Laporan Praktikum Pengukuran dan Ketidakpastian Fisika Dasar 1 2022

PENGUKURAN DASAR DAN KATIDAKPASTIAN

Al Irsyad, Irmawati Amir, Muhammad Rizal Fahlepy *), Novelita Tabita

Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Fisika FMIPA

Universitas Negeri Makassar

Abstrak. Telah dilakukan praktikum fisika dasar I dengan judul percobaan “Dasar Pengukuran Dan Ketidakpastian ”. Praktikum ini dilaksanakan di Laboratorium Fisika Dasar Jurusan Pendidikan Fisika Fakutatas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Univeristas Negeri Makassar. Praktikum ini bertujuan agar para praktikan mampu menggunakan alat-alat ukur dasar , mampu menentukan ketidakpastian pada pengukuran tunggal dan berulang, mampu memahami penggunaan angka penting. Selain tujuan tersebut praktikum ini juga dilakukan untuk menuntukan NST alat ukur yang digunakan, deviasi dan kesalahan mutlak. Dalam praktikum ini dilakukan tiga kegiatan pengukuran.  Pada pengukuran pertama  mengukur balok yang berbentuk kubus yang dilakukan masing-masing sebanyak tiga kali untuk panjang, lebar, dan tinggi kemudian mengukur diameter bola masing-masing sebanyak tiga kali dengan menggunakan mistar,jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Selanjutnya mengukur massa kedua alat tadi dengan menggunakan neraca ohauss 2610 gram, 311 gram dan 310 gram. Setelah itu mengukur  waktu dan suhu menggunakan stopwatch dan termometer. Pengukuran panjang,massa,waktu dan suhu membutuhkan ketelitian dan kerjasama yang baik antarpraktikan agar tercapai tujuan bersama. Praktikan melakukan pengukuran ganda kemudian menganalisis hasil pengukuran sesuai tahap yang di tetapkan.Data hasil pengukuran yang di laporkan akan semakin tepat apabila nilai kesalahan relatifnya kecil dan tingkat ketelitian di tentukan oleh ∆X (kesalahan mutlak) alat ukur.

Kata kunci:NST, Ketidakpastian, Deviasi, Kesalahan Mutlak, Ketelitian.

RUMUSAN MASALAH

1. Apa yang dimaksud dengan pengukuran?
2. Bagaimana cara menggunakan alat-alat ukur ?
3. Bagaimana cara menentukan ketidakpastian pada pengukuran tunggal dan berulang ?
4. Bagaimana cara memahami penggunaan angka penting?

TUJUAN

1. Mahasiswa dapat mengetahui tentang pengukuran.
2. Mahasiswa dapat menggunakan alat-alat ukur dasar dengan benar.
3. Mahasiswa mampu menentukan ketidakpastian pada pengukuran tunggal dan berulang.
4. Mahasiswa dapat memahami penggunaan angka berarti.

TEORI SINGKAT

A. Arti pengukuran

Pengukuran adalah bagian dari keterampilan proses sains yang merupakan pengumpulan informasi baik secara kuantitatif maupun secara kualitatif. Pengukuran merupakan kegiatan membandingkan sesuatu yang diukur menggunakan alat ukur dengan satuan yang telah di jadikan acuan.Pengukuran besaran relatif terhadap suatu standar atau satuan tertentu.  Dikatakan relatif di sini, maksudnya adalah setiap alat ukur memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda, sehingga hasil pengukuran yang diperoleh berbeda pula. Ketelitian dapat didefinisikan sebagai ukuran ketepatan yang dapat dihasilkan dalam suatu pengukuran, dan ini sangat berkaitan dengan skala terkecil dari alat ukur yang dipergunakan untuk melakukan pengukuran. Sebagai contoh, pengukuran besaran panjang dengan menggunakan penggaris (mistar), jangka sorong dan mikrometer sekrup. Ketiga alat ukur ini memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda.Ketidakpastian pengukuran dapat di hitung dengan cara:

∆x=1/n NST alat …(untuk alat ukur yang jarak antarskalanya masih dapat di bagi oleh mata) 

∆x= n NST alat …(untuk alat ukur yang jarak antarskalanya sulit di bagi lagi oleh mata)

Nilai ∆x hasil pengukuran dapat dilaporkan dengan cara :

X = (x ± ∆x) . . . . . . . . . . . . (1)

B. Ketepatan dan Ketelitian Pengukuran 

Ketepatan (keakrutan). Jika suatu besaran diukur beberapa kali (pengukuran berganda) dan menghasilkan harga-harga yang menyebar disekitar harga yang sebenarnya maka pengukuran dikatakan “akurat”. Pada pengukuran ini,harga rata-ratanya mendekati harga yang sebenarnya.

Ketelitian (Kepresisian). Jika hasil-hasil pengukuran terpusat disuatu daerah tertentu maka pengukuran disebut presisi ( harga tiap pengukuran tidak jauh berbeda )

C. Angka Penting atau Angka Berarti

Semua angka yang bukan nol adalah angka penting. Angka nol yang terletak diantara angka bukan nol termasuk angka penting.

Contoh : 12,07 A mengandung 4 angka penting 

Angka nol disebelah kanan angka bukan nol termasuk angka penting, kecuali kalau ada penjelasan lain, misalnya berupa garis dibawah angka terakhir yang masih dianggap penting.

Contoh : 27,40 mm mengandung 4 angka penting.

               21,50mm mengandung 3 angka penting.

Angka nol yang yang terletak disebelah kiri angka bukan nol, balik disebelah kanan maupun disebelah kiri koma desimal tidak termasuk angka penting.

Contoh : 0,27 cm mengandung 2 angka penting. 

D. Ketidakpastian Pengukuran

Ketidakpastian Bersistem

Ketidakpastian (Kesalahan) bersistem akan menyebabkan hasil yang diperoleh menyimpang dari hasil sebenarnya. 

Ketidakpastian Rambang (Acak)

Kesalahan ini bersumber dari gejala yang tidak mungkin dikendalikan atau diatasi berupa perubahan yang berlangsung sangat cepat sehingga pengontrolan dan pengaturan diluar kemampuan. 

D. Analisa Ketidakpastian Pengukuran

Suatu pengukuran selalu disertai dengan ketidakpastian. Beberapa penyebab ketidakpastian tersebut antara lain adalah NST.,kesalahan kalibrasi,keslahan titik nol,kesalahan pralaks,adanya gesekan,fluktasi parameter pengukuran dan lingkungan yang saling mempengaruhi serta keterampilan pengamat. 

Ketidakpastian pengukuran tunggal 

Pengukuran tunggal adalah pengukuran yang dilakukan satu kali saja. Keterbatasan skala alat ukur dan keterbatasan kemampuan mengamati serta banyak sumber kesalahan lain, mengakibatkan hasil pengukuran selalu dihinggapi ketidakpastian. Ketidakpastian yang dimaksud dan diberi lambang ∆x. Lambang ∆x merupakan ketidakpastian mutlak. Untuk pengukuran tunggal diambil kebijaksanaan : ∆x = ½ NST alat. Dimana ∆x adalah ketidakpastian pengukuran tunggal. Angka 2 pada persamaan tersebut mempunyai arti satu skala ( kemampuan mata untuk membagi 2 skala) 

Ketidakpastian pengukuran berulang

Dengan mengadakan pengulangan, pengetahuan kita tentang nilai sebenarnya (Xo) menjadi semakin baik. Jika pengukuran dilakukan sebanyak 3 kali dengan hasil X1,X2 dan X3 atau 2 kali saja misalnya pada awal percobaan atau akhir percobaan, maka {x} dan ∆x dapat ditentukan. Nilai rata-rata pengukuran dilaporkan sebagai {x ̅} sedangkan deviasi (penyimpangan) terbesar atau deviasi rata-rata dilaporkan sebagai ∆x. Deviasi adalah selisih-selisih antara tiap hasil pengukuran dari nilai rata-ratanya. Jadi :

 . . . . . . . . . . . . . . . (2)

δ1=  |x ± x1 |, δ2=  |(x ) ̅ ± x2 | dan δ3=  |(x ) ̅ ± x3 |. Dimana ∆x adalah yang terbesar diantara δ1,δ2,δ3. 

METODE EKSPERIMEN
A. Alat dan Bahan
1. Alat
    - Mistar
    - Jangka sorong
    - Mikrometer sekrup
    - Stopwatch
    - Termometer
    - Neraca Ohauss
    - Gelas ukur
    - Kaki tiga dan kasa
    - Pembakar bunsen
    - Batang statif

2. Bahan
    - Air secukupnya
    - Balok (kubus) besi
    - Bola-bola kecil
    - Pembakar spritus

B. IdentifikasiVariabel
Kegiatan 1
   1. Panjang
   2. Lebar
   3. Tinggi
   4. Diameter
Kegiatan 2
   1. Massa
Kegiatan 3
   1. Waktu
   2. Suhu

C. Definisi Operasional Variabel
Kegiatan 1 (Pengukuran Panjang)

1. Panjang adalah dimensi suatu benda yang menyatakan jarak antara satu titik ke titik yang lain yang dapat diukur dimensinya dan memiliki satuan meter (m).
2. Lebar adalah suatu jarak yang terhubung dengan tinggi dan panjang dan memiliki satuan meter (m).
3. Tinggi adalah jarak tegak lurus dari sisi atas ke sisi bawah pada bagian samping dan memiliki satuan meter (m).

Kegiatan 2 Pengukuran Massa

1. Massa adalah suatu sifat fisika dari suatu benda yang digunakan untuk menjelaskan berbagai perilaku objek yang terpantau. Massa merupakan penyusun suatu materi atau partikel dan memiliki satuan kilogram (kg).

Kegiatan 3. Pengukuran Suhu dan Waktu

1. Suhu adalah ukuran panas  atau dinginnya yang terjadi pada suatu benda dan memiliki satuan derajat celcius (oC).
2. Waktu adalah interval antara dua buah keadaan, kondisi dan kejadian atau bisa juga lama berlangsungnya suatu kejadian. Adapun satuan yang dimiliki waktu adalah sekon (s). 

D. ProsedurKerja

Kegiatan 1

1. Menyediakan terlebih dahulu alat dan bahan yang akan digunakan dalam bereksperimen.
2. Mengambil alat ukur yang akan digunakan yaitu mistar, jangka sorong dan mikrometer dan menentukan NSTnya
3. Menentukan masing-masing Nilai Skala Terkecil (NST) alat ukur yang akan digunakan
4. Mengukur bahan yang telah disediakan yakni balok yang berbentuk kubus,masing-masing diukur panjang, lebar, dan tingginya sebanyak 3 kali menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup. Kemudian  mencatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan dengan disertai ketidakpastian. 
5. Mengukur masing-masing sebanyak 3 kali untuk diameter bola yang disediakan dengan menggunakan ketiga alat ukur tersebut. Kemudian mencatat hasil pengukuran pada tabel hasil pengamatan dengan disertai ketidakpastiannya. 

Kegiatan 2

1. Menyediakan alat ukur massa dan bahan yang akan diukur massanya,bahan tersebut yakni balok yang berbentuk kubus dan bola kecil
2. Alat ukur massa yang digunakan adalah neraca ohauss 311 gram, neraca ohauss 310 gram, neraca ohauss 2610 gram. 
3. Sebelum mengukur, ditentukan terlebih dahulu nilai skala terkecilnya (NST) 
4. Mengukur massa balok yang berbentuk kubus dan bola kecil dengan menggunakan 3 alat ukur massa yang teleh disediakan yaitu neraca ohauss 311 gram,neraca ohauss 310 gram, neraca ohauss 2610 gram masing-masing dilakukan pengukuran sebanyak 3 kali. 
5. Kemudian  mencatat hasil pengukuran dalam tabel yang disertai dengan ketidakpastian pengukuran.

Kegiatan 3

1. Menyiapkan gelas ukur, bunsen pembakar lengkap dengan kaki tiga dan lapisan asbesnya dengan sebuah termometer. 
2. Mengisi  gelas ukur dengan air hingga ½ bagian dan letakkan diatas kaki tiga tanpa ada pembakaran. 
3. Mengukur temperaturnya sebagai temperatur mula-mula (To)
4. Menyalakan bunsen pembakar dan tunggu beberapa saat hingga nyalanya terlihat normal.
5. Meletakkan bunsen pembakar tadi tepat dibawah gelas kimia bersamaan dengan menjalankan alat pengukur waktu.
6. Mencatat perubahan temperatur yang terbaca pada termometer tiap selang waktu 1 menit sampai diperoleh 6. 

HASIL EKSPERIMEN DAN ANALISIS DATA

HASIL PENGAMATAN

1. Pengukuran Panjang 

NST mistar : (Batas ukur) / (Jumlah skala)=(1 cm) / (10 skala) = 0,1 cm

NST jangka sorong : 20 SN = 39 SU

                                  20 SN = 39 (1 mm)

                                  20 SN = 39 mm

                                  SN      = 1,95 mm

                                  NST    = 2 mm – 1,95 mm = 0,05 mm

NST Mikrometer sekrup : NST S=  (Batas ukur) / (jumlah skala) = (5 mm) / 10=0,5 mm

                                           NST Skala Putar = (batas ukur skala) / (jumlah skala putar)

                                           =  (0,5 mm) / 50 = 0,01 mm

Tabel 1. Hasil pengukuran dimensi balok dan bola menggunakan mistar, jangka sorong, dan mikrometer sekrup

2. Pengukuran Massa
a. Neraca Ohauss 2610 gram
Nilai Skala lengan 1 : 100/5 = 100 gram
Nilai Skala lengan 2 : 500/50 = 10 gram
Nilai Skala lengan 3 :  10/100 = 0,1 gram
Massa beban gantung : -

        NST =  (10 gram)/100
                 = 0,1 gram
          ∆m = 1/2  NST
                = 0,05gram

Tabel 2. Hasil pengukuran massa dengan Neraca Ohauss 2610 gram 

b. Neraca Ohauss 311 gram
        Nilai Skala lengan 1 : 200 / 2 = 100 gram
Nilai Skala lengan 2 : 100 / 10 = 10 gram
Nilai Skala lengan 3 : 10 / 10 = 1 gram
Nilai Skala lengan 4 : 1/100 = 0,01 gram
        NST = 1 / 100 = 0,01 gram
        ∆m   : ½ NST = 0,005

Tabel 3. Hasil Pengukuran massa dengan Neraca Ohauss 311 gram 

c. Neraca Ohauss 310 gram

 Nilai Skala lengan 1 : 200/2=100gram

Nilai Skala lengan 2 : 100/10=10gram

Nilai Skala putar         : 1/10=0,1skala

Jumlah skala nonius : 10skala

10 SN = 19 SU = 1,9 gram

10 SN = 1,9 gram

1 SN   = (1,9 gram)/10=0,19 gram≅0,20 gram

NST = 0,20 gram – 0,19 gram = 0,01 gram

Tabel 4. Hasil Pengukuran Massa Dengan Neraca Ohauss 310 Gram 

3. Pengukuran Waktu dan Suhu

NST termometer           :

Temperatur mula-mula : 30 C

NST Stopwatch            : 0,1 s

Tabel 5. Hasil Pengukuran Waktu dan Suhu

Dalam pengukuran waktu dan suhu perubahan temperatur tidak stabil. Hal ini atau ketidakstabilan ini disebabkan karena pada saat pengambilan data kondisi atau keadaan tempat praktikum (Laboratorium) kurang baik. Kemudian dipengaruhi pula oleh angin sehingga membuat api pada bunsen tidak menyala dengan baik.  

ANALISIS DATA

Untuk analisis data praktikum dasar pengukuran dan ketidakpastian silahkan mendownloadnya disini PDF WORD

PEMBAHASAN

Setiap pengukuran dapat memiliki kesalahan yang berbeda-beda, tergantung kepada keadaan alat ukur, perbedaan tingkat ketelitian alat ukur, metode yang digunakan dalam mengukur, dan kemampuan orang yang mengukurnya. Pada saat melakukan pengukuran menggunakan jangka sorong, baik pengukuran diameter luar maupun diameter dalam, terdapat kesalahan-kesalahan tertentu yang dilakukan oleh praktikum. Misalnya, kesalahan dalam melihat angka yang berimpit pada skala nonius. Ini menunjukkan bahwa kemampuan membaca skala yang dimiliki oleh praktikan masih kurang. Ini mungkin disebabkan kesalahan pralaks oleh praktikan sehingga tidak dapat melihat skala yang benar-benar berimpit. Kesalahan lainnya juga masih ada, seperti kesalahan praktikan yang tidak mengkonversikan satuan skala nonius dari millimeter ke centimeter.

Kesalahan dalam menggunakan mistar adalah keterbatasan keterampilan pengamatan serta ditidak menggunkan titik ukur dari nol. Terdapat beberapa millimeter perbedaan hasil pengukuran menggunakan mistar dan jangka sorong, disebabkan tingkat ketelitian atau ketidak pastiannya berbeda-beda. Jangka sorong memiliki tingkat ketelitian 0,005 cm, sedangkan mistar memilikitingkat ketelitian 0,05 cm. jadi, jangka sorong memiliki tingkat ketepatan lebih tinggi dibandingkan mistar. 

Dalam kehidupan sehari-hari, massa sering diartikan sebagai berat, tetapi dalam tinjauan fisika kedua besaran tersebut berbeda. Massa tidak di pengaruhi gravitasi, sedangkan berat dipengaruhi oleh gravitasi. Fungsi dari neraca elektrik maupun bukan elektrik secara umum adalah sebagai alat pengukur massa. Kegunaan neraca ini tergantung dari neraca tersebut missal neraca /timbangan elektrik yang ada di pasar swalayan dengan yang dilaboratorium tentu sensitivitas dan skala neracanya jauh berbeda.  NST dari neraca adalah 0,01 gram.

Alat ukur waktu yang sering digunakan dalam percobaan fisika adalah stopwatch. Dengan stopwatch digital, praktikum langsung dapat membaca selang waktu yang diukur pada layar stopwatch. Pada saat membandingkan hasil pengukuran dari stopwatch dengan jam tangan, terdapat beberapa sekon perbedaan keduaanya. Tingkat ketidakpastiaan stopwatch lebih rendah dibandingkan jam tangan, dimana stopwatch memiliki skala ketidakpastiaan 0,05 sekon. Jadi, pengukuran dengan menggunkan stopwatch dapat memperkecil tingkat kesalahan dalam pengukuran waktu.

Dari hasil praktikum yang telah dilakukan diproleh massa jenis bola yang terbuat dari bahan baja dengan menggunakan alat ukur paling teliti yakni jangka sorong sebesar 7,806 gr/〖mm〗^3= 7806 kg/m^3 dan hasil pengukuran ini hampir sama atau hampir mendekati dengan massa jenis baja yang telah ditetapkan secara internasional yaitu massa jenis baja sebesar 7850 kg/m^3. Dan hasil pengukuran massa jenis balok dengan menggunakan jangka sorong sebesar 9,40 gram/〖mm〗^3= 9400 kg/m^3 dan hasil pengukuran ini hampir sama dengan massa jenis bismuth yang telah dutetapkan secara internasional yaitu sebesar 9787 kg/m^3.

SIMPULAN

Pada praktikum yang telah dilakukan  yakni praktikum pengukuran dan ketidakpastian yaitu tentang melakukan pengukuran panjang,lebar,tinggi kubus dan diameter bola dengan menggunakan alat ukur yang berbeda yakni mistar, jangka sorong dan mikrometer sekrup,serta dilakukannya pengukuran massa benda yaitu kubus dan bola dengan menggunakan alat ukur massa yang berbeda pula yakni neraca ohaus 2610 gram,neraca ohaus 311 gram,dan neraca ohaus 310 gram. Pada praktikum ini pula dapat kita mengambil kesimpulan bahwa setiap alat ukur memiliki tingkat ketelitian yang berbeda-beda dan memiliki keselahan pengukuran yang berbeda. Hal ini tergantung pada kondisi alat ukur,perbedaan tingkat ketelitian alat ukur, proses atau metode yang digunakan dalam praktikum, serta kemampuan seserang dalam mengukurnya. Pada praktikum yang telah dilakukan telah dapat diketahui serta dapat dibedakan antara mana alat ukur yang lebih teliti dan tepat dalam memperkecil kesalahan saat pengukuran.

DAFTAR RUJUKAN
Buku Penuntun Praktikum Fisika Dasar 1 Unit Laboratorium Fisika Dasar  Jurusan Fisika FMIPA Universitas Negeri Makassar. 

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