Ketidakpastian dalam Pengukuran

INTISARI PERCOBAAN

Pengukuran merupakan kegiatan yang sangat penting dalam setiap percobaan ilmiah, seperti penelitian dan praktikum. Dalam ilmu-ilmu eksak, kegiatan pengukuran yang akurat merupakan kunci keberhasilan dalam pengolahan data dan penyediaan informasi. Namun, dalam setiap kegiatan pengukuran selalu ada sebuah ketidakpastian nilai pengukuran. Hal itu dapat diakibatkan oleh keterbatasan alat maupun keterbatasan orang yang melakukan pengukuran. Untuk mendapatkan tingkat ketepatan nilai yang tinggi, pengukuran biasanya dilakukan dengan menggunakan alat ukur yang mempuntai keakuratan yang tinggi dan dilakukan secara berulang-ulang sehingga didapatkan sejumlah data yang mendekati nilai sebenarnya yang kemudian dapat diolah kembali dengan menggunakan kaidah-kaidah statistika.

Dalam fisika pengukuran dibagi menjadi dua jenis pengukuran yaitu pengukuran langsung dan pengukuran tidak langsung. Pengukuran langsung merupakan pengukuran yang dilakukan terhadap besaran pokok objek yang akan diukur seperti berat, panjang, dan suhu. Sedangkan pengukuran tidak langsung ialah pengukuran yang menghitung suatu besaran lain dimana nilainya didapat dari besaran-besaran lain, misalnya mengukur massa jenis suatu benda.

Nilai pengukuran yang akurat merupakan bagian penting dalam setiap praktikum. Oleh karena itu, diperlukan alat ukur yang mempunyai tingkat ketelitian yang tinggi sehingga dapat menghasilkan nilai pengukuran dengan keakuratan yang tinggi. Akurasi alat ukur menggambarkan ukuran ketepatan nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya. Dengan demikian tingkat presisi dan akurasi suatu alat ukur menjadi sangat penting dalam menentukan sebuah ketidakpastian pengukuran.

Metode Kuadrat Terkecil

INTISARI PERCOBAAN

Metode kuadrat terkecil pada dasarnya ialah suatu metode yang digunakan untuk menghilangkan atau menghaluskan suatu kesalahan statistik yang diakibatkan dari kesalahan sistemik, seperti kesalahan sistemik alat dan  kesalahan kalibrasi alat. Oleh karenanya metode kuadrat terkecil pada dasarnya berasumsi bahwa kurva terbaik yang dihasilkan adalah kurva yang mempunyai jumlah total kuadrat kesalahan yang minimum (least square error) dari data pengukuran. Pada grafik metode kuadrat terkecil terlihat dari kecilnya jarak simpangan dari garis rata-rata.

Keuntungan dari pemakaian metode kuadrat terkecil atau least squares atau ordinary least squares (OLS) ialah:

  1. Dalam mengatasi masalah tanda dengan mengkuadratkan kekeliruan. Kuadrat terkecil sangat sesuai dengan ilmu hitung aljabar dan memberikan analog dengan rumus Pythagoras dalam ilmu ukur sudut.
  2. Ada dua teori pengujian untuk kuadrat terkecil ini, teori Gauss-Maskov dan kriteria kebolehjadian maksimum untuk model regresi normal.

Berdasarkan keuntungan-keuntungan metode ini, kuadrat terkecil merupakan teknik dasar dan paling biasa.

Koefisien Pergeseran Zat Cair

INTISARI PERCOBAAN

Hukum tentang viskositas zat cair pertama kali dikemukakan oleh Sir George Stokes tahun 1845 yang kemudian dikenal dengan Hukum Stokes. Hukum ini mengemukakan tentang pergerakan benda dan gesekan yang terjadi terhadap benda tersebut ketika melewati zat cair.

Viskositas pada dasarnya ialah suatu gaya gesekan internal antara fluida dengan benda yang bergerak melaluinya. Hal ini terjadi akibat tumbukan partikel fluida dengan partikel benda. Setiap fluida mempunyai koefisien pergeseran zat cair, h yang berbeda-beda. Semakin kental suatu fluida, maka semakin besar koefisien viskositasnya. Karena gaya gesekan berbanding lurus dengan kecepatan, maka semakin cepat benda bergerak maka semakin besar pula gaya gesekan terhadap fluida yang ditimbulkan.

Percobaan ini pada dasarnya menghubungkan antara massa jenis fluida, massa jenis bola, jari-jari bola dengan koefisien pergeseran fluida.

Voltmeter dan Amperemeter

INTISARI PERCOBAAN

Percobaan ini bertujuan untuk mengukur kuat arus dan beda tegangan pada rangkaian arus searah (DC), mengukur hambatan dalam dari voltmeter dan amperemeter, serta mengukur daerah pengukuran voltmeter dan amperemeter.

Amperemeter adalah alat untuk mengukur kuat arus listrik (i). Pengukuran arus listrik dilakukan dengan memasang amperemeter secara seri dengan rangkaian. Untuk keakuratan pengukurannya, amperemeter seharusnya tidak memiliki hambatan dalam. Dalam pengukuran hambatan dalam dari suatu amperemeter digunakan rumus :

 

 Voltmeter adalah alat untuk mengukur beda potensial atau tegangan (v) antara dua titik yang berbeda. Untuk mengukur beda potensial antara dua titik pada suatu komponen, voltmeter harus dihubungkan secara paralel dengan titik yang akan diukur. Untuk mengukur hambatan dalam dari suatu voltmeter, digunakan persamaan:

Sifat Lensa dan Cacat Bayangan

INTISARI PERCOBAAN

Lensa adalah benda yang terbuat dari bahan optik yang tembus cahaya (transparan) yang dibatasi oleh dua permukaan bidang lengkung, atau satu bidang lengkung dan satu bidang datar. Lensa bekerja berdasarkan pembiasan cahaya, sehingga setiap cahaya yang melewati lensa akan diteruskan dengan berbelok ataupun secara lurus pada sumbu pusat lensa.

Permukaan lensa umumnya berbentuk lengkungan bola sehingga disebut lensa sferik. Lensa sferik biasanya digunakan untuk kaca pembesar (lup), mikroskop, teropong, lampu projektor, dan kacamata. Secara umum lensa dibagi menjadi lensa cembung atau lensa konveks dan lensa cekung atau lensa konkaf.

Lensa cembung bersifat mengumpulkan (konvergen) cahaya, sehingga disebut juga lensa konvergen. Sedangkan lensa cekung bersifat menyebarkan (divergen) cahaya, sehingga disebut juga lensa divergen.

Percobaan ini pada dasarnya ialah untuk mengetahui suatu cacat (aberasi) bayangan. Suatu cacat bayangan dapat disebabkan karena lensa berbentuk lengkung tidak sempurna serta perbedaan indeks bias pada lensa yang digunakan.

Pesawat Atwood

INTISARI PERCOBAAN

Benda yang terletak di bumi pasti dipengaruhi oleh gravitasi bumi. Hal ini mengakibatkan benda yang dijatuhkan di bumi memiliki kecepatan jatuh yang berbeda dengan benda yang dijatuhkan di bulan. Percobaan ini dilakukan untuk menentukan hubungan antara hukum-hukum mekanika dan dinamika gerak dengan pergerakan benda yang menyangkut perepatan dan kecepatan gerak.

Hukum-hukum tentang dinamika yaitu,

  1. Hukum I Newton tentang resultan gaya yang bekerja terhadap benda.
  2. Hukum II Newton tentang gaya F akan sebanding dengan besarnya gaya F tersebut dimana .
  3. Hukum III Newton tentang untuk setiap aksi yang ditimbulkan oleh suatu benda maka akan terjadi reaksi yang sama besarnya dan berlawanan arah atau aksi timbal balik satu terhadap yang lain antara dua benda selalu sama besar dan berarah yang berlawanan. Sesuai persamaan .

Bila sebuah benda tegar bergerak dalam suatu lintasan lingkaran yang berpusat pada poros, maka pada benda akan berlaku besaran-besaran yang ekuivalen dengan besaran yang berlaku pada gerak linier. Seperti massa m sebanding dengan momen inersia I.

Panas Jenis Zat Padat

INTISARI PERCOBAAN

Panas jenis (specific heat) suatu zat didefinisikan sebagai energi panas (kalor) yang diperlukan untuk menaikan suhu suatu zat per unit massa zat tersebut. Panas jenis suatu zat dilambangkan dengan cz.  Secara matematis, panas jenis suatu zat ialah perbandingan dari kapasitas kalor yang diterima zat  dengan massa zat tersebut.

Panas Jenis suatu zat digunakan untuk mendapatkan gambaran mengenai karakteristik suatu benda dan material penyusun benda tersebut. Suatu kalor jenis suatu zat dapat diukur dengan menggunakan kalorimeter.

Sebuah sistem kalorimeter bekerja berdasarkan azas Black yaitu apabila pada kondisi adiabatik dicampurkan dua zat yang temperaturnya mula-mula berbeda, maka pada saat kesetimbangan  banyak kalor yang dilepas oleh zat yang temperatur mula-mulanya tinggi sama dengan banyaknya kalor yang diserap oleh zat yang temperatur mula-mulanya rendah.

Jembatan Wheatstone

INTISARI PERCOBAAN

Pada dasarnya, Jembatan Wheatstone merupakan suatu susunan instrumen-instrumen hambatan yang dapat disusun sedemikian rupa sehingga rangkaian yang telah tersusun tidak dapat diganti dengan rangkaian pengganti secara seri maupun secara paralel.

Jembatan Wheatstone secara prinsip bekerja berdasarkan Hukum Ohm yang meliputi konsep hambatan dan gaya gerak listrik, serta Hukum Kirchoff tentang percabangan listrik atau disebut juga rangkaian listrik majemuk.

Berdasarkan hukum-hukum Ohm dan Kirchoff maka Jembatan Wheatstone dapat digunakan untuk menentukan harga dari suatu hambatan yang belum diketahui nilainya dengan cara mengatur penempatan hambatan yang tidak diketahui pada salah satu tempat pada rangkaian dan kemudian dapat diketahui nilai hambatan yang lain. Nilai hambatan yang tidak diketahui dapat dihitung berdasarkan persamaan,