Fisika Dasar I Jurusan Ilmu Komputer FMIPA UNS 2007/2008 FISIKA DAN PENGUKURAN Ilmu Fisika bertujuan untuk memberi pemahaman terhadap kejadian alam dengan mengembangkan teori yang didasarkan pada eksperimen. Teori umumnya dinyatakan dalam bahasa matematika. Ternyata berbagai gejala alam yang teramati dapat dijelaskan dengan beberapa hukum dasar fisika. Sebelum membicarakan tentang hukum-hukum fisika perlu kiranya didefinisikan secara jelas besaran-besaran fisika yang terkait. Berikut ini adalah topik yang harus dipelajari dan target yang harus dicapai setelah mempelajari masing-masing topik. Besaran fisika dan satuan Pelajari : Serway 1.1; Giancoli 1.4; 1.5 dan 1.6 atau Haliday bab 1. Setelah mempelajari topik ini anda harus dapat : Mendifinisikan besaran vektor dan besaran skalar Memberikan contoh-contoh besaran vektor dan skalar Mendefinisikan pengertian besaran pokok dan besaran turunan Memberikan contoh besaran-besaran pokok dan besaran-besaran turunan Mejelaskan berbagai sistem satuan Menjelaskan definisi satuan dan standar besaran-besaran pokok dalam SI. Analisa dimensi Pelajari : Serway 1.3 Memperkenalkan simbol dimensi besaran-besaran pokok Menjelaskan bagaimana menyusun simbol dimensi besaran-besaran turunan Menjelaskan ketentuan-ketentuan untuk melakukan analisa dimensi suatu persamaan fisika Angka Penting Pelajari : Serway 1.7 Menentukan angka penting suatu hasil pengukuran atau hasil perhitungan. Oleh : Hery Purwanto

Apakah Fisika Itu ? 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). Fisika merupakan ilmu pengetahuan dasar yang mempelajari tentang gejala alam yang terjadi di jagad raya. Yang dimaksud dengan gejala alam tidak lain adalah sifat-sifat dan interaksi antar materi dan radiasi. Sifat-sifat dan interaksi antar materi antara lain ditunjukkan oleh adanya berbagai macam zat dalam berbagai fase. Terjadinya berbagai peristiwa alam, keadaan alam yang berwarna-warni, dll tidak lepas dari adanya interaksi antar materi dan radiasi. Ilmu fisika berkembang sesuai dengan hasil pengamatan eksperimental dan pengukuran kuantitatif (metode ilmiah). Untuk melakukan pengamatan diperlukan imajinasi. Dari imajinasi orang tentang peristiwa alam timbul inspirasi untuk menjelaskannya sehingga tercipta teori. Dengan demikian fisika adalah ilmu pengetahuan yang merupakan hasil kreativitas manusia. Sama-sama hasil kreasi manusia, apa bedanya fisika dengan karya seni atau karya sastra ? Hasil kreasi dalam ilmu pengetahuan perlu diuji dalam suatu eksperimen. Dalam melakukan eksperimen perlu adanya pengukuran untuk memperoleh data. Sedangkan pengakuan atas karya seni/sastra didasarkan atas kesan/perasaan orang lain terhadap hasil karya tersebut. Dengan demikian apakah yang dimaksud dengan metode ilmiah ? Metode Ilmiah adalah pemakaian cara berpikir yang logis untuk mendapatkan suatu model alam yang sesuai dengan hasil-hasil eksperimen. (Giancoli,1988, 1-1).

METODE ILMIAH TidakCocok Uji prediksi Perbaiki teori Hasil positif Pengamatan terhadap Peristiwa alam Hipotesa Eksperimen TidakCocok Uji prediksi Teori Perbaiki teori Metode Ilmiah meliputi lima langkah berikut : Pengamatan : Pengambilan data, baik dari pengamatan langsung atau dari eksperimen. Hipotesa : penalaran sementara terhadap peristiwa yang diamati yang masih perlu diuji kebenarannya dengan eksperimen. Eksperimen : Suatu prosedur tertentu yang dilakukan untuk mendapatkan, menguji atau mendemonstrasikan suatu peristiwa. Jika hasilnya tidak sesuai dengan hipotesa, hipotesa tersebut perlu dimodifikasi. Hipotesa yang baru perlu diuji ulang dengan melakukan eksperimen lagi. Teori : Jika hipotesa cocok dengan hasil eksperimen (dalam batas-batas tertentu), hipotesa tersebut diterima sebagai teori Prediksi : Dengan teori dapat diprediksi berbagai hal yang mungkin terjadi. Prediksi tersebut perlu diuji dengan suatu eksperimen. Jika hasilnya positif ditingkatkan/diperluas prediksi. Jika hasil negatif, teori tersebut perlu disempurnakan. Mengingat tidak ada alat ukur yang sempurna, pengujian dengan eksperimen tidak dapat dituntut hasil yang tepat seperti yang diprediksikan. Prediksi Hasil positif Hasil negatif

Pengamatan Peristiwa Alam PENGUKURAN Model Pengamatan Peristiwa Alam Eksperimen Apakah yang diukur ? Pengukuran Besaran Fisika Kuantitas (Hasil Pengukuran) Alat Ukur Kalibrasi Penyajian Harga Satuan Sistem Matrik Dalam proses ilmiah dilakukan pengamatan terhadap peristiwa alam dan eksperimen. Untuk menyusun eksperimen diperlukan suatu model dari peristiwa nyata. Model : Imaginasi ilmuwan tentang peristiwa alam yang dibuat untuk menjelaskan peristiwa alam yang sesungguhnya dengan berdasar pada idealisasi dan asumsi-asumsi. Baik dalam pengamatan peristiwa alam ataupun eksperimen diperlukan pengukuran besaran fisika. Pengukuran proses pembandingan besaran yang tidak diketahui dengan dengan besaran standart yang telah ditetapkan. Untuk itu diperlukan Alat Ukur. Ada dua komponen penting dalam penyajian Hasil Pengukuran, yaitu “Harga” dan “Satuan”. Untuk menentukan Harga dan Satuan diperlukan Standar ukuran dan Sistem Satuan. (Terdapat berbagai sistem satuan, baik yang berlaku secara lokal/tradisional maupun internasional). Dalam dunia keilmuan telah disepakati bahwa sistem satuan yang dipakai adalah Sistem Internasional atau SI (Le Systeme International d’Unites) dan penyajian harga digunakan Sistem Matriks (desimal). Untuk membuat alat ukur perlu dilakukan Kalibrasi. Kalibrasi dilakukan berdasarkan standar ukuran (acuan) dan satuan yang dipakai. Dalam kehidupan sehari-hari terdapat berbagai macam sistem satuan dan sistem penyajian harga (angka). SI Standar ukuran Sistem satuan

KLASIFIKASI BESARAN FISIKA Besaran Pokok besaran yang ditetapkan dengan suatu standar ukuran Konseptual Matematis Besaran Turunan besaran yang dirumuskan dari besaran-besaran pokok Besaran Fisika Besaran Skalar hanya memiliki nilai Besaran fisika dapat dijelaskan secara konseptual maupun secara matematis Besaran Pokok dalam SI adalah : Massa (kg), Panjang (meter), Waktu (sekon), Arus listrik (ampere), Suhu (kelvin), Jumlah Zat (mole) dan Intensitas (kandela) Definisi Standar Besaran Pokok dalam mekanika : Panjang - meter : Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang hampa yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu 1/299,792,458 sekon. Massa - kilogram : Satu kilogram adalah massa silinder platinum iridium dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm. Waktu - sekon Satu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode (getaran) radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium-133 dalam transisi antara dua tingkat energi (hyperfine level) yang terdapat pada aras dasar (ground state). Besaran Vektor memiliki nilai dan arah

Besaran Pokok (dalam SI) Satuan (dalam SI) Massa Panjang Waktu Arus listrik Suhu Jumlah Zat Intensitas 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 : Satu meter adalah panjang lintasan di dalam ruang hampa yang dilalui oleh cahaya dalam selang waktu 1/299,792,458 sekon. Massa - kilogram : Satu kilogram adalah massa silinder platinum iridium dengan tinggi 39 mm dan diameter 39 mm. Waktu - sekon Satu sekon adalah 9,192,631,770 kali periode (getaran) radiasi yang dipancarkan oleh atom cesium-133 dalam transisi antara dua tingkat energi (hyperfine level) yang terdapat pada aras dasar (ground state).

BESARAN TURUNAN Gaya 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 Besaran Pokok Simbol Dimensi M Massa L Panjang T Waktu Q Suhu Arus listrik Suhu Jumlah Zat Intensitas M L T I Q N J 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”.

ANALISA DIMENSI Contoh : Suatu besaran dapat dijumlahkan atau dikurangkan apabila memiliki dimensi yang sama. Setiap suku dalam persamaan fisika harus memiliki dimensi yang sama. Contoh : 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 ! Jawab : Dimensi perioda [T] : T Dimensi panjang tali [l] : L Dimensi percepatan gravitasi [g] : LT-2 p : tak berdimensi

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 harga yang diharapkan e = Yn - Xn Kesalahan mutlak : harga pengukuran Persentase Kesalahan : Akurasi : Derajad kepastian hasil pengukuran terhadap hasil yang diharapkan Persentase Akurasi : a = 100% - persentase kesalahan = A x 100

KESALAHAN DAN PRESISI Akurat Presisi ? Derajad konsistensi suatu pengukuran Presisi Akurat ? Harga pengukuran ke n Harga rata-rata dari n kali pengukuran Resolusi : perubahan terkecil suatu variabel yang diukur yang masih dapat terukur oleh alat ukur Batas ketelitian

ANGKA SIGNIFIKAN Mencerminkan batas ketelitian alat ukur yang digunakan Hasil pengukuran disajikan dengan tidak lebih dari satu angka dibelakang koma Mistar  batas ketelitian 0,1 cm Contoh : 17,3 cm atau 4,5 cm Tiga angka penting Dua angka penting Mengikuti jumlah angka penting yang terendah (17,3 cm)x(4,5 cm) = 77,85 cm2 78 cm2 (17,3 cm)/(4,5 cm) = 3,84444444444444444 cm2 3,8 cm2 Penjumlahan dan pengurangan  mengikuti jumlah angka desimal terkecil 128 + 5,35 = 128,35 128 Pembulatan : > 5  dibulatkan ke atas < 5  dibulatkan ke bawah = 5  dibulatkan ke genap terdekat 1,0001 + 0,003 + 2,0004 = 3,004