Besaran dan Satuan

Besaran

Fisika adalah ilmu yang mempelajari benda-benda serta  fenomena  dan keadaan yang terkait dengan benda-benda tersebut.

Untuk menggambarkan fenomena yang terjadi atau dialami oleh suatu benda, maka didefinisikanlah berbagai besaran fisika.  Hukum-hukum Fisika menyatakan hubungan antara besaran-besaran fisik, seperti panjang, massa, waktu, energy, gaya, suhu, dan lain sebagainya. Semua besaran fisika harus dapat diukur, atau dinyatakan  dalam angka-angka.  Oleh karena itu, pengukuran merupakan hal  yang penting dalam fisika.

Dalam melakukan pengukuran besaran fisik,  nilai-nilai besaran fisik tersebut harus  dinyatakan dalam  nilai satuan yang telah didefinisikan secara tepat dan digunakan sebagai standar yang menjadi alat ukur.  Sebagai contoh, untuk mengukur jarak antara dua titik,  misalnya titik A dan B, kita membandingkan jarak itu dengan satuan jarak standar misalnya meter.  Jarak disini merupakan salah satu besaran fisik dan meter merupakan satuan yang menjadi alat ukur dari jarak tersebut. Hasil pengukuran suatu jarak tertentu, misalnya 5  meter, berarti bahwa jarak itu 5 kali panjang meter satuan.

Antara besaran fisika yang satu dengan besaran fisika yang lain mungkin terdapat hubungan. Hubungan-hubungan antara besaran –besaran fisika tersebut dapat dinyatakan sebagai persamaan-persamaan fisika.  Karena besaran-besaran fisika tersebut mungkin saling terkait, maka tentu ada sejumlah besaran yang mendasari besaran fisika yang ada. Oleh karena itu, besaran fisika dapat dibagi menjadi 2 kategori, yaitu besaran pokok dan besaran turunan.

1. Besaran Pokok

Besaran pokok adalah besaran-besaran dasar yang digunakan untuk membentuk besaran-besaran fisika yang lain. Berikut tujuh besaran pokok beserta satuannya :

2. Besaran Turunan

Besaran turunan adalah besaran fisika yang diperoleh dari kombinasi antara beberapa besaran pokok. Sebagai contoh, kelajuan dinyatakan dalam satuan panjang dan satuan waktu, misalnya meter per sekon atau km per jam. beberapa contoh besaran turunan diberikan pada tabel berikut :

Satuan

Sebagaimana telah dijelaskan bahwa pengukuran adalah membandingkan sebuah besaran fisika dengan suatu standar yang menjadi alat ukur yang disebut satuan. Dengan kata lain, dalam mengukur kita membutuhkan suatu standar acuan  sebagai pembanding besar sesuatu yang akan diukur.   Walaupun kita dapat sekehendak hati kita menentukan standar ukur yang ingin kita pakai, namun hasil pengukuran tersebut tidak akan ada artinya jika tidak sama di seluruh dunia.  Oleh karena itu, perlu di adakan suatu standar internasional  sehingga hasil pengukuran tersebut  dapat digunakan oleh siapapun dan dimanapun, dan selalu menghasilkan hasil pengukuran yang sama.  Selain itu, standar tersebut haruslah praktis dan mudah diproduksi ulang di manapun di seluruh dunia.

Untuk itu, pada tahun 1960, sebuah komite internasional dibentuk untuk menetapkan standar dari panjang, massa, waktu dan  satuan dasar lainnya. Komite tersebut kemudian menetapkan suatu sistem satuan  yang disebut  Sistem  Satuan SI (singkatan SI berasal dari bahasa Perancis “Système International yang berarti Sistem Internasional) yang hingga kini digunakan secara universal dalam pengukuran di seluruh dunia.  Dalam SI, standar satuan untuk Panjang adalah Meter, standar satuan untuk Massa adalah Kilogram dan Standar Satuan untuk Waktu adalah Sekon. Sistem satuan SI sering kali disebut juga sistem satuan MKS (didefinisikan berdasarkan Meter Kilogram Sekon).

1.Satuan Meter  Standar Pada tahun 1120 Masehi, Raja Inggris menetapkan suatu  satuan standar untuk panjang di negaranya,  yard, yaitu jarak antara ujung hidungnya hingga ujung tangannya yang diulurkan. Serupa dengan hal tersebut, satuan panjang  foot yang diadopsi  dari Perancis tidak lain adalah panjang kaki dari Raja Louis XIV.  Satuan standar ini berlaku hingga tahun 1799, ketika sebuah standar internasional ditetapkan di Perancis menggantikan satuan standar tersebut.  Meter (m) kemudian digunakan sebagai satuan standar untuk panjang  hampir di seluruh dunia  dan dipakai  dalam lingkungan ilmiah dimanapun Meter semula dinyatakan sebagai jarak antara dua goresan yang dibuat pada sebuah batang kayu yang terbuat daricampuran platinum –iridium yang disimpan di International Bureau of weights and Measures di Sevres, Perancis.  Panjang ini dipilih agar jarak dari khatulistiwa ke kutub utara sepanjang sepanjang meridian yang melalui kota Paris menjadi 10 juta meter. Penggunaan meter standar tersebut kemudian mulai ditinggalkan karena sudah tidak sesuai dengan tuntutan perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi pada saat itu. Pada tahun 1960-an dan 1970-an, meter standar didefinisikan sebagai 1.650.763,73 panjang gelombang sinar orange-merah yang diemisi dari dari sebuah lampu Crypton Cr-86  . Meskipun demikian, pada bulan Oktober tahun 1983,  meter standar didefinisikan ulang sebagai jarak yang ditempuh oleh cahaya dalam ruang hampa selama waktu 1/299.729.458 sekon. Hal ini menjadikan laju cahaya tepat 299.729.458 m/s. meter standar ini digunakan untuk membuat meter standar sekunder yang digunakan untuk mengkalibrasi alat ukur panjang di seluruh dunia. 2. Satuan Waktu Standar Sebelum tahun 1960, satuan standar untuk waktu yaitu sekon (s) didefinisikan berkenaan dengan rotasi bumi sebagai     dari rata-rata lama matahari. Pada tahun 1967, satuan standar sekon didefinisikan ulang dalam kaitannya dengan frekuensi cahaya. Semua atom, setelah menyerap energy, memancarkan cahaya dengan panjang gelombang dan frekuensi tertentu yang merupakan karakteristik dari suatu unsur. Setiap transisi energy  di dalam atom berhubungan dengan frekuensi dan panjang gelombang tertentu. Satu sekon ditetapkan sedemikian rupa sehingga frekuensi cahaya yang dihasilkan oleh transisi tertentu dalam aton Cesium adalah 9.192.631.770 siklus per sekon. Dengan definisi ini, satuan pokok panjang dan waktu dapat diperoleh dalam laboratorium di seluruh dunia.

3. Satuan  Massa  Standar

Satuan standar untuk Massa adalah Kilogram (kg). didefinisikan  sebagai massa sebuah silinder platinum iridium yang disimpan di International Bureau of weights and Measures di Sevres, Perancis. Sebuah duplikat kilogram standar disimpan di National Bureau of Standards di Gaithersburg, Maryland, Amerika Serikat.

(Silinder platinum iridium yang disimpan di International Bureau of weights and Measures di Sevres, Perancis)

Selain sistem satuan standar SI seperti meter, kilogram dan sekon, kita juga dapat menggunakan satuan lain seperti milimeter atau nanosekon, dimana awalan mili dan nano merupakan sistem kelipatan pangkat 10 yang disebut sistem desimal.  Beberapa awalan yang biasa digunakan pada sistem satuan SI dapat dilihat pada tabel berikut :

Sistem satuan lain yang masih digunakan adalah Sistem satuan CGS (yang berdasarkan pada Centimeter Gram Second). Centimeter (Sentimeter) didefinisikan sebagai 0,01 meter. Sekarang gram didefinisikan sebagai  0,001 kg. Semula gram didefinisikan sebagai massa satu sentimeter kubik air. Dengan demikian, satu kilogram adalah massa 1000 sentimeter kubik atau atau 1 liter air. Perbandingan antara Sistem satuan MKS dan CGS dapat dilihat pada tabel berikut : Sistem satuan lain yang digunakan di Amerika Serikat  adalah Sistem FPI (Foot-Pound-Inch). Satuan standar untuk panjang dalam Sistem Amerika adalah foot (ft), didefinisikan sebagai tepat sepertiga yard (yd), yang sekarang didefinisikan dalam meter sebagai : 1 yd = 0,9144 m 1 ft = 1/3 yd = 0,3048 m Definisi tersebut menghasilkan 1 inci (in) tepat sama dengan 2,54 cm. Dalam Sistem satuan FPI, satuan gaya yaitu Pound (lb) digunakan sebagai  satuan pokok.  Satu pound didefinisikan sebagai besarnya tarikan gravitasi bumi di tempat tertentu pada sebuah benda standar.  Sedangkan satuan untuk massa digunakan slug, dimana 1 slug didefinisikan sebagai 14,59 kg.