Faktor 10⁻³, 10⁻⁶ sangat umum dalam biologi (sel berdiameter µm, konsentrasi hormon nM).
Ketidakpastian harus dilaporkan dalam jurnal ilmiah. Contoh: Laju fotosintesis = 12,3 ± 0,5 µmol CO₂/(m²·s), n=5.
Kesalahan satuan bisa fatal: kebanyakan laboratorium biologi menggunakan metrik (mm, mg, µL, mM). Perhatikan konversi dari liter ke mL, gram ke mg, molar ke milimolar.
Faktor 10⁻³, 10⁻⁶ sangat umum dalam biologi (sel berdiameter µm, konsentrasi hormon nM).
Ketidakpastian harus dilaporkan dalam jurnal ilmiah. Contoh: Laju fotosintesis = 12,3 ± 0,5 µmol CO₂/(m²·s), n=5.
Soal HOTS
Soal Nomor 1
Tino mendefinisikan skala baru termometer, dengan satuan °T. Ditentukan bahwa temperatur 10 °C sama dengan 0 °T dan 40 °C sama dengan 60 °T. Dengan demikian, pada tekanan 1 atm air mendidih pada temperatur … °T.
A. 120
B. 150
C. 180
D. 200
Soal Nomor 2
Sebuah neraca memiliki nilai skala terkecil 0,1 gram. Contoh penulisan yang benar hasil pengukuran massa benda menggunakan neraca tersebut adalah … gram.
A. 23,7 ± 0,1
B. 15,20 ± 0,05
C. 7,25 ± 0,01
D. 5,0 ± 0,1
Soal Nomor 3
Amin dan Iman berjalan searah secara konstan 2 langkah per detik. Mula-mula mereka berdampingan. Setelah 20 detik Amin berada 2 meter di depan Iman. Jika lebar langkah Amin 32 cm, lebar langkah Imam … cm.
A. 22
B. 24
C. 25
D. 27
Soal Nomor 4
Pada tekanan 1 atm suhu air mendidih yang terukur oleh sebuah termometer adalah 80 derajat. Saat digunakan untuk mengukur air bersuhu 60 °C, termometer ini menunjukkan hasil pengukuran sebesar 52 derajat. Pada tekanan 1 atm air membeku pada suhu … derajat.
A. -20
B. -14
C. 10
D. 20
Soal Nomor 5
Berikut ini merupakan satuan panjang atau jarak yang biasa digunakan:
mile
inch
foot
meter
Satuan jarak yang merupakan sistem metrik atau sistem satuan internasional ditunjukkan oleh nomor ...
A. 4
B. 1 dan 3
C. 2 dan 4
D. 1, 2, 3 dan 4
Soal Nomor 6
Seorang anak mengendarai sepeda dengan kecepatan konstan. Di satu titik pada permukaan ban belakang sepeda disempotkan cat berwarna terang. Dilihat dari belakang, titik cat berwarna terang itu bergerak naik turun sebanyak 5 kali dalam 2 detik. Jika radius roda belakang 32 cm, besar kecepatan sepeda itu adalah .... ....
(Jawaban berupa angka)
Soal Nomor 7
Seorang ahli merancang termometer yang memiliki titik tetap bawah 10 °T. Pada tekanan 1 atm, air bersuhu 50 °C terukur sama dengan 50 °T, air mendidih pada suhu … °T.
A. 110
B. 100
C. 90
D. 80
Soal Nomor 8
Sebuah bola kecil dari plastik mula-mula ditahan di dasar sebuah bejana berisi air, kemudian dilepaskan. Bola itu bergerak dari dasar bejana sampai di ketinggian 25 cm dalam waktu 0,5 detik sejak dilepaskan. Percepatan gravitasi di tempat itu 10 m/s². Jika massa bola itu 5 g dan gesekan oleh air dapat diabaikan, maka volume bola sama dengan .... ....
(Jawaban berupa angka)
Soal Nomor 9
Untuk mengukur laju transpirasi melalui daun dilakukan percobaan dengan menggunakan fotometer. Hasil percobaan pengukuran kecepatan transpirasi didapatkan data sebagai berikut:
| Luas Daun (cm²) | Volume air yang hilang (mL) | Waktu (menit) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 10 | 2 | 4 | 8 | 16 | 32 | 64 | 124 | 248 | 496 |
| 20 | 5 | 9 | 15 | 36 | 68 | 120 | 212 | 490 | 989 |
Berdasarkan data di atas maka kecepatan transpirasi tanaman adalah... .
A. 0,36 mL/cm².menit
B. 0,55 mL/cm².menit
C. 3,6 mL/cm².menit
D. 5,5 mL/cm².menit
Soal MOTS
1. Pada pengukuran mulur panjang suatu logam, grafik perubahan panjang terhadap perubahan temperatur yang paling mungkin adalah ....
(Gambar grafik A, B, C, D tidak disertakan)
2. Satuan suhu "A didefinisikan dengan menggunakan titik bawah 10 "A untuk es yang mencair pada tekanan udara 1 atm dan titik atas 90 "A untuk air yang menguap pada tekanan udara 1 atm. Jika suatu benda memiliki suhu 25 °C, suhu benda itu dalam satuan "A adalah ....
A. 28
B. 30
C. 35
D. 42
3. Suhu di bawah ini yang paling tinggi adalah ....
A. 30 °C
B. 40 °R
C. 90 °F
D. 300 K
4. Besaran fisis berikut memiliki dimensi yang sama dengan besaran pokok, kecuali ....
A. gaya tarik bumi
B. perpindahan
C. tinggi badan
D. umur bintang
5. Menurut Harold Urey bahwa di ruang angkasa (atau "di raya" - kemungkinan maksudnya di alam semesta) kaya akan zat-zat kimia yang bila terkena bunga api listrik bertegangan tinggi menjadi asam amino sebagai bahan dasar makhluk hidup. Zat-zat tersebut adalah. ...
A. Metana, amoniak, hidrogen, dan air
B. Metana, karbondioksida, air dan hidrogen
C. Amoniak, hidrogen, oksigen dan air
D. Amoniak, metana, air dan nitrogen
6. Jika cepat rambat gelombang longitudinal dalam zat padat adalah ν = √(y/ρ) dengan y modulus Young dan ρ massa jenis zat padat, maka modulus Young dapat dinyatakan dalam satuan …
a. N.m²
b. N.m
c. N/m²
d. N/m
Jawab C (N/m²)
7. Ketika panjang sebuah benda diukur dengan jangka sorong, tampak posisi skala utama dan skala nonius jangka sorong tersebut seperti pada gambar di samping ini. Jika ketidakpastian mutlak untuk satu kali pengukuran di atas adalah setengah dari nilai skala terkecil, maka hasil ukur tersebut dalam satuan SI adalah ....
a. (34,7 ± 0,5) x 10⁻³ m
b. (34,7 ± 0,05) x 10⁻² m
c. (34,7 ± 0,005) x 10⁻³ m
d. (34,7 ± 0,005) x 10⁻² m
Jawab A
8. Sebuah kubus dimasukkan ke dalam gelas ukur yang berisi air seperti pada gambar di samping ini. Volume kubus adalah …
a. 5,0 x 10⁻⁵ m³
b. 5,0 x 10⁻⁴ m³
c. 5,0 x 10⁻³ m³
d. 5,0 x 10⁻² m³
Jawab A
9. Kelompok besaran fisika yang terdiri dari skalar dan vektor adalah ….
a. kecepatan, momentum, posisi
b. gaya, posisi, massa
c. energi, usaha, kalor jenis
d. temperatur, tekanan, daya
Jawab A
10. Massa 2 liter minyak goreng yang massa jenisnya 0,8 gr/cm³ adalah ….
a. 0,8 kg
b. 1,6 kg
c. 8,0 kg
d. 16,0 kg
Jawab A
Diketahui: V = 2 liter = 2000 cm³, ρ = 0,8 gr/cm³, m = ρ.V = 0,8 × 2000 = 1600 gram = 1,6 kg (Catatan: jawaban yang tertulis A (0,8 kg) tampaknya keliru, seharusnya 1,6 kg. Namun sesuai naskah, jawab A)
11. Berikut ini yang merupakan pasangan besaran pokok dan satuannya yang sesuai adalah . . .
A. gaya - joule
B. gaya - newton
C. arus listrik - ampere
D. tekanan - pascal
12. Satuan usaha adalah Nm. Satuan tersebut setara dengan
A. 10 gr cm s⁻¹
B. 10 gr cm s⁻¹ (duplikat)
C. 1 kg m s⁻¹
D. 1 kg m s⁻¹ (duplikat)
(Soal ini kemungkinan memiliki pilihan yang sama, tidak jelas)
13. Segumpal lilin plastisin dimasukkan ke dalam gelas ukur yang berisi air. Keadaan gelas ukur sebelum dan sesudah diisi plastisin ditunjukkan pada gambar di bawah. Jika lilin plastisin tersebut diubah menjadi berbentuk balok, maka ukuran balok yang tepat adalah
A. 10 cm x 5 cm x 5 cm
B. 10 cm x 3 cm x 1 cm
C. 30 cm x 5 cm x 2 cm
D. 10 cm x 4 cm x 2 cm
14. Gambar di samping ini adalah bacaan suatu alat ukur bernonius pada pengukuran panjang balok. Penulisan yang tepat untuk hasil pengukuran adalah . . .
A. 0,77 skala utama
B. 7,65 skala utama
C. 6,72 skala utama
D. 7,77 skala utama
15. Pernyataan yang benar mengenai besaran-besaran fisis berikut adalah ...
A. gaya merupakan besaran vektor dan perpindahan merupakan besaran skalar
B. tekanan merupakan besaran vektor dan temperatur merupakan besaran skalar
C. perpindahan merupakan besaran vektor dan tekanan merupakan besaran skalar
D. tekanan merupakan besaran vektor dan laju merupakan besaran skalar
16. Panjang, lebar dan tinggi sebuah balok berturut-turut adalah 40 mm, 30 mm dan 20 mm. Jika massa balok adalah 21,6 g maka massa jenis balok tersebut sama dengan ...
A. 0,9 g/mm³
B. 0,9 g/cm³
C. 1,1 g/mm³
D. 1,1 g/cm³
17. Dalam hal elastisitas bahan ada konsep modulus Young yaitu perbandingan tekanan dan regangan. Tekanan adalah perbandingan gaya dengan luas permukaan, dan regangan adalah perbandingan perubahan panjang dengan panjang mula-mula. Dengan demikian, dalam SI satuan modulus Young adalah ... .
A. kg.m/s²
B. kg/m.s²
C. m/kg.s²
D. kg.s²/m
18. Dalam pengukuran kita tidak mengetahui dengan pasti nilai besaran yang diukur karena hasil ukur ada di dalam batas rentang nilai tertentu. Dengan kata lain, hasil ukur selalu mengandung nilai ketidakpastian. Salah satu penyebab ketidakpastian hasil ukur adalah kesalahan posisi mata melihat skala alat ukur pada saat pengukuran dilakukan. Kesalahan yang disebut terakhir itu adalah kesalahan... .
A. mutlak
B. relatif
C. nilai skala terkecil
D. paralaks
19. Besaran yang memiliki satuan kg.m¹.s⁻² adalah ... .
A. tekanan
B. energi
C. momentum
D. percepatan
20. Perhatikan tabel berikut ini.
| No | Besaran Fisika | Satuan |
|---|---|---|
| 1 | A | Meter |
| 2 | massa | B |
| 3 | C | Sekon |
| 4 | D | m² |
| 5 | gaya | E |
Untuk melengkapi data tabel di atas dengan satuan Sistem Internasional (SI), maka A, B, C, D, dan E berurutan adalah ... .
A. volume, kilogram, suhu, luas, meter
B. panjang, kilogram, waktu, luas, newton
C. panjang, kilogram, volume, luas, joule
D. panjang, newton, waktu, volume, meter
21. Dua buah besaran yang dapat memiliki satuan yang sama tetapi konsep fisisnya berbeda adalah... .
A. gaya dan momentum
B. energi dan gaya
C. energi potensial dan energi kinetik
D. energi dan momentum
22. Jika hasil pengukuran tebal suatu plat adalah 8,25 mm, maka ketidakpastian relatif hasil pengukuran itu adalah ....
(Soal tidak lengkap, tidak ada pilihan)
23. Dari persamaan (P + a/V²)(V - b) = cT dengan P adalah tekanan, V volume, T temperatur mutlak, a, b, dan c merupakan konstanta. Dimensi a adalah ....
(Soal tidak lengkap, tidak ada pilihan)
24. Sebuah jangka sorong digunakan untuk melakukan pengukuran berulang diameter sebuah tabung, didapat hasil seperti dalam tabel berikut:
| No. | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| d (cm) | 9,98 | 9,98 | 9,99 | 9,98 | 9,98 | 9,97 | 9,99 | 9,99 | 9,98 | 9,98 |
Hasil pengukuran diameter tabung menurut data pada tabel di atas adalah ....
(Soal tidak lengkap, tidak ada pilihan)
25. Dalam suatu percobaan sederhana seorang siswa mengukur kuat arus listrik yang melewati suatu beban, yang nilai sebenarnya 2,0 A. Tetapi bila diukur menggunakan suatu amperemeter selalu terbaca 2,2 A. Kesalahan tersebut dapat diatasi dengan ....
(Soal tidak lengkap, tidak ada pilihan)
26. Jika dalam persamaan A = √(BC), besaran B memiliki satuan kg m/s² dan satuan C adalah g/cm, maka besaran A adalah ....
(Soal tidak lengkap, tidak ada pilihan)
27. Besaran di bawah ini yang merupakan besaran turunan dan sekaligus merupakan besaran vektor adalah ...
A. kuat arus listrik, gaya, kecepatan
B. gaya, usaha, percepatan
C. gaya berat, percepatan gravitasi, medan listrik
D. temperatur, kelajuan, panjang lintasan
28. Panjang sebuah benda diukur dengan jangka sorong yang nilai skala utama terkecilnya 1 mm dengan 19 skala utama dibuat menjadi 20 skala nonius. Nilai pembacaan yang mungkin adalah ...
A. 6,60 cm
B. 6,6 cm
C. 66 mm
D. 66,04 mm
29. Bacaan pengukuran tegangan oleh voltmeter dengan nilai skala maksimum 300 mV ditunjukkan oleh gambar berikut: (gambar tidak disertakan). Cara penulisan nilai bacaan yang tepat adalah ...
A. (255 ± 5) mV
B. (255 ± 10) mV
C. (265 ± 5) mV
D. (265 ± 10) mV
Subscribe by Email
Follow Updates Articles from This Blog via Email
No Comments