Berikut adalah soal-soal tentang pendalaman materi besaran dan satuan. Isilah nama dan kelas Anda, selanjutnya silakan kerjakan soal dengan penuh rasa tanggung jawab dan kejujuran. Setelah selesai klik SUBMIT.
Besaran adalah segala
sesuatu yang dapat diukur yang memiliki nilai dan satuan.Misalnya
panjang, waktu, kecepatan, massa, dan lain-lain.
Satuan adalah sesuatu
atau ukuran yang digunakan untuk menyatakan suatu besaran.
1.Besaran Pokok
Besaran pokokadalah besaran-besaran
yang satuannya telah ditetapkan (dibakukan) terlebih dahulu dan tidak diturunkan dari besaran lain, untuk digunakan sebagai dasar (patokan) dalam menentukan satuan-satuan pada besaran lainnya.
Yang termasuk besaran pokok
terdapat dalam tabel di bawah ini.
2.Besaran Turunan
Besaran turunan adalah
besaran yang diturunkan dari satu atau lebih besaran pokok.
Beberapa contoh yang
termasuk ke dalam besaran turunan adalah sebagai berikut.
Didalam
penggunaan satuan, kita sering menemui nama
awalan satuan
seperti
kilo => kilometer =
10³
meter, tera => tera byte = 10¹²byte dan seterusnya.
Awalan untuk satuan-satuan SI terdapat
dalam tabel di bawah ini:
B.Pengukuran
Pengukuran adalah kegiatan mengukur suatu benda dengan
menggunakan alat ukur. Sedangkan mengukur adalah membandingkan besaran yang
diukur dengan besaran sejenis yang ditetapkan sebagai satuan.
1.Alat Ukur
Terdapat banyak sekali jenis dan ragam alat ukur untuk setiap besaran. Misalnya
alat ukur besaran panjang terdiri dari meteran kayu, mistar, jangka sorong,
mikrometer sekrup, dll.
alat ukur yang akan dipaparkan di bawah ini adalah jangka sorong,
mikrometer sekrup, dan multitester.
a.Cara penggunaan
dan pembacaan hasil ukur jangka sorong
Bagian-bagian Jangka
Sorong
FungsiJangka Sorong
1.Jangka sorong berfungsi mengukur panjang suatu benda dengan ketelitian
sampai 0,1 mm. (rahang tetap dan rahang geser bawah)
2.Rahang tetap dan rahang geser atas bisa digunakan untuk mengukur diameter
benda yang cukup kecil seperti cincin, pipa, dll.
3.Tangkai ukur di bagian bawah berfungsi untuk mengukur kedalaman seperti
kedalaman tabung, lubang kecil, atau perbedaan tinggi yang kecil.
Cara Menggunakan
Jangka Sorong
Berikut ini cara
menggunakan jangka sorong dalam beberapa langkah:
1.Kendurkan baut pengunci dan geser rahang geser.
2.Tutup rahang hingga mengapit benda yang diukur.
3.Kencangkan baut pengunci
hingga rahang geser tidak bergeser.
4.Baca skala hasil ukur.
CaraMembaca Jangka Sorong
1.Lihat skala utama, lihat nilai yang terukur yang lurus atau berada di sebelah kiri angka nol di skala nonius.
2.Lihat skala nonius, carilah angka pada skala nonius yang berhimpit dengan
garis di skala utama.
3.Jumlahkan hasil pembacaan dari skala utama dan skala
nonius. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat video cara menggunakan jangka sorong di bawah ini:
b.Cara penggunaan dan pembacaan hasil ukur micrometer sekrup
Mikrometersekrup adalah salah satu alat ukur
yang biasa digunakan untuk mengukur panjang, ketebalan serta diameter luar pada
suatu benda. Tingkat ketelitian pengukuran mikrometer sekrup mencapai 0,01mm. Alat ini memiliki bentuk yang
terdiri atas rahang utama untuk skala utama dan juga rahang putar untuk
selubung pengukur (skala nonius).
Cara
Menggunakan Mikrometer Sekrup
Berikut ini cara
menggunakan micrometer sekrup dalam beberapa langkah:
1.Buka
pengunci mikrometer sekrup sehingga selubung dapat bergerak.
2.Letakkanlah
benda yang ingin diukur diantara rahangnya.
3.Putarlah
gigi geser secara perlahan pada selubung pemutar hingga terdengar suara “klik”.
4.Ketika
sudah terdengar suara “klik” hentikan putaran, kemudian kunci kembali
mikrometer sekrup, hal ini dilakukan agar skala tidak berubah.
CaraMembaca Mikrometer Sekrup
1.Baca
atau lihatlah skala utama apakah telah menunjukkan satuan atau tengahan satuan.
2.Baca
atau lihat juga skala nonius yang tepat segaris dengan skala utama.
3.Jumlahkan
skala utama dengan skala nonius. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat video cara menggunakan jangka sorong di bawah ini:
2.Prinsip-Prinsip Pengukuran
Dalam pengukuran
dikenal dua prinsip pengukuran yaitu:
a.Ketelitian (akurasi) yaitu kesesuaian antara hasil
pengukuran dengan nilai sebenarnya. Ketelitian dapat juga diartikan sebagai
seberapa dekat hasil suatu pengukuran dengan nilai yang sesungguhnya. Perbedaan antara
nilai sebenarnya dengan nilai hasil pengukuran disebut kesalahan sistematis.
Semakin kecil kesalahan sistematis maka pengukuran dikatakan semakin teliti.
Sumber-sumber kesalahan
sistematis:
1.Kesalahan kalibrasi
disebut juga kesalahan matematis, yaitu pemberian skala alat ukur yang tidak
tepat. Hal ini dapat diantisipasi dengan cara melakukan kalibrasi ulang
terhadap alat ukur.
2.Kesalahan titik nol
(zero error) terjadi jika alat ukur
saat sebelum atau setelah digunakan tidak menunjukkan titik nol.
3.Kesalahan mutlak
alat ukur. Setiap alat ukur memiliki kepekaan tertentu, yaitu kemampuan alat
ukur menunjukkan suatu perbedaan yang relatif kecil dengan nilai sebenarnya
yang diukur.
4.Kesalahan paralaks
adalah kesalahan pembacaan oleh pengukur akibat posisi pengamatan yang tidak
tepat.
5.Kesalahan kosinus
dan sinus yaitu kesalahan karena garis pengukuran membentuk sudut tertentu
(tidak berhimpit atau sejajar) dengan garis yang diukur.
6.Kesalahan dari
benda yang diukur karena mengalami perubahan bentuk (deformasi)sewaktu diukur.
7.Kesalahan karena
ada gesekan pada bagian alat ukur ketika dipakai, yang lama-kelamaan
menimbulkan aus, sehingga mempengaruhi hasil pengukuran.
8.Kesalahan fatigue
pada pegas, yaitu pegas yang mengalami pelembekkan karena kelelahan dan usia.
Pengukuran dengan kesalahan sistematis akan menghasilkan nilai yang
menyimpang ke arah nilai tertentu.
b.Ketepatan (presisi) yaitu kemampuan proses pengukuran
untuk menunjukkan hasil yang sama dari pengukuran yang dilakukan
berulang-ulang dan identik (sama).
Ketelitian (presisi) dalam
pengukuran dapat dikaitkan dengan:
-Perlakuan dalam
proses pengukuran, antara lain meliputi kualitas alat ukur, ketelitian orang
yang mengukur, dan kestabilan tempat dimana pengukuran dilakukan.
-Jumlah angka
desimal yang dicantumkan dalam hasil pengukuran, makin banyak angka desimal
dalam suatu hasil pengukuran, makin presisi pengukuran tersebut.
Hasil pengukuran selalu
terpencar di sekitar nilai rata-ratanya. Semakin dekat nilai hasil pengukuran
dengan nilai rata-ratanya, maka dikatakan hasil pengukuran mempunyai ketepatan
yang tinggi. Penyimpangan berupa nilai hasil pengukuran yang terpencar acak tak
beraturan jauh dari nilai rata-ratanya disebut kesalahan acak (random error).
Sumber-sumber kesalahan acak:
1.Gerak brown molekul,
jarum alat ukur yang halus dapat terganggu penunjukannya oleh adanya gerak acak
(gerak brown) dari molekul udara.
2.Fluktuasi tegangan
listrik, tegangan sering mengalami fluktuasi,
yaitu perubahan kecil yang tidak teratur dan berlalu sangat cepat, sehingga
pengukuran menjadi tidak tepat.
3.Alas benda yang
diukur bergetar, alat ukur yang peka dapat terganggu oleh bergetarnya alas
(meja) tempat menyimpan benda yang diukur.
4.Nois yaitu fluktuasi yang
cepat pada penunjukan alat ukur yang disebabkan komponen-komponen alat ukur
naik suhunya. Hal ini sering terjadi pada alat elektronik.
5.Radiasi latar
belakang, alat pencacah radioaktif sering terganggu oleh adanya radiasi kosmik
(radiasi yang datang dari angkasa luar).
Kesalahan acak berasal dari
gejala-gejala yang tidak dapat kita cegah sepenuhnya karena pengaturan dan
pengontrolannya di luar kemampuan kita. Pengukuran dengan kesalahan acak akan
menghasilkan nilai yang terpencar acak jauh dari nilai rata-ratanya.
Jarum
kompas merupakan salah satu contoh magnet. Jarum utara kompas selalu menunjuk
ke arah kutub utara bumi dan jarum selatan kompas selalu menunjuk ke arah kutub
selatan bumi. Sebenarnya, jarum kompas menunjuk ke arah tertentu karena
tertarik oleh medan magnet yang berlawanan dengan jarum kompas. Sehingga, jarum
utara kompas menunjuk arah utara karena tertarik oleh kutub selatan magnet bumi
dan jarum selatan kompas menunjuk arah selatan karena tertarik oleh kutub utara
magnet bumi. Jadi, secara kemagnetan kutub utara bumi adalah kutub selatan
magnet bumi, dan kutub selatan bumi adalah kutub utara magnet bumi.
Magnet pertama kali ditemukan di daerah
Magnesia yang terletak di Asia kecil pada abad ke 19. Orang mengenal magnet
sebagai batu-batuan yang saling tarik-menarik atau dapat menarik benda-benda
yang mengandung besi. Sampai sekarang, benda yang memiliki sifat seperti batu
tersebut dinamakan magnet sesuai dengan nama daerah tempat pertama kali
ditemukannya.
1.Magnet dan medan magnet
Sebuah
magnet apapun bentuknya dan seberapapun kecil ukurannya pasti memiliki 2 kutub
yang berlawanan, yaitu kutub utara dan kutub selatan. Daerah di sekitar magnet
yang masih mengalami gayatarik magnet dinamakan medan magnet. Di
bawah ini digambarkan garis-garis medan magnet dari beberapa magnet batang.
2.Medan magnet dari penghantar (kawat) berarus listrik
Medan
magnet selain timbul di sekitar magnet, juga bisa timbul di sekitar penghantar
(kawat) berarus listrik. Hal ini pertama kali ditemukan oleh Hans Cristian
Oersted. Di bawah ini digambarkan hasilpercobaan Oersted.
B.INDUKSI MAGNETIK (ELEKTROMAGNET)
Medan
magnet yang timbul dari adanya arus listrik dinamakan induksi magnetik (elektromagnet). Hubungan antara medan magnet dengan arus listrik yang
menimbulkannya dikenal dengan hukum Biot Savart. Besar induksi magnetik menurut
hukum Biot Savart untuk berbagai bentuk kawat bisa dicari dengan menggunakan
persamaan seperti di bawah ini:
1.Induksi magnetik (elektromagnet) di sekitar kawat lurus dengan panjang
tak berhingga.
Persamaan untuk menghitung induksi magnetik dari kawat lurus berarus listrik adalah:
Keterangan:
B= Induksi magnetik (tesla atau Wb/m2)
I= Kuat arus listrik (A)
r =Jarak dari titik yang ditanyakan dengan
kawat (m)
µ0=
Permiabilitas magnet ruang hampa = 12,57.10-7 Arah induksi magnetik pada kawat lurus
ditunjukkan dengan aturan tangan ke 1, seperti terlihat pada gambar di atas. Ibu jari menunjukkan arah arus listrik. Keempat jari lainnya menunjukkan
arah induksi magnetik.
2.Induksi magnetik (elektromagnet) pada pusat
lingkaran kawat.
Jika kawat terdiri dari N lilitan,makapersamaannya
menjadi:
Keterangan:
r = Jari-jari lingkaran kawat (m)
N = Jumlah lilitan kawat
Arah induksi magnetik pada kawat melingkar
ditunjukkan dengan aturan tangan ke 1, seperti terlihat pada gambar di atas.
3.Induksi magnetik (elektromagnet) pada solenoida
Solenoida
adalah lilitan atau kumparan kawat yang rapat.
Ø Induksi magnetik pada ujung solenoida
Ø Induksi magnetik pada tengah-tengah
solenoida
Keterangan:
N = Jumlah lilitan kawat
l= Panjang solenoida (m)
Dari gambar di atas dapat dilihat arah
induksi magnetik pada solenoida. Arah induksi magnetik pada solenoida dapat dicari dengan cara menggenggam kumparan (solenoida) dengan tangan
kanan sedemikian sehingga arah putaran keempat jari sesuai dengan arah arus listrik. Arah ibu jari menunjukkan
ujung kumparan yang merupakan kutubutara. Untuk lebih memperjelas proses induksi magnetik pada solenoida, lihatlah video di bawah ini:
Video: Induksi magnetik (elektromagnet) pada solenoida
4.Induksi magnetik (elektromagnet) pada toroida
Toroida adalah soenoida yang dilengkungkan.
Keterangan:
N=
Jumlah lilitan kawat
r=
Jari-jari toroida (m)
C.Gaya magnetik atau gaya lorentz
Gaya
magnetik atau dikenal dengan gaya lorentz adalah gaya yang timbul sebagai
akibat adanya interaksi antara induksi magnet (medan magnet) dengan arus
listrik. Dengan adanya gaya lorentz, sebuah kawat berarus listrik jika berada
dalam medan magnet maka kawat tersebut akan melengkung karena mengalami tarikan
atau dorongan gaya lorentz. Hal ini terjadi juga pada muatan listrik yang
bergerak, sebuah muatan listrik yang bergerak lurus dalam medan magnet, lintasan
gerakannya akan berubah karena pengaruh tarikan atau dorongan gaya lorentz.
1.Gaya lorentz pada kawat berarus listrik yang berada dalam medan magnet
Keterangan:
F = Gaya Lorentz (N)
B = Induksi magnet
(T)
I = Arus listrik (A)
l = Panjang kawat (m)
θ = Sudut antara I dan B
2.Gaya lorentz pada partikel bermuatan listrik yang bergerak dalam medan
magnet
Keterangan:
q = Besar muatan listrik (C)
v = Kecepatan muatan listrik (m/s)
θ = Sudut antara v dan B
Contoh partikel
bermuatan listrik (ion-ion) yang bergerak dalam medan magnet adalah pada
fenomena aurora borealis (sinar utara) di kutub utara bumi. Ion-ion yang
mendekati bumi (angin surya) tertarik oleh medan magnet bumi. Ion-ion bergerak
melingkar disekitar medan magnet bumi. Konsentrasi ion yang tinggi mengionisasi
udara dan menggabungkan kembali electron dengan atom dan memancarkan cahaya
yang sangat indah. Subhanallah…
3.Gaya lorentz antara dua kawat yang berarus listrik
Keterangan:
I1 = Kuat arus listrik pada kawat 1 (A)
I2 = Kuat arus listrik pada kawat 2 (A)
l =
Panjang kawat (m)
r =
jarak antar kawat (m)
catatan: Jika I1
dan I2 searah, maka kawat akan tarik-menarik.
Jika
I1 dan I2 berlawanan arah, maka kawat akan tolak-menolak.
Aplikasi
dari konsep induksi magnet (electromagnet) dan gaya Lorentz terdapat pada alat ukur listrik (amperemeter, voltmeter,
dan ohmmeter), pengeras suara, motor listrik (elektromotor) DC, dan motor
listrik (elektromotor) AC. Prinsip kerja peralatan tersebut adalah
menginteraksikan arus listrik dan medan magnet sehingga timbul gaya (gerak),
dengan kata lain alat tersebut mengubah energy listrik menjadi energy mekanik
(gerak).
D.Ggl induksi (induksi
elektromagnetik)
Jika disekitar arus listrik dapat menghasilkan medan
magnet (electromagnet) telah ditemukan oleh Oersted, maka Faraday berpikir
kebalikannya yaitu perubahan medan magnet dapat menghasilkan arus listrik
(induksi elektromagnetik). Faraday melakukan
percobaan untuk membuktikan bahwa perubahan medan magnet dapat menghasilkan arus listrik.
1.Percobaan
Faraday(magnet bergerak dalam kumparan)
Sebuah magnet
digerakkan masuk-keluar ke dalam kumparan. Kumparan tersebut dihubungkan dengan galvanometer. Maka,
dalam galvanometer terlihat ada gerakan yang menandakan adanya arus listrik. Dapat
juga dibalik, yaitu dengan menggerakkan kumparan mendekati-menjauhi magnet, dan
hasil yang diperoleh akan sama. Sehingga, faraday menyimpulkan
perubahan fluks magnet dalam konduktor tertutup (kumparan) dapat menimbulkan
arus listrik. Pernyataan ini dikenal dengan hukum Faraday. Listrik
yang dihasilkan dari perubahan fluks magnet dinamakan listrik ggl.
Besar tegangan atau ggl induksi yang timbul bisa diperoleh dari persamaan:
Dengan
Keterangan:
ε = ggl
induksi (volt)
Ф = Fluks
magnetik (weber)
t =
Waktu (sekon)
B =
Induksi magnetik (tesla)
A = Luas
daerah yang dilingkupi (meter2)
N =
Jumlah lilitan kawat dalam kumparan
Hal-hal yang mempengaruhi secara langsung terhadap nilai
ggl induksi adalah:
a.Perubahan fluks
magnetik,
semakin cepat perubahan fluks magnetik, maka ggl induksi yang dihasilkan
semakin besar. Kecepatan perubahan fluks magnetik diperoleh dengan cara
mempercepat gerak magnet dalam kumparan atau gerak kumparan menuju magnet.
b.Kekuatan magnet,
magnet yang kuat akan menghasilkan nilai ggl induksi yang besar dibandingkan
dengan magnet yang lemah.
c.Jumlah lilitan pada
kumparan, kumparan dengan lilitan yang banyak akan menghasilkan nilai ggl
induksi yang besar dibandingkan dengan kumparan dengan jumlah lilitan yang
sedikit.
Untuk lebih memperjelas proses terjadinya ggl induksi dan kemanakah arah arus listrik yang dihasilkan pada solenoida, lihatlah video di bawah ini:
Video: simulasi ggl induksi pada solenoida
Tanda negatif menandakan bahwa arus ggl induksi yang dihasilkan selalu
meembangkitkan medan magnet yang arahnya berlawanan dengan arah fluks magnet
yang menimbulkannya, hal ini dikemukakan oleh Lenz dan dikenal dengan hukum
Lenz.
2.Konduktor bergerak dalam
medan
magnet
Selain dengan cara di atas seperti pada percobaan
Faraday, ggl induksi (induksi
elektromagnetik) juga dapat
diperoleh dengan cara menggerakkan
konduktor dalam medan magnet. Konduktor dengan panjang l yang bergerak dengan kecepatan v dalam medan magnet B akan
menimbulkan ggl ε sebesar:
Keterangan:
l=
Panjang kawat (meter)
v = kecepatan konduktor (meter/sekon)
Pada
kenyataannya, konduktor yang digunakan berupa kumparan yang bergerak dengan
cara berputar. Untuk kondisi konduktor yang berputar dalam medan magnet, ggl
yang dihasilkan dapat dihitung dengan persamaan:
Keterangan:
N = jumlah lilitan
kumparan
l=
panjang kumparan (m)
A= luas
kumparan (m2)
Aplikasi dari konsep ggl induksi (induksi elektromagnetik) terdapat pada pemanas listrik (tungku induksi), rem magnetik, transformator
(trafo), dan generator dc atau generator ac (alternator), loudspeaker,
mikrofon, dan seismograf. Prinsip kerja generator adalah mengubah fluks magnet
dengan menggerakkan kumparan dalam medan magnet sehingga menghasilkan arus
listrik, dengan kata lain generator mengubah energy mekanik (gerak) menjadi
energy listrik.
