Pengukuran sebagai
Bagian dari Pengamatan
Pengamatan objek dengan menggunakan indra merupakan kegiatan
yang penting untuk menghasilkan
deskripsi suatu benda. Akan tetapi, seringkali pengamatan seperti itu tidak
cukup. Kamu memerlukan pengamatan yang memberikan hasil yang pasti ketika
dikomunikasikan kepada orang lain. Contoh, pernahkah kamu pergi ke penjahit
untuk minta dibuatkan baju? Bagaimana penjahit
dapat membuatkan baju dengan ukuran yang tepat? Atau, pernahkah kamu
melihat orang berjual beli buah, misalnya duku? Bagaimanakah menentukan banyaknya
duku secara akurat? Semua peristiwa di atas terkait dengan kegiatan pengukuran.
Pada bagian ini, kamu akan
mendiskusikan dan melakukan
berbagai kegiatan pengukuran dengan menggunakan alat ukur yang sesuai.
1. Pengukuran
Mengukur merupakan kegiatan penting dalam kehidupan dan
kegiatan utama di dalam IPA. Contoh,
kamu hendak mendeskripsikan suatu benda, misalnya mendeskripsikan dirimu.
Kemungkinan besar kamu akan menyertakan tinggi badan, umur, massa
tubuh, dan lain-lain. Tinggi badan, umur, dan massa tubuh merupakan sesuatu yang
dapat diukur. Segala sesuatu yang dapat diukur disebut besaran.
Seperti yang telah kamu lakukan, mengukur merupakan kegiatan membandingkan suatu besaran yang
diukur dengan besaran sejenis yang dipakai sebagai satuan. Misalnya, kamu melakukan pengukuran panjang meja dengan
jengkalmu. Dengan demikian, kamu harus membandingkan panjang meja dengan
panjang jengkalmu. Jengkalmu digunakan sebagai satuan pengukuran. Misalnya,
hasil pengukurannya yaitu panjang meja sama dengan 6 jengkal.
Misalnya, ada 3 temanmu melakukan pengukuran panjang meja yang sama, tetapi dengan jengkal
masing-masing. Hasilnya, sebagai berikut.
» Panjang meja = 6 jengkal Andrian.
» Panjang meja = 5,5 jengkal Edo.
» Panjang meja = 7 jengkal Emi.
Mengapa hasil ketiga pengukuran itu berbeda? Hal ini
disebabkan ukuran jengkal setiap orang nerbeda-beda.
Sekarang bayangkan, apa yang terjadi jika setiap pengukuran
di dunia ini menggunakan satuan yang berbeda-beda, misalnya jengkal? Ketika
kamu memesan baju ke penjahit dengan panjang lengan 3 jengkal, kemungkinan
besar hasilnya tidak akan sesuai dengan keinginanmu. Mengapa? Karena penjahit
itu menggunakan jengkalnya. Demikian juga, jika satuan yang digunakan adalah
depa, seperti Gambar 1.10.
Oleh karena itu, diperlukan satuan yang disepakati bersama
untuk semua orang. Satuan yang disepakati ini disebut satuan baku.
Mungkin kamu pernah mendengar satuan sentimeter, kilogram,
dan detik. Satuan-satuan tersebut adalah contoh satuan baku dalam Sistem
Internasional (SI). Setelah tahun 1700, sekelompok ilmuwan menggunakan sistem
ukuran yang dikenal dengan nama Sistem Metrik. Pada tahun 1960, Sistem Metrik
dipergunakan dan diresmikan sebagai Sistem Internasional. Penamaan ini berasal dari
bahasa Prancis, Le Systeme Internationale d’Unites.
Dalam satuan SI, setiap jenis ukuran memiliki satuan dasar,
contohnya panjang memiliki satuan dasar meter. Untuk hasil pengukuran yang
lebih besar atau lebih kecil dari meter, dapat digunakan awalan-awalan, seperti ditunjukkan dalam Tabel
1.1.
Penggunaan awalan ini untuk memudahkan dalam berkomunikasi
karena angkanya menjadi lebih sederhana. Misalnya, untuk menyebutkan 20.000
meter dapat dipermudah menjadi 20 kilometer. Nilai kelipatan awalan tersebut menjangkau
objek yang sangat kecil hingga objek
yang sangat besar. Contoh objek
yang sangat kecil adalah atom, molekul, dan virus. Contoh objek yang sangat
besar adalah galaksi.
Sistem Internasional lebih mudah digunakan karena disusun
berdasarkan kelipatan bilangan 10, seperti ditunjukkan pada Tabel 1.1.
Penggunaan awalan di depan satuan dasar
SI menunjukkan bilangan 10 berpangkat yang dipilih. Misalnya, awalan kilo
berarti 10 atau 1.000. Berarti, 1
kilometer berarti 1.000 meter. Contoh lain, pembangkit listrik menghasilkan
daya 500 Mwatt yang berarti sama dengan 500.000.000 watt. Jadi, penulisan awalan menyederhanakan angka 3 hasil
pengukuran, sehingga mudah dikomunikasikan ke pihak lain. Pengukuran yang baik
dan tepat memerlukan alat ukur yang sesuai.
2. Besaran Pokok
Kegiatan pengukuran perlu menggunakan satuan baku, yaitu
satuan yang disepakati bersama. Besaran yang satuannya didefinisikan disebut
besaran pokok. Besaran pokok ada 3, yaitu panjang, massa, dan waktu.
a. Panjang
Dalam IPA, panjang menyatakan jarak antara dua titik.
Misalnya, panjang papan tulis adalah jarak antara titik pada ujung-ujung papan
tulis, panjang bayi yang baru
lahir adalah jarak dari ujung kaki sampai ujung kepala bayi itu.
Panjang menggunakan satuan dasar (SI) meter (m). Satu meter standar (baku)
sama dengan jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458
sekon. Untuk keperluan sehari-hari telah dibuat alat-alat pengukur panjang
tiruan dari meter standar, seperti terlihat pada Gambar 1.16.
Selain meter, panjang juga dinyatakan dalam satuan-satuan
yang lebih besar atau lebih kecil dari meter dengan cara menambahkan awalan-awalan
seperti tercantum dalam Tabel 1.1.
Berdasarkan Tabel 1.1 tersebut, maka dapat dikatakan bahwa:
» 1 kilometer (km) = 1.000 meter (m)
» 1 sentimeter (cm) = 1/100 meter (m) atau 0,01 m
Sebaliknya, diperoleh
» 1 m = 1/1.000 km = 0,001 km
» 1 m = 100 cm
Perhatikan Gambar 1.16. Beberapa alat pengukur panjang,
misalnya pita ukur atau metlin, penggaris atau mistar, jangka sorong, dan meteran
gulung. Meteran gulung dan penggaris mampu mengukur paling kecil hingga 1 mm,
tetapi jangka sorong mampu mengukur sampai 0,1 mm. Pernahkah kamu melihat
bahwa alat-alat pengukur panjang
tersebut dipergunakan dalam pekerjaan? Sebutkan jenis pekerjaan beserta alat ukur
panjang yang digunakan.
Dalam melakukan pengukuran, perhatikan posisi nol alat ukur.
Untuk pengukuran panjang, ujung awal benda berimpit dengan angka nol pada alat ukur.
Selain itu, posisi mata harus tegak lurus dengan skala yang ditunjuk. Hal ini untuk
menghindari kesalahan hasil pembacaan pengukuran (Gambar 1.17). Coba lakukan
dan amati kesalahannya.
b. Massa
Setiap benda tersusun dari materi. Jumlah materi yang
terkandung dalam suatu benda disebut massa benda. Dalam SI, massa diukur dalam
satuan kilogram (kg). Misalnya, massa tubuhmu 52 kg, massa seekor kelinci 3 kg,
massa sekantong gula 1 kg.
Dalam kehidupan sehari-hari, orang menggunakan istilah
“berat” untuk massa. Namun sesungguhnya, massa tidak sama dengan berat. Massa
suatu benda ditentukan oleh kandungan
materinya dan tidak mengalami perubahan meskipun kedudukannya berubah.
Sebaliknya, berat sangat bergantung pada kedudukan di mana benda
tersebut berada. Mengapa? Karena benda akan memiliki gravitasi yang berbeda di
tempat yang berbeda. Sebagai contoh, saat astronot berada di bulan, beratnya
tinggal 1/6 dari berat dia saat di bumi.
Dalam SI, massa menggunakan satuan dasar kilogram (kg),
sedangkan berat menggunakan satuan
Newton (N). Satu kilogram
standar (baku) sama dengan massa sebuah
silinder yang terbuat
dari campuran platinumiridium yang disimpan di Sevres, Paris,
Prancis (Gambar 1.18). Massa 1 kg setara dengan 1 liter air pada suhu 4 oC.
Massa suatu benda dapat diukur dengan neraca lengan (Gambar
1.19), sedangkan berat diukur dengan neraca pegas (Gambar 1.20).
Neraca lengan dan neraca pegas termasuk jenis neraca
mekanik. Sekarang banyak digunakan jenis neraca lain yang lebih praktis, yaitu
neraca digital. Pada neraca digital, hasil pengukuran massa langsung dapat
diketahui, karena muncul dalam bentuk angka dan satuannya.
Selain kilogram (kg), massa benda juga dinyatakan dalam
satuan-satuan lain. Misalnya, gram (g) dan miligram (mg) untuk massa-massa yang
kecil; ton (t) dan kuintal (kw) untuk massa-massa yang besar.
» 1 ton = 10 kw =
1.000 kg
» 1 kg = 1.000 g
» 1 g = 1.000 mg
Untuk menimbang massa benda dengan neraca Ohauss, ikutilah
langkah-langkah pada gambar 1.21.
Contoh hasil pengukuran massa benda adalah sebagai berikut.
Sehingga massa benda = 100 g + 90 g + 7,5 g = 197,5 g
c. Waktu
Waktu adalah selang antara dua kejadian atau dua peristiwa.
Misalnya, waktu hidup seseorang dimulai
sejak ia dilahirkan hingga meninggal, waktu perjalanan diukur sejak mulai bergerak sampai
dengan akhir gerak (berhenti). Waktu dapat diukur dengan jam tangan atau stopwatch seperti terlihat pada Gambar
1.23.
Satuan SI untuk waktu adalah detik atau sekon (s). Satu
sekon standar (baku) adalah waktu yang dibutuhkan atom Cesium untuk bergetar 9.192.631.770
kali. Berdasarkan jam atom ini, hasil
pengukuran waktu dalam selang waktu 300 tahun tidak akan bergeser lebih dari
satu sekon. Untuk peristiwa-peristiwa yang selang terjadinya cukup lama, waktu dinyatakan dalam
satuan-satuan yang lebih besar, misalnya menit, jam, hari, bulan, tahun, dan abad.
1 hari = 24 jam
1 jam = 60 menit
1 menit = 60 sekon
Untuk kejadian-kejadian yang cepat sekali, dapat digunakan
satuan milisekon (ms) dan mikrosekon (µs).
Berdasarkan uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa panjang, massa, dan waktu merupakan besaran pokok. Berdasarkan hasil Konferensi
Umum mengenai Berat dan Ukuran ke-14 tahun 1971, Sistem Internasional disusun
mengacu pada tujuh besaran
pokok seperti tercantum pada
Tabel 1.2. Empat besaran pokok yang
lain akan dipelajari pada bab-bab berikutnya.
3. Besaran Turunan
Besaran-besaran yang dapat diukur selain 7 (tujuh) besaran
pokok pada Tabel 1.2 termasuk besaran turunan. Disebut besaran turunan karena
besaran-besaran tersebut dapat diturunkan dari besaran-besaran pokoknya.
Misalnya, luas ruang kelasmu. Jika ruang kelasmu berbentuk persegi, maka
luasnya merupakan hasil perkalian
panjang dengan lebar. Perhatikan, bahwa panjang dan lebar merupakan besaran pokok panjang. Dalam SI, panjang diukur
dengan satuan meter (m). Luas dalam SI memiliki satuan meter x meter, atau
meter persegi (m). Contoh besaran turunan yang lainnya
adalah volume, konsentrasi larutan, dan laju pertumbuhan.
a. Luas
Untuk benda yang
berbentuk persegi, luas benda dapat ditentukan dengan mengalikan hasil pengukuran panjang dengan lebarnya. Bagaimanakah cara mengukur luas benda yang berbentuk tidak teratur, misalnya luas
sehelai daun?
b. Volume
Misalnya, kamu mempunyai
dua wadah, yakni kaleng besar dan kaleng kecil. Jika dipergunakan untuk menampung air, kaleng besar pasti
dapat menampung air lebih banyak.
Hal tersebut terkait dengan besarnya ruangan yang terisi oleh materi, biasanya
disebut volume. Jika volume suatu
benda lebih besar, maka benda itu dapat menampung materi lebih banyak
dibandingkan benda lain yang volumenya lebih kecil. Volume merupakan besaran
turunan yang berasal dari besaran pokok panjang. Volume benda padat yang
bentuknya teratur, contohnya balok, dapat
ditentukan dengan mengukur terlebih dahulu panjang, lebar, dan
tingginya, kemudian mengalikannya. Jika kamu mengukur panjang, lebar, dan
tinggi balok menggunakan satuan sentimeter (cm), maka volume balok yang
diperoleh dalam satuan sentimeter kubik (cm). Jika, panjang, lebar, dan tinggi
diukur dalam satuan meter (m), maka volume yang diperoleh satuannya meter kubik
(m2).
Bagaimana cara menentukan volume suatu zat cair? Zat cair
tidak memiliki bentuk yang tetap. Bentuk zat cair selalu mengikuti bentuk wadahnya.
Oleh karena itu, jika zat cair dituangkan ke dalam gelas ukur, seperti ditunjukkan Gambar 1.26, ruang gelas ukur yang terisi zat
cair sama dengan volume zat cair tersebut. Volume zat cair dapat dibaca pada skala sesuai ketinggian permukaan
zat cair di dalam gelas ukur tersebut. Seperti
yang kamu lihat pada
Gambar 1.26, hasil pembacaan
volume air dengan gelas ukur di atas
memiliki satuan mL, kependekan dari
mililiter.
Dalam kehidupan
sehari-hari, volume zat cair biasanya dinyatakan dalam satuan mililiter
(mL) atau liter (L).
1 L = 1 dm3
1 L = 1.000 mL
1 mL = 1 cm3
c. Konsentrasi
Larutan
Misalnya, kamu membuat larutan gula dengan memasukkan gula
ke dalam air, kemudian kamu cicipi. Jika
kurang manis, kamu dapat menambahkan
gula lagi. Makin banyak gula yang ditambahkan, makin manis rasa larutan itu.
Selain rasa manis yang bersifat kualitatif (hasil indra pengecap), adakah besaran yang dapat digunakan untuk
menggambarkan banyaknya gula dan air di dalam larutan tersebut? Salah satu
besaran yang dapat digunakan adalah
konsentrasi larutan (K). Ada banyak cara untuk merumuskan konsentrasi larutan.
Pada contoh larutan tersebut, konsentrasi dapat dirumuskan sebagai massa gula
(zat terlarut) dibagi volume air (zat pelarut), yaitu:
Contoh Soal :
Edo melarutkan 20 gram gula ke dalam 2 liter air. Berapakah konsentrasi larutan gula yang terbentuk dalam satuan g/L?
Diketahui Massa terlarut = 20 gram
Volume pelarut = 2 liter
Ditanyakan Konsentrasi larutan :..?
Dijawab : Gunakan
persamaan penentuan konsentrasi
K = massal terlarut = 20
gr = 10 g/L
Volume pelarut 2 liter
d. Laju Pertumbuhan
Besaran panjang dan waktu dapat digunakan untuk menentukan
pertumbuhan tanaman. Misalkan, kamu menanam jagung. Pada pengukuran awal, diperoleh
tinggi tanaman 20 cm. Dalam waktu 10 hari, tingginya menjadi 60 cm. Kamu dapat menentukan
laju pertumbuhan jagung tersebut dengan perhitungan sebagai berikut: