Satuan Sistem Internasional (SI) dan Penetapannya dalam Besaran Pokok


Satuan Sistem Internasional (SI) dan Penetapannya dalam Besaran Pokok

A. Satuan Sistem Internasional

Seperti yang diperlihatkan pada Gambar 1.3 bahwa, satuan panjang yang baku juga memiliki bentuk yang beragam. Ukuran ketinggian lintasan yang dilalui pesawat biasanya menggunakan satuan kaki. Besarnya ukuran layar TV atau komputer / laptop biasanya menggunakan satuan inci. Ketinggian bangunan ada yang menggunakan satuan meter ada juga yang menggunakan satuan kaki. Satuan-satuan tersebut yani; satuan kaki, inci, dan meter merupakan satuan panjang yang baku karena ukuran panjangnya telah terdefinisi dengan jelas dan bisa dipahami oleh orang-orang yang membaca hasil pengukuran tersebut. Namun tidak semua orang akrab dengan bermacam-macam satuan baku tersebut. Di Indonesia lebih mudah menggunakan satuan meter daripada kaki dan inci. Negara lain mungkin lebih sering menggunakan satuan kaki atau inci. 
Satuan SI, besaran,fisika,satuan,units of measurement (literature subject),physical quantity,physics (field of study)
Gambar 1. Jet Tempur ini terbang dengan ketinggian 24.000 kaki di atas permukaan laut, televisi di atas berukuran 14 inci, dan gedung di atas memiliki ketinggian sebesar 300 meter
Untuk menyeragamkan penggunaan dan pengaplikasian satuan di seluruh dunia, maka diadakanlah sebuah Konferensi yaitu Konferensi Umum untuk Berat dan Pengukuran ke-14 pada tahun 1971 dan ditetapkanlah satuan sistem internasional untuk tujuh besaran pokok. Satuan tersebut selanjutnya dinamakan satuan SI (Le Systeme Internationale). Satuan SI untuk tujuh besaran pokok tampak pada Tabel 1.2.

Awalnya, cabang ilmu fisika yang berkembang adalah mekanika. Di dalam ilmu mekanika, besaran fisika yang digunakan hanyalah berfokus pada panjang, massa, dan waktu. Satuan SI untuk ketiga besaran tersebut masing-masing adalah meter, kilogram, dan sekon. Kelompok tiga satuan ini diberi nama khusus yaiu satuan MKS (M = meter, K = kilogram, dan S = second.

Adapun satuan lain yang digunanakan untuk tiga besaran mekanika adalah centimeter untuk panjang, gram untuk massa, dan second untuk waktu. Ketiga satuan tersebut juga diberi nama khusus yaitu satuan CGS (C = centimeter, G = gram, dan S = second). Kaitan yang dimiliki antara satuan MKS dan CGS sangat mudah, yaitu 1 meter = 100 centimeter dan 1 kilogram = 1 000 gram.


B. Penetapan Nilai Satuan SI untuk Besaran Pokok

Setelah para ahli menetapkan satuan SI untuk besaran-besaran pokok, yang harus dilakukan selanjutnya adalah menentukan nilai untuk tiap satuan tersebut. Berapa nilai satu kilogram tersebut? Berapa panjangkah satu meter? Berapa lamakah satu sekon? Penetapan ini pun ditentukan dalam Konferensi Umum Berat dan Ukuran para ahli seluruh dunia. Khusus untuk satuan massa, panjang, dan waktu, nilai satuan yang telah ditetapkan hingga saat ini sebagai berikut:


Satuan Panjang

Mula-mula satu meter didefinisikan berdasarkan pada besarnya keliling bumi. Telah ditetapkan bahwa keliling garis bujur bumi yang melalui kota Paris, Prancis memiliki panjang 40.000.000 m (Gambar 1.4 kiri atas). Jadi panjang satu meter setara dengan 1/40.000.000 dari keliling garis bujur bumi yang melalui kota Paris tersebut. Definisi ini menjadi tidak memadai ketika perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi menuntut pengukuran yang makin efisien dan tentunya presisi atau akurat. Tidak mungkin pengukuran yang akurat diperoleh dari satuan standar yang tidak akurat pula.

Pada akhir abad ke-19, panjang satu meter didefinisikan ulang dan ditinjau kembali. Panjang satu meter ditetapkan sama dengan jarak antara dua goresan yang terdapat pada batang campuran logam platina dan iridium yang ada di International Bureau of Weight and Measures di kota Sevres, Prancis (Gambar 1.4 kanan atas). Logam tersebut disimpan pada kondisi yang terkontrol dengan ketat utuk menghindari perubahan dimensi akibat perubahan kondisi lingkungan seperti suhu, kelembaban udara, tekanan udara disekitar, intensitas cahaya, reaksi kimia, dan sebagainya.

Setelah laju cahaya telah terukur dengan sangat teliti, pada Konferensi Umum Tentang Berat dan Pengukuran ke -17 tahun 1983, panjang satu meter didefinisikan kembali sebagai jarak yang dapat tempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458 sekon (Gambar 1.4 bawah). Hal ini berarti pula bahwa selama satu sekon cahaya merambat dalam ruang hampa dengan panjang 299.792.458 meter.
Gambar 1.4. (Gambar kiri atas) Mula-mula keliling garis bujur bumi yang melalui kota Paris telah ditentukan yaitu sebesar 40.000.000 meter. Jadi, pada satu meter sama dengan 1/40.000.000 keliling garis bujur yang melewati kota Paris itu. Definisi ini berlaku hingga akhir abad ke-19. (Gambar kanan atas) merupakn jarak dua goresan pada balok logam komposit antara platina dan iridium yang disimpan di International Bureau of Weight and Measures. Definisi ini berlaku hingga tahun 1983. (Gambar bawah) adalah jarak tempuh cahaya dalam ruang vakum selama 1/299.792.458 s yang ditetapkan sebagai panjang satu meter. Definisi ini digunakan mulai tahun 1983 hingga saat ini. (umbc.edu)


Satuan Massa

Masa standar satu kilogram adalah massa silinder logam yang terbuat dari komposit logam iridium dan platina. Massa standar ini disimpan dalam wadah dengan kondisi yang dikontrol secara ketat di International Bureau of Weights and Measures di kota Sevres, Prancis. Sejak awal penetapannya, defenisi massa standar tidak pernah berubah hingga sampai saat ini hingga saat ini.

Beberapa negara telah membuat duplikat massa standar tersebut dan menyimpannya di lembaga pengukuran mereka masing-masing. Gambar 1.5 adalah salah satu duplikat massa 1 kg standar yang disimpan di National Institute of Standard and Technology (NIST) yang ada di Amerika Serikat.
Gambar 1.5. Duplikat massa standar yang disimpan di National Institute of Standard and Technology (NIST), Amerika Serikat (zelnio.org, museum.nist.gov)

Satuan Waktu

Pada Konferensi Umum tentang Berat dan Pengukuran ke-13 yang diadakan pada tahun 1967 telah ditetapkan bahwa standar waktu untuk satu detik berdasarkan pada frekuensi gelombang yang dipancarkan atom. Atom yang disepakati sebagai atom standar yang memancarkan frekuensi gelombang tersebut adalah adalah Atom Cesium dengan nomor atom 133 (Cesium-133). Atom Cesium-133 ini ditetapkan sebagai atom standar karena frekuensi gelombang yang dipancarkan mudah dihasilkan serta dapat diukur dengan tingkat ketelitian yang sangat tinggi. Cahaya yang dipancarkan atom Cesium-133 tersebut berosilasi sebanyak 9.192.631.770 kali dalam satu sekon (Gambar 1.6). Dengan demikian, satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh frekuensi gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133 untuk berosilasi sebanyak 9.192.631.770 kali dalam 1 detik atau 1 sekon.
Untuk dapat menghasilkan waktu standar tersebut maka dibuatkanlah jam yang didasarkan pada getaran gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133 agar terjadi sinkronisasi. Jam tersebut kemudian dinamakan jam atom. Contoh jam atom pertama tersimpan dan diabadikan di NIST, Amerika seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.7. Jam atom menghasilkan ketelitian yang sangat tinggi dimana kesalahan yang terjadi kurang dari 1 sekon dalam waktu 30.000 tahun.

Gambar 1.7. Jam atom yang didasarkan atas frekuensi gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133. Jam pada foto ini tersimpan di NIST, Amerika Serikat (nist.gov).
Saat ini jam atom dipasang pada satelit-satelit GPS (global positioning system). Satelit GPS mengelilingi bumi dan membentuk konstelasi yang terdiri dari 24 atau 32 satelit. Setelit ini terus menerus memancarkan informasi yang berupa waktu dan posisi setiap saat. Waktu yang dipancarkan adalah waktu yang dihasilkan jam atom sehingga memiliki ketelitian yang sangat tinggi. Informasi waktu dan posisi yang dipancarkan sejumlah satelit GPS ditangkap oleh alat GPS yang ada di bumi. Alat GPS yang ada di bumi melakukan perhitungan berdasarkan waktu dan posisi yang dipancarkan oleh minimal tiga satelit GPS. Dari hasil perhitungan tersebut maka dapat diketahui secara akurat di mana posisi alat GPs tersebut.



Referensi
A. Mikrajuddin. 2016. Fisika Dasar 1. Penerbit: Institut Teknologi Bandung
D. Halliday, R. Resnick, J. Walker. 2011. Fundamental of Physics. 9th Edition. Penerbit: John Wiley & Sons