2. Besaran
• Dari penjelasan sebelumnya kita jadi tahu bahwa besaran fisika sangat penting.
Besaran fisika adalah sifat benda atau gejala alam yang dapat diukur.
Panjang, massa, lama waktu pertandingan bola, suhu udara, kekerasan benda,
kecepatan mobil, terang cahaya, energi, arus listrik yang mengalir dalam
kabel, tegangan listrik PLN, daya listrik lampu ruangan, dan massa jenis air
adalah contoh sifat-sifat benda yang dapat dikur. Maka semuanya merupakan
besaran fisika
• Jika didaftar, jumlah besaran fisika yang ada saat ini sangat banyak. Namun,
dari besaran yang banyak tersebut, ternyata satu besaran dapat Di peroleh dari
besaran-besaran fisika yang lainya. Contohnya, besaran massa jenis dapat
diperoleh dari besaran massa dan volum. Massa jenis adalah hasil bagi massa
dengan volum. Besaran gaya dapat diperoleh dari besaran massa dan
percepatan, di mana gaya adalah hasil perkalian massa dan percepatan.
Besaran volum dapat diperoleh dari pengukuran tiga besaran panjang
(panjang, lebar, dan tinggi).
3. • Karena adanya hubungan antar besaran-besaran tersebut, tentulah ada
sekelompok besaran fisika saja yang lebih mendasar dan semua besaran fisika
lainnya (yang sangat banyak tersebut) dapat diturunkan dari besaran dalam
kelompok tersebut. Kelompok besaran yang mendasar inilah yang harus
ditentukan. Kelompok besaran ini selanjutknya dinamakan besaran pokok.
Berdasarkan sejumlah pertemuan para ahli fisika seluruh dunia, akhirnya
ditetapkan tujuh besaran pokok.
4. • Mengapa besaran pokok hanya tujuh?
• Mengapa besaran tersebut yang ditetapkan sebagai besaran
pokok?
– Penetapan ini didasarkan atas diskusi dan perdebatan yang lama
antar ahli fisika terkenal di seluruh dunia. Beberapa alasan
pemilihan tersebut diantaranya
• Tujuh besaran tersebut merupakan jumlah paling sedikit yang masih
memungkinkan besaran-besaran lain dapat diturunkan. Jika kurang
dari tujuh maka ada besaran lain yang tidak dapat diperoleh dari
besaran pokok.
• Tujuh besaran tersebut dapat diukur dengan ketelitian sangat tinggi.
Karena besaran pokok akan menurunkan besaran lain maka besaran-
besaran tersebut harus dapat ditentukan dengan sangat teliti.
• Besaran massa, pajang, dan waktu telah memiliki sejarah penggunaan
yang sangat lama dalam mekanika. Maka dalam penentuan besaran
pokok, ketiga besaran tersebut dimasukkan.
5. • Semua besaran fisika selain tujuh besaran pokok dinamakan besaran
turunan. Semua besaran turunan merupakan kombinasi dari besaran-
besaran pokok. Karena jumlah besaran fisika sangat banyak maka boleh
dikatakan bahwa hampir semua besaran fisika merupakan besaran turunan.
Besaran pokok hanyalah himpunan yang sangat kecil daripada himpunan besar
besaran fisika seperti diilustrasikan pada Gambar
Beberapa contoh besaran turunan yang
sudah sering kita dengar atau
kita gunakan adalah luas (kombinasi dua
buah besaran pokok panjang), massa
jenis (kombinasi besaran pokok massa
dan besaran turunan volum) sedangkan
besaran turunan volum merupakan
kombinasi tiga besaran pokok panjang,
dan kecepatan merupakan kombinasi
besaran pokok panjang dan besaran
pokok waktu.
6. 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.
7. Satuan Panjang
• Mula-mula satu meter didefinisikan berdasarkan keliling bumi. Ditetapkan bahwa
keliling garis bujur bumi yang melalui kota Paris, Prancis ditetapkan memiliki panjang
40.000.000 m. Jadi panjang satu meter sama dengan 1/40.000.000 keliling garis bujur
bumi yang melalui kota Paris. Definisi ini menjadi tidak memadai ketika perkembangan
ilmu pengetahuan dan teknologi menuntut pengukuran yang makin akurat. Tidak
mungkin pengukuran yang akurat diperoleh dari satuan standar yang tidak akurat.
• Pada akhir abad ke-19, panjang satu meter didefinisikan ulang. Panjang satu meter
ditetapkan sama dengan jarak dua goresan pada batang campuran logam platina dan
iridium yang tersimpan di International Bureau of Weight and Measures di kota Sevres,
Prancis. Logam tersebut disimpan pada kondisi yang dikontrol secara ketat utuk
menghindari perubahan dimensi akibat perubahan kondisi lingkungan seperti suhu,
kelembaban udara, tekanan udara, intensitas cahaya, reaksi kimia, dan sebagainya.
• Setelah laju cahaya dapat diukur dengan sangat teliti, pada Konferensi Umum Tentang
Berat dan Pengukuran ke -17 tahun 1983, panjang satu meter didefinisikan ulang
sebagai jarak tempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458 sekon. Ini
berarti pula bahwa selama satu sekon cahaya merambat dalam ruang hampa sepanjang
299.792.458 meter
8. Satuan Massa
• Masa standar satu kilogram adalah massa silinder logam yang terbuat dari
campuran logam platina dan iridium. Massa standar ini disimpan dalam
kondisi yang dikontrol secara ketat di International Bureau of Weights and
Measures di kota Sevres, Prancis. Sejak awal penetapan hingga saat ini,
definisi massa standar tidak pernah berubah.
• Beberapa negara membuat duplikat massa standar tersebut dan menyimpannya
di lembaga pengukuran masing-masing. Gambar dibawah adalah duplikat
massa 1 kg standar yang disimpan di National Institute of Standard and
Technology (NIST), Amerika Serikat.
9. Satuan Waktu
• Pada Konferensi Umum tentang Berat dan Pengukuran ke-13 tahun 1967 telah ditetapkan bahwa
standar waktu satu detik didasarkan pada frekuensi gelombang yang dipancarkan atom. Atom
Cesium dengan nomor atom 133 (Cesium-133) dipilih sebagai atom standar karena frekuensi
gelombang yang dipancarkan dapat dihasilkan dengan mudah dan dapat diukur dengan ketelitian
sangat tinggi. Cahaya yang dipancarkan atom Cesium-133 berosilasi sebanyak 9.192.631.770 kali
dalam satu sekon Dengan demikian, satu sekon didefinisikan sebagai waktu yang diperlukan oleh
gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133 untuk berosilasi sebanyak 9.192.631.770 kali.
• Untuk memproduksi waktu standar tersebut maka dibuat jam yang didasarkan getaran gelombang
yang dipancarkan atom Cesium-133. Jam tersebut dinamakan jam atom. Contoh jam atom
pertama tersimpan di NIST, Amerika tampak pada Gambar dibawah Jam atom menghasilkan
ketelitian yang sangat tinggi. Kesalahan yang terjadi kurang dari 1 sekon dalam waktu 30.000 thn
Contoh
Dalam satu menit, berapa kali jumlah osilai gelombang yang dipancarkan atom Cesium-133?
Jawab
Jumlah getaran dalam satu detik = 9.192.631.770 kali. Lama satu menit = 60 detik. Dengan demikian,
jumlah getaran dalam satu menit = 60 x 9.192.631.770 = 551.557.906.200 kali.
10. • Saat ini jam atom dipasang pada satelit-satelit GPS (global positioning system). Satelit
GPS mengelilingi bumi dan membentuk konstelasi yang terdiri dari 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.
11. Awalan Satuan
• Satuan SI juga memperkenalkan kita pada penggunaan awalan dalam penulisan besaran
fisis. Penggunaaan awalan tersebut merupakan alternatif penggunaan bilangan pangkat
sepuluh. Awalah-awalan yang dibakukan tampak pada Tabel
Contoh
• Diameter sebuah atom adalah 3,2 x 10-10 m. Nyatakan diameter tersebut dalam awalan
yang terdekat.
Jawab
3,2 x 10-10 m
= 0,32 x 10-9 m
= 0,32 nm atau
3,2 x 10-10 m
= 320 x 10-12 m
= 320 pm
12. Konversi Satuan
• Sebuah mobil bergerak dengan kecepatan 72 km/jam. Berapa jarak
tempuh mobil selama 40 sekon? Tentu kamu tidak bisa langsung
mengalikan 72 x 40 = 2 880 km karena satuan waktu dalam kecepatan
tidak sama dengan satuan waktu perhitungan. Hasil tersebut salah!!
Satuan waktu dalam kecepatan adalah jam sedangkan satuan waktu
yang diberikan untuk menghitung jarak adalah sekon. Perhitungan
baru dapat dilakukan jika satuan waktu keduanya disamakan dulu. Bisa
sama-sama dalam jam atau sama-sama dalam sekon.
• Oleh karena itu kemampuan mengkonversi besaran antar satuan yang
berbeda harus kalian miliki. Bagaimana teknik konversi tersebut?
• Satuan waktu diubah ke sekon.
– Kita dapat menulis 72 km/jam = 72 km /1 jam. Karena 1 jam = 3 600 s maka 72 km
/1 jam = 72 km/3 600 s = 0,02 km/s. Dengan demikian, jarak tempuh mobil selama
40 s adalah 0,02 km/s x 40 s = 0,8 km.
• Satuan waktu diubah ke jam
– Karena 1 jam = 3 600 s maka 1 s = (1/3 600) jam. Dengan demikian, 40 s = 40 x
(1/3 600) jam = 0,0111 jam. Jarak tempuh mobil menjadi 72 km/jam x 0,0111 jam
= 0,8 km.
13. Contoh
• Satu tahun cahaya adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa
selama satu tahun. Jika kecepatan cahaya 3 x 108 m/s dan satu tahun sama
dengan 365,25 hari, berapakah panjang satu tahun cahaya dinyatakan dalam
Mm?
Jawab
• Karena satuan waktu dalam kecepatan cahaya dan satuan waktu dalam hari
berbeda maka kita perlu melakukan konversi satuan terlebih dahulu agar
satuan menjadi sama. Jika menggunakan satuan sekon maka kita ubah 365,25
hari dalam sekon.
• 365,25 hari = 365,25 x 24 jam = 365,25 x 24 x 3 600 s = 3,15576 x 107 s.
Dengan demikian, jarak tempah cahaya selama satu tahun adalah
• (3 x 108 m/s) x (3,15576 x 107 s)
= 9,47 x 1015 m
= (9,47 x 109) x 106 m
= 9,47 x 109 Mm
14. Besaran Pokok dan Besaran Turunan
• Besaran
– Pokok
• Besaran
– Turunan
Ex:
s
m
v
waktu
t
jarak
s
v
v
Kecepa
:
)
(
)
(
:
)
(
tan
2
:
:
:
)
(
tan
s
m
a
s
s
m
a
t
v
a
a
Percepa
17. Dimensi
• 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”.
Besaran
Pokok
Simbol
Dimensi
Massa M
Panjang L
Waktu T
Arus listrik I
Besaran
Pokok
Simbol
Dimensi
Suhu Q
Jumlah Zat N
Intensitas J
19. Pengukuran
• Dalam fisika, pengukuran memegang peranan yang teramat penting.
Pengukuran adalah kunci kemajuan ilmu pengetahuan dan teknologi. Teori apa
pun yang dikembangkan dalam fisika maupun bidang ilmu lain harus dapat
dibuktikan dengan pengukuran. Jika teori tidak sesuai dengan hasil
pengukuran maka teori tersebut ditolak.
20. 1.7.1 Pengukuran Panjang
• Kita akan membahas beberapa macam alat ukur panjang beserta cara
penggunaannya. Alat ukur yang akan kita bahas adalah mistar, jangka sorong,
mikrometer sekrup,. Alat-alat tersebut memberikan ketelitian pengukuran yang
berbeda. Yang paling teliti adalah mikrometer sekrup, kemudian diikuti jangka
sorong, dan yang kurang teliti adalah mistar.
21. 1.7.2 Pengukran Massa
• Massa benda diukur dengan neraca. Neraca telah dibuat dengan sejumlah
ketelitian, bergantung pada fungsi masing-masing. Neraca untuk menimbang
sayur di pasar tidak terlalu teliti. Neraca yang sangat teliti biasa dipakai dalam
percobaan laboratorium. Di laboratorium orang kadang menimbang benda
hingga ketelitin 0,001 g atau lebih teliti lagi. Di sini kita akan membahas
beberapa jenis neraca saja.
• Contoh neraca elektronik. Nilai terkecil yang dapat diukur adalah 0,001 g
22. 1.7.3 Pengukuran Waktu
• Alat yang bias kita gunakan untuk mengukur waktu adalah arloji, jam dinding,
dan stopwatch. Ketelitian sebuah arloji dan jam dinding umumnya satu detik,
sedangkan stopwatch bias mencapai ketelitian 0,001 detik. contoh alat ukur
waktu tersebut:
23. 1.7.4 Pengukuran Volum
• Jenis pengukuran yang kita bahas di atas adalah pengukuran besaranbesaran
pokok. Di fisika, besaran turunan jumlahnya jauh lebih banyak daripada
besaran pokok. Tidak mungkin kita membahas semua cara pengukuran
besaran-besaran turunan. Kita hanya akan membahas cara pengkuran volum
zat padat, cair, dan gas.
• Pengukuran volume zat cair
Pengamatan harus dilakukan sehingga
posisi mata berada dalam garis
horizontal dengan lekukan bawah
permukaan zat cair. Sebagai
contoh, volum zat cair dalam silinder
ukur adalah 10,5 mL. Satu skala pada
silinder tersebut setara dengan 0,5 mL.
Lengkungan terbawah permukaan zat
cair sejajar dengan skala 10,5.
24. • Pengukuran Volum Gas
• Gas dalam jumlah sedikit dapat diukur volumenya menggunakan gelas ukur. Prinsipnya
adalah karena massa jenis gas lebih kecil dari massa jenis zat cair maka dalam zat cair
gas cenderung bergerak ke atas dan menempati ruang paling atas. Jika dalam wadah
tertutup yang penuh besisi zat cair diisi gas maka gas akan menempati posisi teratas dan
mendesak zat cair ke bawah. Volume ruang yang tampak kosong di sisi atas merupakan
volume gas yang masuk ke dalam wadah.
25. • Pengukuran Volum Zat Padat
• Volum zat padat yang bentuknya teratur dapat ditentukan melalui pengukuran panjang
bagian-bagiannya. Volum kubus dapat ditentukan dengan mengukur panjang salah satu
sisinya, volum balok dapat ditentukan dengan mungukur panjang tiga sisinya, dan
volum bola dapat ditentukan dengan mungukur diameternya.
• Volum benda padat yang bentuknya tidak teratur dapat ditentukan secara tidak langsung.
Salah satunya adalah dengan mengukur volum air yang dipindahkan oleh benda tersebut
ketika seluruh bagian benda dicelupkan ke dalam zat cair.
• Berapa volum zat padat pada Gambar (a) dan
(b)?
Jawab
Pada Gambar (a), volume zat cair sebelum
memasukkan zat padat ke dalamnya adalah 30 mL.
Setelah memasukkan zat padat, permukaan air
menunjukkan volum 40 mL. Maka volum zat padat
adalah 40- 30 = 10 mL.
Pada Gambar (b) volum air dalam silinder ukur
adalah 30 mL. Maka volum
zat padat adalah 30 mL.
