besaran dan satuan

Sains dan ilmu engineering secara umum didasarkan pada pengukuran dan pembandingan, sehingga kita harus mendefinisikan dan memahami secara benar metode yang akan kita gunakan dalam pengukuran dan pembandingan tersebut. Terkadang, teknik pengukuran kita akan sangat mempengaruhi apakah hasil pengukuran itu akan berguna atau bahkan terlalu besar effort yang kita keluarkan untuknya; misalkan pengukuran akan menjadi tidak berguna ketika kita ingin mengukur diameter atom namun kita menggunakan penggaris dengan ketelitian 1mm, atau bahkan jika kita ingin mengukur tinggi gedung pencakar langit dengan jangka sorong maka perhitungan kita akan terlalu teliti sehingga effort yang dikeluarkan terlalu tinggi.

BESARAN DASAR

Kuantitas-kuantitas fisik di sekitar kita atau alam semesta sangatlah banyak yang dapat kita ukur, mulai dari kecepatan, berat, daya mesin dan sangat banyak untuk disebutkan satu-persatu dan saling berhubungan satu-samalain. Oleh karena itu untuk menyederhanakan penyusunan ukuran-ukuran tersebut, kita perlu sepakati terlebih dahulu besaran-besaran yang independen atau dianggap tidak berhubungan satu sama lain antara lain panjang, massa, dan waktu. Sebagai contoh, kita dapat menyusun besaran kecepatan dari dua besaran dasar yaitu panjang dan waktu; dalam kasus ini, kecepatan kita sebut juga dengan besaran turunan karena merupakan turunan dari besaran panjang dan waktu.

SATUAN STANDAR INTERNASIONAL (SI UNITS)

Namun tentunya masalah selanjutnya timbul, banyak sekali standar yang digunakan oleh berbagai komunitas, misalkan masyarakat mesir kuno mengukur panjang bidang tanah dengan panjang lengan mereka atau dikenal dengan satuan cubit. Tentu saja panjang lengan setiap orang akan berbeda-beda (meskipun dalam satu masyarakat yang sama), sehingga hal ini dapat menimbulkan inkonsistensi jika terdapat perbedaan standar yang digunakan. Oleh karena itu diperlukan ukuran-ukuran yang distandarisasi dan disepakati oleh semua orang secara internasional, yang dikenal juga dengan istilah SI unit.

Sebenarnya standar dari SI ini selalu diupdate mengikuti perkembangan ilmu fisika itu sendiri, bahkan pada saat penulis belajar pada bangku sekolah dasar sudah berbeda dengan apa yang penulis utarakan pada tulisan ini baik standar yang digunakan atau besaran yang dijadikan besaran standar. Hal ini penting untuk dipahami bahwa ilmu fisika belum selesai seutuhnya! meskipun demikian hal ini tidak akan terlalu terasa pada kehidupan kita sehari-hari karena lebih ke arah fisika pada orde ukuran yang ekstrim jauh lebih kecil dari atom dan sangat ekstrim besar tentang kosmologi.

PANJANG

Satuan panjang yang disepakati saat ini adalah meter, adapun satu meter itu sendiri didefinisikan sebagai :

“Panjang yang dilalui oleh cahaya pada ruang vakum pada waktu 1/299.792.458 detik”

Sedangkan nilai 299.792.458 itu sendiri adalah kecepatan cayaha (dalam m/s). Definisi ini digunakan karena sangatlah universal mengingat kecepatan cahaya adalah universal dan tidak dipengaruhi apapun bahkan pengamatnya; akan kita bahas lebih mendalam pada teori relativitas Einstein.

Dahulu, definisi meter ini diambil dari jarak dari kutub utara ke kutub selatan yang dibagi konstanta tertentu, kemudian diupdate lagi ke panjang platinum-iridium yang disimpan di dekat paris namun para ilmuan masih belum puas dengan universalitasnya sehingga kecepatan cahaya dipilih untuk ukuran yang sangat-sangat akurat terutama untuk standarisasi eksperimen fisika yang sudah mengarah ke sub atomik.

WAKTU

Waktu memiliku dua aspek, untuk para peneliti atau masyarakat umum, kita ingin mengetahui waktu untuk menyusun kegiatan-kegiatan dalam urutan waktu tertentu. Pada pekerjaan yang lebih saintifik, kita ingin mengetahui berapa lama suatu kejadian berlangsung, sehingga sebuah standar waktu harus bisa menjawab dua pertanyaan, yaitu “kapan peristiwa tersebut terjadi?” dan “berapa lama kah durasi kejadianya?”.

Suatu fenomena yang berulang secara teratur dapat digunakan sebagai standar ini, misalkan rotasi bumi untuk mengukur waktu suatu hari telah digunakan secara beberapa abad lamanya. Kemudian jam quartz yang dibuat dengan menggetarkan cincin quartz secara kontinyu dapat dikalibrasi dengan rotasi bumi via pengamatan astronomis dapat digunaan sebagai acuan waktu pada laboratorium. Meskipun demikian, ukuran-ukuran tersebut belum cukup memuaskan untuk akurasi aplikasi fisika teoritis saat ini.

Hingga saat ini, standar waktu yang telah disepakati secara internasional adalah detik (second), dengan definisi satu detik didefinisikan dengan jam atomik sebagai berikut:

“satu detik adalah waktu yang dibutuhkan untuk 9.192.632.770 gerakan osilasi dari cahaya (dengan panjang gelombang tertentu) yang diemisikan oleh sebuah atom cesium-133”

Lagi-lagi kita menggunakan gelombang cahaya seperti pada kasus panjang karena sifatnya yang universal dan sangat akurat.

MASSA

Satuan massa yang disepakati secara internasional adalah kilogram. dalam kehidupan sehari-hari kita dapat mengestimasi 1 kg adalah massa air pada wadah dengan ukuran 1 liter (tentu saja ini sangat tidak akurat untuk kebutuhan saintifik). Adapun standar massa yang dijadikan standar adalah massa dari platinum-irridium yang disimpan di paris dan dibuat duplikasinya untuk digunakan oleh para peneliti di seluruh dunia.

Adapun standar ini perlu didefinisikan secara lebih presisi lagi, yaitu dengan menggunakan massa atom karbon-12, yang telah disepakati sebagai 12 atomic mass units (u) sebagai:

1 u = 1,660 538 86 x 10^-27 kg

PENTINGNYA SATUAN INTERNASIONAL

Pada kehidupan sehari-hari mungkin kita akan menjumpai permasalahan-permasalahan konversi unit, seperti misalkan membeli pipa dengan diameter yang ada di pasaran tertera dalam inci sedangkan kita kira dalam satuan cm. Atau mungkin saat membeli belanjaan di pasar akan terjadi perbedaan antara satuan massa yaitu ons, kg dan lain sebagainya. Namun ternyata, tidak hanya para orang awam yang pernah mengalami hal ini, bahkan para insinyur dan ilmuan pun pernah mengalaminya, sebagai contoh yang cukup terkenal adalah hilangnya mars orbiter yang dialami oleh NASA pada tahun 1999 hanya karena salah satu dari tim mereka menggunakan sistem metrik sedangkan lainya tidak.

Kenapa satuan-satuan tersebut tidak dianut oleh semua orang? hal ini mungkin karena “perasaan” dan intuisi oleh para penggunanya yang masih terbiasa menggunakan satuan-satuan tersebut dalam kehidupan sehari-hari, misalkan produsen mesin mobil lebih suka menggunakan horse power ketimbang watt, atau produsen pipa besi lebih suka menggunakan inch daripada meter.

Untuk mempelajari materi-materi lainya tentang fisika dasar, anda dapat mengaksesnya di sini.

By Caesar Wiratama

aeroengineering.co.id merupakan jasa layanan dibawah CV. Markom dengan berbagai jenis solusi, mulai dari drafting CAD, pembuatan animasi, simulasi aliran dengan CFD dan simulasi struktur dengan FEA. Pelajari selengkapnya di sini.

REFERENSI:

Haliday, Resnick, dan Walker. “Fundamental of Physics: 10th Edition“. 2014. Wiley, USA.

Author: admin