Besaran Pokok dan Satuan Internasional dalam Fisika

AhmadDahlan.NET – Fisika adalah salah satu cabang ilmu sains yang mempelajari karakteristik fisik dari fenomena alam baik yang tampak maupun yang sifatnya abstrak. Objek yang dipelajari secara eksak didefenisikan oleh sebuah kerangka acuan yang disepakati bersama, agar tidak ada perselesihan dalam proses pemaknaan. Kerangka acuan tersebut dalam bentuk ukuran yang disebut sebagai besaran. Besaran ini terbagi atas tiga jenis yang disebut sebagai Besaran Pokok, Tambahan dan Turunan.

Objek-objek dalam fisika pada umunya dipelajari melalui ukuran yang disebut sebagai besaran. Besaran ini seperti panjang dari sebuah jalan, massa dari sebuah mobil, tegangan listrik, gaya dorong, energi dari roket dan sebagainya.

Besaran-besaran fisika ini selanjutnya akan dinyatakan dalam satuan yang nilanya sudah distandarisasi. Tujuannya agar semua orang memiliki presepsi yang sama ketika membaca informasi yang terkait dengan besaran dan satuan fisika.

Misalkan saja panjang dari sebuah meja dapat dinyatakan dalam banyak satuan seperti jengkal, meter, inci dan sejeninya. Ketika kita menyatakan panjang meja dengan jengkal pasti akan ada perbedaan hasil ukur jika dilakukan dengan orang yang berbeda apalagi jika panjang jengkal pengukur tersebut tidaklah sama. Satuan jengkal ini disebut sebagai satuan tidak baku. Namun ketika dinyatakan dalam meter, maka hasil pengukuran yang dilakukan oleh orang yang berbeda akan menghasilkan hasil yang sama. Meter ini disebut sebagai satuan baku karena sudah distandarisasi, demikian juga dengan Inci, Yard, Mill dan sejenisnya.

A. Besaran Pokok dan Turunan

Namun dari mana kita memulai sebuah besaran? Dalam mempelajari sains, tidak ada yang lebih mudah untuk menyamakan presepsi tentang ukuran objek fisis selain disepakati secara bersama. Maka lahirlah kesepatakan yang disebut sebagai besaran pokok dan besaran turunan.

Besaran pokok adalah tujuh jenis besaran yang dasar yang nilainya telah disepakati secara bersama. Hanya saja kesepakatan tersebut harus memunuhi dua syarat yakni :

1. Berlaku secara universal – yang berarti akan menghasilkan nilai yang sama jika dilakukan oleh orang lain atau tidak subjektif.
2. Nilainya Stabil – Stabil dalam hal ini adalah acuan yang digunakan memiliki nilai yang tidak bisa berubah meskipun kondisi alam dan zaman sudah berubah.

Besaran Turunan sendiri dapat difenisikan lebih mudah dibandingkan dengan besaran pokok dimana Besaran turunan selalu berasal dari operasi matematis besaran pokok. Namun sebagai catatan ada dua jenis besaran pokok yang nilai diturunkan dari besaran lain.

Dua besaran pokok tersebut adalah Kuat Arus Listrik yang didefeniskan sebagai jumlah muatan tiap satuan detik

I = \frac{dQ}{dt}

Dan Jumlah zat yang tidak lain adalah banyak suatu zat yang ditinjau dari massa atom relatif dan massa benda itu sendiri

N_A = \frac{m}{m_r}(6,02.10^{23})

Hal yang perlu dicatat dari konsep besaran pokok adalah (1) nilai yang direpresentasikan dari besaran ini sifatnya mengandung konsep dasar dan (2) disepakati secara bersama sebagai besaran pokok. Kendati demikian, saat ini, sistem besaran pokok sudah stabil sehingga hampir mustahil untuk membuat kesepakatan baru mengenai besaran pokok.

Besaran pokok adalah besaran yang nilainya disepakati bersama yang ditentukan oleh banyak kriteria seperti kesederhanaan dimensi, kemudahan menentukan kuantitas, nilai yang universal dan stabil.

Besaran Tambahan

Selain besaran pokok dan turunan, dalam fisika dikenal dengan istilah besaran tambahan yang nilainya tidak memiliki satuan namun dapat merubah nilai dari saatu besaran ketiak dioperasi bersama. Dua besaran tambahan ini adalah sudut bidang dan sudut ruang.

B. Satuan Internasional

Meskipun sudah informatif namun penulisan besaran disertai satuan saja tidaklah cukup memberikan informasi yang pasti/eksak atas sebuah fenomena alam yang sedang diamati. Misalkan saja contoh yang telah disebutkan sebelumnya dalam mengukur panjang meja dengan jengkal dan mistar. Satuan dalam jengkal masih bisa menimbulkan perdebatan karena sifatnya masih tidak bersifat universal dan stabil karena subjektifitas pengukurnya masih mengikut pada hasil pengukuran.

Pengukuran denagn menggunakan mistar akan menunjukkan panjang meja dalam satuan meter yang sudah menghilangkn subjektifitas pengukur. Dalam hal ini meter disebut satuan baku.

Sebelum adanya kesepatakan internasional, pada zaman dahulu orang-orang sudah mengenai satuan baku yang sifat subjektifitas sudah hilang. Misalnya saja satuan kaki untuk mengukur tanah. Agar tidak terjadi perselisihan pada jual beli tanah, maka dipilihlah ukuran kaki seorang raja sebagai acaun sehingga menunjukkan hasil yang sama.

Sistem ini bertahan cukup lama dan populer digunakan. Selain kaki, juga dikenal panjang Hasta dan Depa. Ukuran panjang ini kemudian dibuatkan kopian agar bisa dipergunakan banyak orang. Hanya saja ada dua kelemahan dari sistem ini, yang pertama misalnya tidak semua daerah mengakui satuan dari daerah lain terutama jika ada konflik politik antara keduanya. Masalah yang kedua adalah jika sang raja sudah mati atau mengelami peruhana ukuran tubuh, maka sangat sulit untuk membuat suatu satuan yang nilainya sama.

Nah berdasarkan kelemahan ini, para ilmuwan selanjutnya membuat suatu kesepatan secara internasional untuk memabut sistem satuan yang berlaku di banyak negara, Sistem itu disebut satuan internasional. Meskipun satuan internasional ini masih terbagi lagi ke dalam beberapa kelompok namun pada umunya terbagi ke dua kelompok yakni sistem British dan Sistem Metrik.

Indonesia sendiri banyak menggunakan satuan internasional dengan sistem metrik. Adapun satuan dari 7 besaran pokok dalam satuan metrik sebagai berikut :

1. Besaran Pokok Panjang

Tahun 1120, raja Inggris mengeluarkan sebuah dekrit yang berisi mengenai satuan panjang yang sah yang digunakan dalam wilayah kerajaan yakni yard. 1 yard (sekitar 90 cm) diambil dari ukuran raja itu yakni jarak dari ujung hidung ke ujung lengan sang raja yang dibentangkan lurus.

Hal yang sama dilakukan oleh King Louis XIV yang menggunakan standar panjang kakinya sendiri dan dikenal dengan nama meter standar ini digunakan paling tidak sampai tahun 1799, Pada konferensi besaran dan satuan di Perancis, nama meter dijadikan sebagai patokan dan standar internasional yang didefinisikan sebagai 1/10.000.000 jarak dari kutub utara sampai ke Garis khatulistiwa yang melalui kota paris.

Sebelum sistem ini diterima oleh banyak kalangan, beberapa negara juga menyusun beberapa sistem satuan panjang, namun tidak begitu familiar karena peserta-nya tidak sebanyak konferensi di Perancis.

Tahun 1960 jarak 1 meter kemudian diadaptasi ke dalam batang platina iridium yang disimpan dalam keadaan bebas tekanan dan perubahan suhu yang disimpan di Bereu. Meskipun terlihat kokoh dan tahan terhadap beberapa jenis perubahan, ternyata satuan panjang ini tidak baik dalam menyimpang anjang karena Platina Iridium tetap mengalami perubahan.

Tahun 1970, ketika teknologi sudah mampu untuk mengukur panjang gelombang, satu meter didefenisikan sebagai 1 650 763,73 panjang gelombang dari cahaya Kripton-86 namun hal ini masih dirubah lagi pada tahun 1983 dengan sistem yang lebih stabil yakni jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang vakum selama 1/299 792 458 detik. Sistem ini masih bertahan sampai sekarang dan didasarkan atas kecepatan cahaya yang menjadi batas kecepatan maksimal yang ada di jagat raya.  

2. Besaran Pokok Massa.

Konsep massa pertama kali diperkenalkan oleh bangsa Yunani μάζα, merupakan suatu karakter suatu objek yang dapat diamati dan sangat erat kaitannya dengan berat. Pada era modern, massa dikaitkan dengan hal yakni kuantitas materi yang dimiliki oleh suatu benda yang dapat menempati ruang. Hampir sama dengan jumlah zat, namun massa lebih condong ke besaran fisis dari suatu materi secara utuh.

Massa dinyatakan dalam kilogram untuk SI yang telah didefenisikan dari massa yang dari sebuah camporan logam Platina-Iridium yang berbentuk silinder dan tersimpan di Musium Internasional Bereau untuk Berat dan Satuan di Servres, Perancis. Tetapan massa ini sudah ditemukan dari tahun 1887 dan tidak pernah dirubah hingga hari ini karena massa Platina-Iridum sangat stabil dan tidak mengalami perubahan.

3. Besaran Pokok Waktu

Sebelum tahun 1960 standar waktu yang digunakan ditentukan melalui rata-rata waktu yang dibutuhkan oleh matahari (gerak semu matahari). Waktu standar diukur dari rentang waktu yang dibutuhkan oleh matahari untuk mencapai titik tertinggi di langit setiap harinya. Sedangkan satu sekon (detik) didefenisikan sebagai selang waktu dari (1/60)(1/60)(1/24) waktu harian matahari. Ketika teknologi pengukuran semakin modern, metode ini ternyata banyak memiliki kekurangan karena matahari sendiri tidak konsisten menunjukkan waktu dari posisi yang sama setiap harinya. Hal tersebut dipengaruhi oleh gerak semu matahari terhadap bumi.

Tahun 1967, satuan standar waktu didefinisikan ulang dengan fenomena yang lebih presisi dengan menggunakan jam atom yang diukur menggunakan atom cesium-133. Satu sekon didefinisikan sebagai jumlah radiasi yang dikeluarkan oleh atom Cesium sebanyak 9.192.631.770.

Dalam fisika modern, Einstein menemukan teori relativitas yang menunjukkan bawah getaran alami dari sebuah atom dapat mengalami dilatasi waktu jika bergerak dengan kecepatan mendekati C, oleh karena satu ini kemudian didefinisikan ulang dengan kecepatan cahaya. C dianggap stabil untuk semua kerangka inersia sehingga satu second didefinisikan sebagai waktu yang dibutuhkan oleh foton untuk menempuh 299.792.458 m namun sebagai acuan tetap digunakan atom Cesium-133.

Referensi:
Hawking, Sthepen. (2007). The Theory of Everything : The Origin and Fate of the Universe. Jaico Publishing House

Serway & Jewet. (2004) Physics For Science and Engineer. Pomona: Thompson Broke

Quinn, Terry (2012). From artefacts to atoms: the BIPM and the search for ultimate measurement standards. Oxford University Press. p. xxvii. ISBN 978-0-19-530786-3.

Tavernor, Robert (2007). Smoot’s Ear: The Measure of Humanity. Yale University Press.

Tunbridge, Paul (1992). Lord Kelvin, His Influence on Electrical Measurements and Units. Peter Pereginus Ltd. pp. 42–46.