Ahmad Dahlan – Pengukuran besaran fisika dilakukan dengan menggunakan alat ukur akan selalu menghasilkan nilai tidak pasti. Ketidakpastian disebabkan oleh banyak faktor seperti keterampilan pengukur, jumlah pengambilan data dalam pengukuran dan alat ukur. Ketidakpastian yang disebabkan oleh batas alat ukur merupakan keterbatasan alat yang digunakan dalam memberikan informasi mengenai suatu besaran yang terukur.
Angka dari hasil pengukuran ini selanjutnya disebut sebagai Angka Penting, dan setiap angka penting akan mewakili ketidakpastian pengukuran. Misalnya sebuah pengukuran panjang buku dilakukan di dalam sebuah lab dengan menggunakan mistar dengan nilai skala terkecil (NST) dari mistar adalah 0,1 cm.
Hasil pengukuran dari sisi panjang adalah 15,5 cm sehingga kemungkinan nilai pasti dari meja terletak pada rentang 15,4 cm sampai dengan 15,6 cm. Dalam kasus ini dapat dipastikan bawah jumlah angka penting dalam penelitian ini adalah 3 angka penting. Jika hasil pengukuran untuk sisi pendek buku adalah 11,2 cm, maka hasil pengukuran dapat dituliskan (15,5 ± 0,1) cm dan (11,1 ± 0,1) cm. Hasil pengukuran dapat dituliskan sesuai dengan jumlah angka penting yang didapatkan dari hasil pengukuran. Lantas bagaimana jika yang ingin dilaporkan adalah luas permukaan sisi depan dari buku? Tentu saja hasil kali antara sisi panjang dan sisi pendek buku adalah (15,5) (11,2) = 172,05 cm2.
Hanya saja hasil kali dari dua besaran tersebut menghasilkan jumlah angka penting yang lebih besar dari jumlah angka penting hasil pengukuran. Hal ini tidak logis karena jumlah data yang didapatkan dari hasil operasi matematika tidak mungkin lebih teliti dibandingkan dengan data hasil pengukuran. Untuk mengatur hal ini dan tidak memunculkan penafsiran ganda pada setiap laporan hasil pengkuran fisika, maka disusun aturan perkalian untuk angka penting yakni:
Hasil operasi perkalian angka penting maka hasil perkalian mengikuti jumlah angka penting paling sedikit dari data yang dikalikan.
Sehingga berdasarkan aturan ini maka Luas permukaan salah satu sisi buku adalah 172 cm2 dengan nilai taksiran mulai dari (15,4) (11,1) = 171 cm2 sampai (15,6) (11,3) = 176 cm2.
Kedudukan Angka kosong (0) sebagai angka penting dan tidak penting.
1. Semua angka Bukan 0 adalah angka penting.
12,593 – 5 angka penting
349,999 – 6 Angka Penting
2. Semua angka Nol yang berada di antara bukan angka 0 adalah angka penitng.
93022 – 5 angka penting
200001 – 6 angka penting
3. Semua angka 0 ada sebelum dan sesudah angka bukan 0 bukanlah angka penting
0,000760 – 2 angka penting
0,010020 – 4 angka penting
4. Semua angka 0 sebelum koma yang didahului angka bukan no adalah angka penting
20,00 – 2 angka penitng yakni 20
5. Semua angka yang ada sebelum orde pada notasi ilmiah adalah angka penting.
3,2 x 105 – 2 angka penting
4,05 x 107 – 3 angka penting
6. Semua angka nol yang ditulis setelah tanda garis bawah bukan angka penting.
78000 – 2 angka penting
78000 – 3 angka penting
78000 – 2 angka penting
Operasi Matematis Angka Penting
1. Penjumlahan dan Pengurangan
Hasil penjumlahan angka penting hanya boleh memiliki satu angka tidak pasti. Misalnya 11 cm (2 angka tidak pasti) + 1,43 cm (3 angka tidak pasti) maka penulisannya 12,43 cm dima 2 dan 3 adalah angka tidak pasti. Maka penulisanya dibulatkan menjadi 12 cm.
2. Perkalian dan Pembagian
Operasi perkalian dan pembagian menghasilkan jumlah angka penting yang dihasilkan mengikuti jumlah Angka Penting paling sedikit dari bilangan yang dioperasikan. Misalnya
5,62 x 0,51 = 2,8662
0,51 mengandung 2 angka penting maka hasil yang mengikuti aturan angka penting dibulatkan menjadi 2,9
Aturan Pembulatan
1. Semua angka di atas 5 dibulatkan ke atas dan dibawah 5 dihilangkan.
3,46 dibulatkan jadi 3,5
3,4651 dibulatkan jadi 3,465
2. Angka 5 dibulatkan mengikuti angka sebelumnya. Jika sebelum angka 5 adalah angka genap maka angka tersebut dihilangkan, namun jika angkan sebelumnya adalah ganjil, maka angka lima dibulatkan ke atas.
3,45 dibulatkan ke bawah jadi 3,4
3,35 dibulatkan ke atas jadi 3,4
Pengecualian*
Pada aturan operasi perkalian angka penting, jumlah angka penting mengikuti aturan jumlah angka penting paling sedikit, namun pengecualian beberapa kasus yang mungkin saja menghilangkan makna secara keseluruhan jika dikaitkan dengan signifikansi laporan hasil operasi matematis angka penting.
9,84 : 9,3 = 1,06
Pada operasi matematis di atas harunya ditulis 1,1 karena angka pembagi ada dua angka penting, namun berasarkan data di atas 9,3 seharusnya hanya bisa didapatkan dengan kesalahan pengukuran paling besar 0,1 dengan kesalahan 9,3 ± 0,1 dengan kesalahan relatif sebesar 1%.
Penulisan 2 angka penting akan mengasilkan pelaporan hasil
1,1 ± 0,1
atau dengan kata lain kesalahan pelaporan menjadi 10 % padahal pengukuran ini dihasilkan dari pengukuran dengan kesalahan pengukuran terbesar adalah 1 %, harusnya pelaporan yang benar ditulis :
Ahmad Dahlan – Massa jenis (disimbiolkan dengan ρ – huruf yunani yang dibaca rho) adalah perbandingan antara massa yang terjadi suatu zat terhadap volume zat itu sendiri.
A. Massa Jenis
Sebuah benda memiliki karakteris unik dari sisi fisis dari benda itu sendiri, salah satu dari sisi ukuran benda itu sendiri. Dalam fisika ukuran suatu benda dapat dinyatakan dalam 4 hal yakni massa, volume, dan jumlah mol.
Mari kita tinjau massa dan volumenya terlebih dahulu. Misalkan saja kita mengambil 1 kg air di sebuah sumur maka kita membutuhkan sebesar 1 liter, begitu pula kelipatannya ketika kita mengambil 2 kg air saya membutuhkan wadah berukuran 2 liter. Dengan demikian kita bisa menyimpulkan bahwa massa suatu benda berbanding lurus dengan volume benda itu sendiri.
m ∼ V
Setiap kenaikan 1 kg air akan menyebabkan kenaikan volume air sebesar 1 liter. Perbandingannya akan selalu sama sehingga nilai massa dan volume dari suatu benda dihubungan dengan sebuah nilai yang konstan yang disebut sebagai massa jenis (ρ). Maka persamaan ini dapat ditulis sebagai berikut L
m = ρV
Dimana ρ adalah perbandingan antara massa benda dan volume benda itu sendiri.
\rho = \frac{m}{V}
Kerapatan dan Massa Jenis
Massa jenis ini adalah simbil dari kerapatan suatu benda (density). Misalkan saja kita mengambil 1 kg besi, tentu saja kita hanya memiliki sedikit besi jika dibandingkan dengan air jika ditinjau dari Volumenya. Hal ini disebabkan densitas besi lebih tinggi dari air. Hal ini pula yang membuat kita butuh karung yang besar untuk menampung kapas sebanyak 1 kg.
Setiap zat memiliki densitas yang berbeda meskipun ada kemungkin beberapa jenis zat memiliki massa jenis yang sama.
Tabel Massa Jenis Beberapa zat
Jenis Zat
Densiti ρ (103 kg/m3)
Platinum
21,45
Emas
19,30
Uranium
18,70
Timbal
11,30
Tembaga
8,92
Air
1,00
Udara (1 atm)
0,0012
B. Massa Atom Relatif
Sebagaimana yang kita ketahui mengenai struktur partikel yang menyusun suatu zat terdiri atom-atom tertentu yang dikenal dengan jenis unsur unsur dan berdasarkan teori atom Rutherford dan Atom Bhor, setiap atom terdiri dari proton dan neutron yang terletak di Inti atom sedangkan pada kulit ditempati elektron.
Jumlah proton dan Neutron dalam inti sebuah atom akan berpengaruh pada massa atom relatif yang diukur dalam satuan massa atom (u), dalam beberapa buku terjemahan juga disingkat dengan sma, dimana satu u = 1,6660 538 7 x 10-27 kg. Dikatakan sebagai massa atom relatif, karena jenis atom yang digunakan untuk mengukur adalah atom dari carbon-12, atom ini digunakan sebagai satuan pembanding karena memiliki karakteristik paling stabil dari seluruh atom yang ada di alam.
Sebagai contoh, timbal dengan massa 207 u dan aluminium adalah 27 u, rasio antara massa timbal dan massa aluminium adalah 10 : 1 namun hal ini berbeda jika rasio berdasarkan massa jenis, iman rasio-nya menjadi 4,19 : 1. Hal ini disebabkan oleh jarak antar atom yang penyusun struktur kristal dari penyusun kedua atom tersebut.
Referensi: Jewet & Serway. 2007. Physics for Scientist and Enggineer.
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 :
Berlaku secara universal – yang berarti akan menghasilkan nilai yang sama jika dilakukan oleh orang lain atau tidak subjektif.
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 :
No
Besaran
Lambang
Dimensi
Satuan
Lambang
1
Panjang
l
[L]
meter
m
2
Massa
m
[M]
kilogram
kg
3
Waktu
t
[T]
sekon
s
4
Suhu
T
[θ]
Kelvin
K
5
Kuat Arus Listrik
I
[I]
Ampere
A
6
Intensitas Cahaya
J
[J]
Candella
Cd
7
Jumlah Zat
n
[N]
mol
mol
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.
Nama Benda
Jarak (m)
Diamater Proton
~ 10-15
Diameter Inti Atom
~ 10-14
Diameter Atom Hidrogen
~ 10-10
Ukuran Sel Mahluk Hidup
~ 10-5
Ukuran Debu
~ 10-4
Panjang Lalat
5,00 x 10-3
Panjang Lapangan Bola
9,10 x 101
Rata-rata Orbit Satelit
2,00 x 105
Jari-jari rata-rat bumi
6,37 x 106
Jarak dari Ekuator ke Kutub Utara
1,00 x 107
Jarak Bulan dan Bumi
3, 84 x 108
Orbit rata-rata bumi terhadap matahari
1,50 x 1011
Jarak tempuh satu tahun cahaya
9,64 x 1015
Jarak bintang terdekat (Proxima Centauri)
4,00 x 1016
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.
Materi
Massa (kg)
Total massa Jagat Raya Yang dapat Diamati
~ 1052
Galaksi Milky Way (Bima Sakti)
~ 1043
Matahari
1,99 x 1030
Bumi
5,98 x 1024
Bulan
7,36 x 1022
Ikan Hiu
~ 103
Rata-rata massa manusia
~ 102
Massa ratarata nyamuk
~ 10-5
Atom Hidrogen
1,67 x 10-27
Elektron
9,11 x 10-31
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.
Ahmad Dahlan – Fisika diambil dari bahasa Yunani fysikós (φυσικός) yang secara harfiah berarti alamiah. Ruang lingkup dari fisika adalah segala sesuatu yang ada di alam semesta baik itu materi maupun anti materi mencakup gerak dan perilaku dalam lingkup ruang dan waktu. Fisika mengkaji objek-objek tersebut dalam lingkup energi yang saling berkaitan materi-materi tersebut.
Peran makro dari ilmu Fisika adalah memahami cara kerja dari alam semesta mengatur dirinya sendiri dan keterhubungan antara benda-benda didalamnya. Fisika merupakan calab ilmu paling tua dan lahir hampir bersamaan dengan lahirnya Mitology pada rentetan perkembangan ilmu pengetahuan sekitar tahun 630 SM.
Perkembangan ilmu matematika membawa banyak perubahan yang besar dalam kajian-kajian fisika yang awalnya hanya mempelajari akibat yang timbul dari sebuah sebab, menjadi sebuah pemodelan untuk memprediksikan secara pasti sebuah fenomena. Sir Isac Newton yang dikenal dengan hukum-hukumnya tentang gerak praktis berhasil memprediksikan seluruh gerak-gerak benda makro melalui pemodalan matematis, mulai dari benda yang jatuh bebas dari atas sebuah gedung sampai perhitungan prakiraan cuaca karena hujan merupakan materi makro akibat dari penurunan suhu dari awan-awan hujan.
Hukum Newton juga digunakan Kepler untuk mengamati benda-benda langit yang dulunya dibahas dalam kajian mitos sampai akhirnya lahir hukum kepler yang membahas gerakan-gerakan benda-benda langit. Gravitasi Newton menjadi jawaban atas naik turunnya air laut yang dipnegaruhi gravitas bulan dan matahari.
Jauh sebelum hukum-hukum fisika bisa dijelaskan dengan baik, orang-orang Viking percaya bahwa Gerhana Matahari adalah ulah dari serigala langit yang mengejar dan menangkap matahari. Mereka lalu membunyikan benda-benda disekitar rumah mereka sampai muncul keributana dan akhirnya berhasil mengusir serigala langit. Legenda semacam banyak bermunculan bahkan di Indonesia pun muncul budaya membunyikan kentongan saat terjadi Gerhana, meskipun sudah tidak lagi dijelaskan mitos dibeliknya namun bisa jadi itu semua berasal dari pemikiran sederhana nenek moyang kita tanpa bukti ilmiah yang baik.
Metode Ilmiah dalam Fisika
Fisika merupakan bidang ilmu yang didasari oleh hasil pengamatan, percobaan sederhana, eksperimen dan pengukuran yang bersifat kuantitatif. Tujuan utama dari kajian ilmu fisika adalah untuk menemukan hukum-hukum yang berkaitan dengan hukum-hukum dasar yang ada di alam.
Aristoteles (384 SM – 322 SM) yakin bahwa ada sebuah faktor yang menyebakan sebuah benda bergerak. Sebuah batu di lapangan akan selalu berada pada posisinya selama tidak ada orang yang memindahkan batu tersebut. Faktor tersebut disebut gaya, gaya lah memindahkan batu dari posisi A ke B begitu pun sebaliknya. Hanya saja Aristoteles masih kurang jelas menyebutkan benda yang diam. Menurutnya Batu yang diam di posisinya akibat dari tidak adanya gaya yang bekerja pada benda tersebut.
Newton merevisi pernyataan dari Aristoteles bahwa baik benda yang bergerak maupun benda yang diam maupun bergerak akan selalu ada gaya yang bekerja padanya, perbedaanya hanya terdapat pada resultan gaya yang bekerja pada benda tersebut. Hukum ini selanjutnya dikenal sebagai hukum Newton tentang gerak.
Hukum alam bukanlah satu-satunya produk dari fisika, beberapa konsep dan fenomena alam yang belum bisa dijelaskan dengan gamblang dan berlaku universal selanjutnya di bahas dalam kajian teori. Teori-teori sains menjadi penguhubung yang baik pada fenomena-fenomena alam yang belum bisa dijelaskan secara pasti sebab dan akibatnya.
Jika dalam kenyataannya terdapat sebuah perbedaan antara teori dan percobaan, maka teori baru harus segera diformulasikan untuk menghilangkan perbedaan tersebut. Teori-teori yang dikembangkan bahkan sudah banyak terbukti hanya terbatas pada beberapa kondisi saja, sebut saja teori yang ditemukan oleh Rutherford mengenai atom sangat terbatas dalam menjelaskan mengenai interaksi antara elektron dan inti atom kemudian kekurangan segera ditutupi oleh model atom Bohr yang berbicara tentang tingkat energi ikat dari suatu elektron.
Teori yang ditemukan diharapkan dapat bersifat umum sehingga ada banyak batasan yang dapat dihilangkan ketika teori tersebut digunakan untuk mengkaji fenomena fisika yang berlaku, sebut saja salah satu contoh yang paling signifikan dalam menunjukkan hukum umum tentang gerak adalah Newton. Hukum Newton mampu menjelaskan dengan lengkap mengenai seluruh gerak yang terjadi di seluruh permukaan bumi sampai gerakan-gerakan dari Planet-planet di sekitar tata Surya, hanya saja masih terbatas untuk menjelaskan gerak-gerak yang kecepatan mencapai kecepatan cahaya (c). Berbeda dengan Albert Einstein, sekitar 2 abad kemudian yang menemukan teori relativitas yang dapat menjelaskan gerak-gerak dengan kecepatan rendah hampir sama dengan hukum Newton dan juga mampu menjelaskan benda-benda yang bergerak dengan kecepatan kecepatan cahaya.
Kedua hal menunjukkan sebuah perbedaan mendasar antara pandangan yang selanjutnya dalam kajian dikenal sebagai Fisika Klasik dan Fisika Modern. Jika fisika Klasik menjelaskan dengan baik-baik seluruh fenomena fisika yang dilakukan dengan kecepatan rendah atau memandang gelombang paling jauh dalam bentuk eletrokmagnetik, Fisika Modern memandang kajian fisika jauh lebih holistik dengan banyak variabel yang disertakan di dalamnya seperti gerak dengan kecepatan cahaya dan sifat gelombang yang mampu menunjukkan tanda-tanda materi atau dualisme gelombang. Namun bukan berarti fisika klasik dan fisika modern merupakan dua hal yang saling bertentang dan orang-orang sebaiknya meninggalkan fisika Klasik.
A. Fisika Klasik
Fisika klasik sebenarnya istilah yang baru ditemukan oleh para fisikawan modern pada awal era tahun 1900-an. Mereka membagi dua fisika menjadi dua hal yakni seluruh penemuan yang dilakukan sebelum tahun 1900-an dikenal dengan nama fisika klasik. Cakupan dalam fisika klasik meliputi seluruh hukum, konsep, teori dan percobaan yang dilakukan pada bidang mekanika klasik, termodinamika, optik dan gelombang elektromagnetik.
Hasil hasil temuan di era klasik, sangat dipengaruhi oleh Newton yang berhasil menemukan prinsip mekanika klasik yang secara sistematis mampu digunakan untuk menurunkan seluruh persamaan yang berkaitan dengan gerak baik materi maupun gelombang. Proses matematis Newton menjadi prinsip dasar penggunaan Calculus dalam bidang Fisika.
Hukum Hukum Newton kemudian berhasil menghasilkan seluruh analisis mengenai gerak yang ada bumi, getaran dan rambatan gelombang mekanik yang keluar dari sebuah pegas bahkan membantu Kepler untuk menjelaskan tingkah laku dari seluruh planet yang mengitari matahari. Kendati demikian Fisika Klasik belum mampu menemukan penemuan besar dalam bidang kajian termodinamika, listrik dan magnet karena keterbatasan teknologi untuk membantu proses eksperimen dilakukan.
B. Fisika Modern
Tanda-tanda kemunculan dari Fisika Modern mulai tampak pada akhir abad 19. Percobaan-percobaan fisika yang dikembangkan dari teori klasik justru menemukan sebuah fakta yang tidak mampu digunakan untuk menjelaskan teori tersebut. Sebut saja pengamatan mengenai paparan radiasi energi yang dilakukan oleh Rayleigh and Jeans yang menggunakan persamaan matematis untuk energi sebagai fungsi Frekuensi berpangkat empat.
Teori tersebut justru menghasilkan angka yang luar biasa besar ketika digunakan untuk menghitung energi radiasi dari sinar-sinar dengan panjang gelombang pendek, dan jika hasil perhitungan ini benar, maka seharusnya sebuah tidak akan mampu bertahan dengan ketika terpapar sinar ungu, fenomena ini selanjutnya di kenal dengan nama “Bencana Ultraviolet” hanya saja pada kenyataannya, kita mampu bertahan. Perbedaan ini selanjutnya membuat orang-orang kembali mengkaji pendapat Plank yang dianggap aneh pada saat itu.
Dalam kajian fisika modern, adalah dua hal yang paling berpengaruh merubah arah pengembangan teori-teori fisika yakni teori relativitas dan mekanika kuantum. Teori Relativitas yang dikembangkan oleh Einstein tidak hanya berhasil menjelaskan mengenai benda-benda yang bergerak mendekati kecepatan cahaya tapi juga berhasil memberikan gambaran baru mengenai konsep dari ruang, waktu dan energi. Einstein juga berhasil menjelaskan mengenai batasan alami mengenai benda bergerak adalah cahaya dengan konsekuensi perubahan massa dan energi untuk membuat fenomena tetap tidak melanggar hukum kekekalan energi. Teori berhasil menggusur prinsip Steady State dari ruang angkasa dan memberikan inspirasi Stephen Hawking untuk menjelaskan asal-usul dari seluruh yang ada di jagat raya.
Sumbangsih lain yang paling berpengaruh dalam dunia fisika modern adalah Mekanika Quantum. Mekanika Kuantum memberikan kajian mengenai seluruh proses mekanika yang terjadi pada benda-benda kecil dengan level atom, elektron dan partikel elementer yang tidak dapat dijelaskan oleh mekanika klasik. Seperti contoh sederhana model Atom Rutherford dengan dasar hukum Coulomb yang gagal menjelaskan mengenai interaksi antara elektron dan inti atom.
C. Fisika dan Cabang Ilmu Lain
Selain pengembangan yang dilakukan untuk menjelaskan seluruh fenomena yang terjadi di alam dan menemukan hukum-hukum dasar mengenai fisika, banyak hasil percobaan lain yang dilakukan untuk menemukan hal-hal baru yang berkaitan dengan cabang ilmu lain seperti kimia dan biologi. Perkembangan ilmu ini kemudian menghasilkan cabang dispilin baru seperti Teknik Fisika, Biofisika, Fisika Kimia, Bioteknologi dan bahkan banyak kajian yang berkaitan dengan teknology dan pada cabang ilmu kesehatan.
Beberapa penemuan luar biasa dalam bidang sains adalah:
Micro Teknology yang memungkinkan computer dengan kecepatan tinggi dapat diciptakan
Teknologi digital imaging yang dapat membantu penelitian dalam bidang kesehatan seperti pada CT Scan, micro fiber optik dan sejenisnya.
Teknologi laser dalam bidang kesehatan yang memungkinkan proses operasi kecil yang tidak melibatkan materi dan logam sebagai pisau bedah.
Pemanfaatan sistem gelombang elektromagnetik dan paket gelombang dalam dunia telekomunikasi dengan kecepatan tingkat tinggi dan privasi dalam berselancar.
Pengembangan teknologi mesin yang lebih hemat, lebih kecil, ramah lingkungan dan portabel sampai pada teknologi mesin tanpa bahan bakar seperti pemanfaatan panel surya, dan lain-lain yang sangat sulit untuk disebutkan satu persatu.
Dampak dari penemuan yang dilakukan dalam bidang fisika ternyata mampu merubah tatanan kehidupan baik dalam pandangan sains dan juga sosial. Dimana teknologi hasil rekayasa hukum fisika mampu mendekatkan yang jauh, menyelamatkan lebih banyak nyawa dalam bidang kedokteran dan membuat pasien operasi kecil dapat segera berkumpul dengan keluarga dalam waktu yang lebih cepat dengan teknologi pisau bedah konvensional.
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
Kalor merupakan energi yang mengalir secara spontan dari materi bersuhu tinggi ke materi bersuhu rendah jika terjadi kontak antara keduanya. Jika hal tersebut pada sistem terisolasi sempurna maka proses perpindahan kalor akan berhenti ketika suhu ke dua benda tersebut sama.
Hal tersebut dijelaskan oleh Azas Black yang menyatakan bahwa sejumlah kalor akan dilepaskan oleh benda bersuhu tinggi ke benda bersuhu rendah. Total kalor yang dilepaskan akan sama dengan total kalor yang diterima.
Hanya saja sangat sulit untuk membuat sebuah sistem terisolasi sempurna karena sejatinya materi yang digunakan untuk mengisolasi sistem di luar dari lingkungan itu sendiri menyerap kalor.
Misalkan kita mencampur air panas (suhu tinggi) dengan air dingin (suhu rendah). Apabila air panas dan air dingin dicampur dalam sebuah wadah terbuka (misalnya ember), maka tidak semua energi air panas berpindah menuju air dingin. Demikian juga air dingin tidak menerima semua energi yang disumbangkan oleh air panas. Sebagian energi air panas pasti berpindah ke udara. Jika kita ingin agar semua energi air panas dipindahkan ke air dingin maka kita harus mencampur air panas dan air dingin dalam sistem tertutup.
Sistem tertutup yang dimaksudkan di sini adalah suatu sistem yang tidak memungkinkan adanya pertukaran energi dengan lingkungan. Contoh sistem tertutup adalah termos air panas. Dinding bagian dalam dari termos air panas biasanya terbuat dari bahan isolator (untuk kasus ini, isolator = bahan yang tidak menghantarkan panas. Temannya isolator tuh konduktor. Konduktor = bahan yang menghantarkan panas).
Apabila benda‐benda yang memiliki perbedaan suhu saling bersentuhan dan benda‐benda tersebut berada dalam sistem tertutup, maka ketika mencapai suhu yang sama, energi yang diterima oleh benda yang memiliki suhu yang lebih rendah = energi yang dilepaskan oleh benda yang bersuhu tinggi. Karena energi yang berpindah akibat adanya perbedaan suhu = kalor, maka kita bisa mengatakan bahwa dalam sistem tertutup, kalor yang dilepaskan = kalor yang diterima.
Secara matematis bisa ditulis sebagai berikut :
Qi = Qm
Dimana
Qi : jumlah kalor yang dilepas oleh benda yang bersuhu lebih tinggi.
Qm : jumlah kalor yang dilepas oleh benda yang bersuhu lebih rendah.
Bila kalor yang dilepas atau yang diterima oleh sebuah benda hanya menyebabkan perubahan suhu benda tersebut, maka jumlah kalor tersebut adalah
Q = m C ΔT
Q : kalor yang diserap atau dilepaskan (kal)
m : massa zat (gram)
ΔT : perubahan suhu (oC)
C : kalor jenis zat (kalori/gramoC)
Prinsip dasar ini yang akan digunakan untuk menentukan kapasitas kalor dan kalor jenis calorimeter aluminium.
B. Hipotesis Percobaan
Saat air panas dicampurkan dengan air dingin, maka suhu awal air panas semakin berkurang.
C. Rumusan Masalah
Bagaimanakah hubungan antara massa air dingin dengan suhu campuran?
Apakah Azas Black berlaku pada percobaan ini?
D. Tujuan Percobaan
Untuk mengenathui apa hubungan antara massa air dingin dengan suhu campuran.
Untuk mengetahui apakah Azas Black berlaku pada percobaan ini.
E. Variabel Percobaan
Variabel Kontrol : waktu : waktu dalam percobaan adalah tidak di tentukan karena di sesuaikan dengan keadaan suhu ruangan.
Variabel Bebas : Massa air dingin : Massa air dingin yang digunakan di dalam percobaan adalah bersifat bebas, dikarenakan proses memasukkan nilai massa air dingin dalam percobaan adalah tergantug dari orang yang melakukan praktek tersebut. Jadi nilai besar kecilnya massa yang ingin dilakukan oleh penguji bersifat bebas dan tidak terikat.
Variabel Terikat : Suhu Campuran : Suhu Campuran adalah hasil pengukuran dari massa air dingin yang dimasukkan dalam percobaan. Suhu campuran bersifat terikat karena hasil dari pengukuran bergantung pada massa air dingin yang dimasukkan. Semakin banyak air dingin yang dimasukkan maka semakin menurun pula suhu campuran.
F. Alat dan Bahan
Cairan spirtus
Pembakaran spirtus
Kaki tiga
Gelas ukur
Termometer
Air
G. Prosedur Percobaan
Siapkan alat dan bahan
Masukkan air dingin sebanyak 100 gram ke dalam gelas ukur
Ukur suhu air dingin tersebut
Bakar sumbu pada pembakaran spirtus yang telah diisi oleh cairan spirtus
Letakkan pembakaran spirtus dibawah kaki tiga
Letakkan termometer di dalam gelas ukur
Tunggu sampai suhu air 80o
Masukkan air dingin sebanyak 25 gram lalu ukur suhu campurannya
Lakukan langkah ke-9 secara terus menerus sebanyak 4 kali
H. Tabel
Data Hasil Pengamatan
md (gram)
Tx (Praktek)
Tx (teori)
Persen Pembeda
0,025
72
68,40
5%
0,050
63
60,67
4%
0,075
58
55,14
5%
0,100
53
51,00
4%
J. Analisis Data dan Pembahasan
Percobaan menguji keberlakuan azas black dilakukan untuk membuktikan bahwa apakah hasil dari praktek adalah sama dengan teori yang digunakan. Setelah praktikum dilakukan, di uji juga dengan dasar rumus teori. Yakni
Kalor merupakan bentuk energi yang paling banyak dijumpai. Hampir seluruh aspek kehidupan manusia melibatkan energi kalor. Menurut Campbel (2003) matahari sebagai sumber energi utama di bumi memberikan sumbangsih energi kalor terbesar yang dimanfaatkan manusia secara langsung dan tidak langsung sebagai contoh tumbuhan memanfaatkan cahaya dalam fotosintesis dan manusia memanfaatkan tumbuhan. Selain dari pemanfaatan energi pada makhluk hidup, kehidupan manusia tidak jauh dari pemanfaatan bentuk energi panas seperti pada mesin motor, penguapan oleh matahari dan pemanfaatan energi nuklir untuk menggerakkan uap panas pada turbin PLTN.
Pada proses pemanfaatan energi panas, fluida dalam bentuk zat cair adalah zat yang paling banyak dimanfaatkan. Dahlan (2015) menjelaskan bahwa pemanfaatan fluida digunakan sebagai aspek utama seperti pada penggerak turbin pada pembangkit listrik tenaga nuklir dan pembangkit listrik tenaga panas bumi ataupun sebagai alat bantu pendikit yang menyerap panas berlebih dengan baik. Dalam upaya penggunaan zat cair, tentunya dibutuhkan informasi mengenai karakteristik air serta kaitannya terhadap seluruh aspek yang bersentuhan langsung pada saat proses pemanfaatannya seperti sifat korosif, titik didih, titik beku dan kalor jenis.
Sebuah fluida dalam bentuk zat cair menyerap kalor secara spesifik bergantung dari jenis dan susunan partikelnya. Air sebagai zat yang paling banyak dimanfaatkan dalam bentuk pemanfaatan energi panas memiliki spesifikasi kalor jenis yang spesifik. Giancoli (2005) menuliskan bahwa air sebanyak 1 kg pada suhu 14.5oC membutuhkan 4.180 joule untuk naik ke 15.5oC. berdasarkan informasi tersebut dapat disimpulkan bahwa air memiliki kalor jenis rata-rata sebesar 4.180 J/kgK. Lantas bagaimana cara mengukur besar kalor jenis tersebut? Percobaan ini bertujuan untuk mengukur kalor jenis air dengan cara sederhana.
Persamaan energi kalor yaitu :
Q = m cair ∆T
Keterangan : Q = banyaknya kalor (J) cair = kalor jenis ( J / kg °C) m = massa zat (kg) ∆T = perubahan suhu (°C)
Jika energi panas yang diberikan berasal dari energi listrik maka energi panas dapat disubtitusi dengan persamaan:
Elistrik = V i t
Dengan : V = tegangan listrik (V) i = kuat arus (A) T = lama pemberian energi (t).
B. Hipotesis Percobaan
Semakin lama pemanasan maka semakin tinggi pula kenaikan suhu dari zat cair.
C. Rumusan Masalah
Bagaimanakah hubungan antara suhu air terhadap lama pemanasan air?
Berapakan kalor jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan?
D. Tujuan Percobaan
Untuk mengetahui hubungan antara suhu air terhadap lama pemanasan air.
Untuk mengetahui kalor jenis air.
E. Alat Dan Bahan
Pemanas Air (Kalori meter)
Termometer
Stopwatch
Air
Multimeter
F. Prosedur Percobaan
Siapkan alat dan bahan
Ukurlah kuat arus dan tegangan listrik dari sumber energi listrik yang digunakan. Berhati-hati dalam penggunaan sumber listrik
Ukuran massa air sebanyak 1 liter.
Panaskan air dengan cara menghubungkan rangkaian pada sumber arus. Tunggu beberapa saat sampai suhu air mulai naik
Nyalakan stopwatch bersamaan dengan penentuan suhu awal perhitungan, kemudian catat waktu yang dibutuhkan untuk setiap kenaikan 2 °C.
Catat hasil pengamatan anda dengan pada table pengamatan
G. Tabel Data Hasil Pengamatan
Tabel hubungan anatar lama pemanasan terhadap kenaikan suhu.
∆T(◦C)
T (s)
2
13,1
4
18,6
6
28,6
8
42,9
10
60,0
H. Grafik
Grafik Hubungan Antara Lama Pemanasan terhadap kenaikan suhu
Berdasarkan analisis grafik yang menggunakan software Excel didapatkan kalor jenis dari persamaan maka gradient dari grafik akan mengandung variabel tegangan, kuat arus, massa dan kalor jenis. Jadi :
c = \frac{mvi}{0.4 m_{air}}
Dari persamaan diatas maka didapatkan kalor jenis air sebesar 4250.10 J/KgoC.
I. Analisis Data Dan Pembahasan
Percobaan pengukuran kalor jenis air dengan menggunakan bantuan energi listrik sebagai sumber pemanas dipilih karena tersedianya alat untuk mengukur sumber panas dari energi listrik dibandingkan dengan menggunakan energi lain. Pada percobaan energi panas yang digunakan berasal dari energi listrik dengan tingkat efisiensi alat merubah energi listrik ke energi panas sebesar 40%.
Berdasarkan data hasil percobaan maka digunakan rumus untuk analisis data sebagai berikut:
c = \frac{mvi}{0.4 m_{air}}
Dari rumus yang digunakan maka didapatkan kalor jenis zat cair sebesar 3935.4 J/KgoC. yang didapatkan dari lima kali pengukuruan yakni berturut sebesar 4716.0 J/KgoC, 3348.0 J/KgoC, 3432.0 J/KgoC, 3861.0 J/KgoC dan 3420.0 J/KgoC.
Data dari lima percobaan menunjukkan perbedaan yang cukup signifikan dengan nilai kalor jenis secara teoritis yakni sebesar 0.69 % dari angka 4180 J/KgoC. Perbedaan ini kemungkinan muncul dari kurang presisinya alat dalam mengukur seperti termometer dan pengukuran sumber tegangan yang diukur dengan menggunakan angka pendekatan.Namun dari percobaan sangat jelas terlihat bahwa hipotesis percobaan dapat diterima.
J. Kesimpulan
Terdapat hubungan yang berbanding lurus antara suhu air terhadap lama pemanasan air.
Kalor jenis zat cair yang digunakan dalam percobaan berdasarkan hasil percobaan adalah 3935.4 J/KgoC
Daftar Pustaka
Campbell. J,W. 2003. Biologi Edisi 5. Jilid 1. Erlangga: Jakarta.
Dahlan, A (2015). Eureka Pendidikan. Diakses melalui www.eurekapendidikan.com pada tanggal 3 Januari 2016.
Ahmad Dahlan. Latar belakang adalah bagian pendahuluan dari sebuah percobaan yang akan dilaksanakan. Latar belakang berisi landasan mengapa sebuah penelitian dilaksanakan. Landasan berisis sesuatu yang berkaitan dengan urgensitas atau tujuan percobaan dan bagaimana cara menguji solusi yang diberikan secara sederhana.
Pada latar belakang dijelaskan mengenai variabel percobaan. Variabel disusun secara ekspilisit dan dijabarkan secara jelas. Seluruh bavariable dalam penelitian dimasukkan dan dijelaskan dengan menggunakan pendapat ahli atau hasil percobaan yang dilakukan oleh orang lain. Dalam latar belakang bisa berasal dari sebuah buku, jurnal, situs online, surat kabar dan juga pendapat ahli yang disampaikan secara resmi dalam sebah forum ilmiah.
Sebuah variabel percobaan sebaiknya tidak di dukung oleh satu orang ahli saja. Hal ini bertujuan untuk menghindari subjektifitas dari pendapat yang digunakan. Gabungan dari dua atau lebih pendapat akan mengurangi subjektifitas dari pendapat yang digunakan.
Jika latar belakang menggunakan gambar, Gambar diletakkan dengan aturan rata tengah dan ukuran 4 cm x 4 cm. Gambar diberi keterangan sesuai dengan tujuan penggunaan gambar dan ditulis sumber gambar berasal. Gambar tidak boleh berisi konten yang tidak wajar seperti pornografi, sara dan bertentangan denga kemanusiaan serta dapat menimbulkan keresahan masyarakat.
Setiap sumber yang digunakan dalam latar belakang ditulis dengan jelas nama dan tahun tulisan diterbitkan. Format penulisan yang digunakan dalam laporan percobaan ini mengikuti format penulisan APA. Sumber ditulis lengkap pada bagian daftar pustaka dan tidak diperkenankan menggunakan catatan kaki.
Format Penulisan Laporan
Format penulisan laporan dilakukan dalam menggunakan kertas ukuran A4 dengan margin 4 cm pada bagian atas dan sisi kiri dan 3 cm untuk bagian sisi kana dan bagian bawah laporan. Lapora diketik dengan menggunakan font: (1) Times New Roman atau (2) Calibri . Spasi yang digunakan adalah 1.5 dan diberi nomor halaman pada pojok kanan bawah.
B. Hipotesis Penelitian
Hipotesis adalah dugaan yang berlaku sebagai jawaban sementara dari percobaan. Hipotesis dalam percobaan eksperimen menghubungkan antara variabel terikat dan variabel bebas
C. Rumusan Masalah
Rumusan masalah berkaitan dengan variabel percobaan. Pada rumusan masalah disusun dalam bentuk kalimat tanya yang berkaitan dengan variabel. Adapun susunan dari rumusan masalah adalah
Apakah yang dimaksud dengan variabel bebas?
Apakah yang dimaksud dengan variabel terikat?
Bagaimanakah hubungan antara variabel terikat terhadap variabel bebas?
D. Identifikasi Variabel Percobaan
Variebel percobaan adalah besaran fisika yang ingin diketahui perannya dalam sebuah percobaan. Pada identifikasi variabel percobaan, variabel tidak hanya dikategorikan dalam tiga bentuk yakni variabel kontrol, variabel bebas dan variabel terikat namun juga dituliskan penjelasan lengkap mengenai variabel pada percobaan yang dilakukan. Variebl percobaan disusun dalam bentuk poin-poin.
E. Alat Dan Bahan
Alat dan bahan berisi seluruh alat dan bahan yang digunakan dalam percobaan.
Spesifikasi dari alat dan bahan yang digunakan ditulis lengkap baik satuan fisis maupun jumlahnya.
F. Prosedur Percobaan
Prosedur percobaan berisi petunjuk dan langkah-langkah percobaan yang disusun secara runut
Percobaan dengan menggunakan prinsip pengukuran fisika sebaiknya dilakuakn pengambilan data berganda
Berhati-hati dengan percobaan yang berpotensi menghasilkan bahaya seperti bahaya zat kimia dan listrik. Mintalah petunjuk dari guru dan bacalah prosedur keselamatan kerja lab sebelum menggunakan laboratorium.
G. Tabel Pengamatan
Tabel pengematan diberi nomor table dan berisi segala informasi mengenai percobaan. Variabel bebas dan variabel terikat dituliskan dalam bentuk table dan variabel control ditulisakna sebagai catatan. Tabel berisis nama besaran fisika disertai dengan satuan.
H. Grafik.
Grafik percobaan yang digunakan disusun dengan menggunakan bantuan software Excel. Grafik ini menunjukkan hubungan anatar variabel terikat terhadap variabel bebas. Grafik yang digunakan juga dianalisis dengan menggunaan persamaan garis linier pada percobaan yang menghasilkan data linier dan juga derajat kepercayaan percobaan.
I. Analisis Data
Analisis data dilakukan dengan mepertimbangan dua hal yakni benar secara statistik dan juga benar menurut konsep fisika. Dala percobaan fisika, analisis data harus dilengkapi dengan kesalahan relatife perhitungan karena keterbtasan alat ukur atau dari pesebaran data yang diambil.
J. Pembahasan
Pembahasan dilakukan untuk mejawab semua rumusan masalah yang telah disusn diawal percobaan. Jawaban tidak hanya berasal dari teori tetapi juga didukung oleh data hasil percobaan yang telah dilakukan di dalam laboratorium. Dalam pengambilan data tentu saja terjadi kesalahan pengukuran karena keterbatasan alat ukur sehingga hasil yang didapatkan terkadang tida sesuai dengan teori. Kesalahan ini juga dijelaskan dalam pembahasan sehingga tidak membuat kerancauan antara data teori dan data empirik.
K. Kesimpulan
Kesimpulan berisi jawaban dari rumusan masalah. Berdasarkan rumusan masalah maka kesmpulan dibuat dalam bentuk poin-poin.
Sebuah termometer adalah sebuah alat sederhana yang digunakan untuk mengukur suatu zat. Cara mengukur suhu suatru zat dengan cara mencelupkan bagian dari tabung yang berisi dengan cairan pada daerah panas yang berbentuk fluida. Suhu panas yang mengenai tabung akan membuat cairan pada dasar pipa kapiler memuai. Prinsip dari pemuaian ini selanjutnya dijadikan sebagai indikator dari pertambahan suhu.
Dalam mengukur suatu besaran termasuk suhu, dibutuhkan satuan internasional yang disepakati dan digunakan di seluruh dunia. Pada besaran suhu satuan Internasional yang digunakan adalah Kelvin dan Rankine, kedua suhu ini dikembangkan dari satuan Celcius dan juga Fahrenheit, namun masih ada satu sataun dari suhu yang saat ini mulai ditinggalkan yakni Reamur.
Sebuah termometer sederhana dibuat dengan cara mengukur suhu antara suhu air mencair sampai dengan suhu air menguap. Kedua titik tersebut dijadikan sebagai titik acuan dalam beberapa thermometer seperti thermometer celcius, reamur, dan Fahrenheit. Pada proses pembuatan skala pada thermometer celcius, sebuah batas bawah dari termometer diambil titik 0°C pada saat es melebur dan batas diambil 100°C pada saat air mendidih. Suhu ini selanjutnya dijadikan sebagai satuan internasional untuk besaran suhu. Reamur menyusun sebuah skala termometer yang dikenal dengan skala reamur.
Serupa dengan termometer celcius, Reamur mengambil titik es mencair sebagai 0°R namun titik pada saat air mendidih diambil angka 80°R. Skala reamur banyak digunakan dieropa terutama perancis dan jerman, tapi kemudian digantikan dengan skala celcius. Fahrenheit memiliki pandangan yang berbeda mengenai suhu dimana es mencair dan air mendidih. Suhu pada saat es mencair diambil titik 32°F dan suhu air mendidih diambil titik 212°F. Skala ini kemudian digunakan secara luas untuk satuan british.
C. Rumusan Masalah
Bagaimanakah prinsip kerja dari sebuah termometer sederhana?
Bagaimanakah cara membuat skala pada termometer sederhana?
Bagaimanakah pengaruh suhu terhadap pertambahan panjang zat cair di dalam tabung?
D. Tujuan Percobaan
Untuk mengetahui prinsip kerja dari sebuah teromometer sederhana
Untuk mengetahui cara membuat skala pada termometer sederhana
Untuk mengetahui pengaruh suhu terhadap pertambahan panjang zat cair di dalam tabung
E. Variabel Percobaan
Variabel Kontrol :
Satuan Pertambahan Panjang : Satuan pertambahan panjang adalah besar kenaikan panjang tabung terhadap perubahan suhu, Besaran di jaga kosntan dengan cara membuat pipa kapiler sangat kecil
Variabel Bebas :
Suhu : Suhu dalam percobaan adalah suhu air yang diubah dengan dengan cara memanaskan air dengan menggunakan Bunshen Burner
Variabel Terikat :
Panjang Alkohol : Panjang Alkohol adalah pertambahan panjang panjang alkohol pada pipa kapiler di dalam alkohol.
F. Alat dan Bahan
Air Murni
Es Batu
Kaki Tiga
Bunshen
Termometer tanpa Skala
Keroke Api
Penggaris
Gelas Kimia atau wadah tahan panas yang setara
G. Prosedur Percobaan
Menyiapkan sebuah wadah yang berisi air dan es dengan jumlah seimbang kemudian diletakkan diatas kaki tiga.
Mengukur suhu es mencair sebagai batas bawah dari termometer yakni setara dengan 0°C
Mengaatai pertambahan panjang dari batas bawah sampai dengan batas atas yakni suhu air mendidih pada suhu 100°C
Mencatat hasil yang sudah diamati pada tabel pengamatan
H. Tabel data hasil pengamatan
Tabel Hubungan antara suhu terhadap panjang cairan
No
Suhu
Panjang
1
0°C
13 mm
2
100°C
23 mm
I. Grafik Percobaan
Berdasarkan grafik diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa gradien dari grafik menunjukkan jarak antara skala yakni 0.01 mm/°C atau setara dengan 0.1 cm/°C. Dair grafik juga didapatkan derajat kepercayaan yakni sebesar 100 persen. Hal ini didapatkan dari data yang dianalisis hanya terdiri dari dua data sehingga sebaran simpangan data tidak dapat di hitung.
J. Analisis Data
x = \frac{T_{didih}-T_{lebur}}{Batas\ atas - Batas \ bawah}
X = Satuan Suhu per satuan Panjang ( °C/cm). Berdasarkan persamaan di atas maka didaptkan nila X = 0.1 cm/°C. Hasil analisis data ini sesuai dengan hasil analais Grafik. dengan tingkat kepercayaan sebesar 100%.
Kesalahan Relatif didapatkan dengan menggunakan KR = 1- R, sehingga didapatkan kesalahan relatif 0. Hal ini disebabkan karena kurang data percobaan sehingga sebaran variansi data tidak dapat ditunjukkan secara statistik.
K. Pembahasan
Sebuah termometer bekerja berdasarkan prinsip pemuaian dari sebuah zat cair. Sebuah zat cair yang dimasukkan ke dalam pipa kapiler akan mengalami pemuaian, jika pipa kapiler dibuat sangat kecil, sehingga pemuaian 3 dimensi dari cairan dapat diasumsikan sebagai pemuaian panjang saja, maka prinsip dapat digunakan untuk menunjukkan perubahan suhu pada saat cairan mendapatkan panas dari lingkungan. Peuaian dalam termometer kemudian diatur sedemikian rupa agar setiap perubahan suhu dapat ditunjukkan secara linier sebagaimana aturan pembuatan instrumen yang baku.
Proses pembuatan skala pada termometer sederhana dapat dilakukan dengan menggunakan bantuan zat cair seperti air. Karakter air yang memiliki titik lebur dan titik beku sebagai acuan yang digunakan oleh penemu termometer menjadi acuan sebagai batas atas dan batas bawah dari sebuah termometer, baik itu Reamur, Celcius dan Fahrenheit. Titik dimana air mendidih akan menjadi batas dari sebuah termometer dan batas bawah akan ditentukan pada saat es melebur.
Berdasarkan hasil percobaan yang dilakukan dengan menggunakan sebuah termometer tanpa skala, didapatkan data bahwa suhu air yang sedang dipanaskan dengan menggunakan bunshen akan membuat cairan alkohol pada kolong pipa kapiler naik. Perubahan ini dibuat linier sehingga setiap perubahan panjang dapat menunjukkan perubahan suhu. Dari hasil analisis data percobaan didapatkan perubahan yang bersifat linier, yakni sebesar 0.1 cm/°C. Hal berati setiap kenaikan 1 cm pada tabung kapiler menunjukkan perubahan suhu sebesar 1 celcius derajat.
L. Kesimpulan
Berdasarkan analsis data dan pembahasan maka dapat ditarik kesimpulan.
Termometer batang bekerja dengan cara memanfaatkan prinsip pemuaian zat cair.
Proses pembuatan skala pada termometer dilakukan dengan menggunakan bantuan karakter dari zat cair.
Terdapat hubungan positif dan linier antara suhu terhadap pemuaian zat cair di dalam pipa kapiler pada termometer
M. Saran
Sebaiknya melakukan pengukuran dengan cara mengukur lebih banyak titik pada saat air dipanskan tidak hanya batas atas dan batas bawah.
Berhati-hati dalam penentuan batas bawah dan batas atas karena menggunakan konsep fisika dari asas Black dan kalor laten.
