PERTEMUAN 1

Konsep pengukuran

• Pengertian dan prinsip dasar pengukuran

Proses pengukuran adalah kegiatan membandingkan suatu besaran

tertentu (yang diukur) dengan besaran standar yang telah ditetapkan.

Mengukur ialah membandingkan suatu besaran (besaran fisik) dengan besaran

standar.

Besaran fisik

➢ Panjang

➢ Massa

➢ Waktu

➢ Kecepatan

➢ Gaya

Besaran standar

Besaran standar harus memiliki syarat-syarat seperti berikut:

➢ Dapat didefinisikan secara fisik

➢ Jelas

➢ Dan tidak berubah oleh waktu

➢ Dapat digunakan sebagai pembanding dimana saja di dunia ini.

Kategori Nama Besaran Dimensi Satuan SI

Bes

ara

n P

ok

ok

/ d

asa

r Panjang M m (meter)

Massa L kg (kilogram)

Waktu T s (sekon)

Kuat Arus I A (ampere)

Intensitas Cahaya Cd cd (candela)

Suhu θ K (Kelvin)

Jumlah zat Mol Mol (mole)

Bes

ara

n T

uru

na

n

Luas L2 m2

Volume L3 m3

Kecepatan LT-1 m.s-1

Percepatan LT-2 m.s-2

Momentum MLT-1 kg.m.s-1

Gaya MLT-2 kg.m.s-2 = newton

Energy, usaha ML2T2 kg.m2.s-2 = joule

Daya ML2T3 kg.m2.s-3= J/s = W = watt

Intensitas MT3 kg.s-3 = W m-2 = watt/m2

Tekanan ML-1T-2 kg.m-2.s-2 = N.m-2, Pa pascal

Faktor Perkalian Nama Simbol

1012 tera T

109 giga G

106 mega M

103 kilo k

102 hector h

10 deca d

10-1 deci d

10-2 centi c

10-3 mili mm

10-6 micro µ

10-9 nano n

10-12 pico p

10-15 fento f

10-18 atto a

System pengukuran

System satuan pengukuran

1. Metric (decimal) System➔ SI

2. Inch-Pound System➔ USCS (united states customary system) / system

inggris/British.

Istilah-istilah Pengukuran teknik

➢ Kemampuan/kemudahan baca (readability)

Yaitu tingkat ketelitian pembacaan dari skala alat ukur, atau kemampuan

system penunjukan dari alat ukur untuk memberikan suatu angka yang jelas.

➢ Least count (cacah terkecil)

Beda terkecil antara dua penunjukan yang dapat dideteksi (dibaca) pada

skala yang tertera pada instrument.

➢ Kepekaan (Sensivity)

Input

(yang diukur)

Proses

pengukuran

Hasil pengukuran

(Pembacaan)

Yaitu perbandingan antara gerak linier jarum penunujuk pada instrument/

alat dengan perubahan variable yang diukur yang menyebebkan gerakan

jarum itu.

Contoh:

Recorder 1 mV mempunyai skala yang panjangnya 25 cm maka

kepekaannya adalah 25 cm/mV.

➢ Histerisis

Yaitu adanya perbedaan hasil pembacaan pada saat pengukuran yang

dilakukan dari arah yang berbeda/ penyimpangan yang timbul secara

kontinu.

➢ Ketelitian (Accuracy)

Yaitu besarnya deviasi atau penyimpangan tehadap masukan yang diketahui

(kesesuaian antar hasil pengukuran dengan harga sebenernya/yang dianggap

benar.

➢ Zero stability

Kemampuan alat ukur menunjukan posisi nol. Ditentukan oleh keausan dan

erat hubungannya dengan histerisis

➢ Ketepatan (precision)

Kemampuan untuk dapat menunjukan hasil yang sama dari pengukuran

yang dilakukan berulang-ulang dan identik.

➢ Kepasifan (Passifity)

Merupakan kejadian dimana adanya suatu perbedaan/perubahan kecildari

harga yang diukur(yang dirasakan sensor) tidak menimbulkan suatu

perubahan apapun pada jarum penunjuk.

• Mekanik : contoh pegas yang tidak elastic sempurna

• Pneumatic : pengukur tekanan/manometer (ruang/ volume udara

terlalu besar).

➢ Pergeseran (Shifting, drift)

Perbedaan harga yang ditunjuk pada skala ukur dengan harga yang tercatat

pada kertas grafik.

➢ Rantai kalibrasi/mampu usut (Traceability)

Kalibrasi ialah suatu proses yang bertujuan untuk mengetahui kesalahan dari

alat ukur atau mesin degnan cara membandingkan penunjukkannya terhadap

sesuatu yang sudah standar.

PERTEMUAN II

A. Bentuk umum dari alat ukur

1. Detektor-tranduser

2. Tahap antara

3. Tahap akhir atau penutup

1. Detektor-tranduser

Mendeteksi besaran fisika dan melakukan transformasi secara mekanik atau listrik

untuk mengubah sinyal (isyarat) menjadi bentuk yang lebih berguna. Contoh:

a. Ujung-ujung kontak ➔ avometer

b. Jarum ➔ pada alat ukur kekasaran permukaan

2. Tahap antara

Mengubah sinyal langsung dengan penguatan, penyaringan atau cara-cara lain,

agaar didapatkan keluaran yang dikehendaki.

Tujuan :

Untuk memperbesar dan memperjelas perbedaan yang kecil dari geometri alat

ukur.

3. Tahap akhir

Yang fungsinya menunjukan, merekam, dan mengendalikan variabel yang diukur.

A. Analisa data eksperimen

Semua data harus dianalisa. Analisa berupa lisan ataupun suatu analisa

secara teoritis yang kompleks mengenai kesalahan yang terdapat dalam

eksperimen dan mencocokkan data dengan dengan prinsip-prinsip fisik

fundamental.

Sebab-sebab kesalahan eksperimen dan macam-macamnya

1. Data Sampel tunggal (single sample)

Data dimana terdapat ketakpastian (uncertainty) yang ditemukan dengan

ulangan.

2. Data Sampel rangkap (multisample)

Didapatkan dalam hal dimana sejumlah eksperimen telah dilakukan dan

keandalan hasil-hasilnya dapat dijamin oleh statistik.

Seringkali, masalah biaya tidak dapat mengumpulkan data sampel rangkap,

dan harus puas dengan data sampel tunggal dengan menarik sebanyak-banyaknya

informasi dari eksperimen tersebut.

Jika mengukur tekanan tetapi hanya memiliki satu instrumen untuk seluruh

perangkat pengamatan, tentu kesalahan hanya terdapat satu kali, berapa kalipun

bacaan itu diulangi. Sedangkan jika kita memiliki lebih dari satu pengukur

tekanan digunakan untuk perangkat pengamatan yang jumlahnya sama dengan

yang tadi, maka itu dapat disebut dengan pengamatan sampel rangkap.

Kesalahan dalam data eksperimen adalah faktor-faktor yang yang memang

selalu samar-samar dan mengandung ketakpastian. Selanjutnya, ialah menentukan

berapa ketakpastian dan menyusun suatu cara yang konsisten untuk menentukan

ketakpastian dalam suatu bentuk analitik. Ketakpastian adalah nilai yang

mungkin dipunyai kesalahan itu.

• Kesalahan/ kekeliruan dalam pemasangan

Kekeliruan nyata dalam pemasangan instrumen yang merusak validitas

data.

• Kesalahan tetap (fixed error)

Kesalahan ini bisa juga disebut kesalahan sistematik (systematic error) dan

seringkali penyebabnya tidak diketahui. Ini menyebabkan pembacaan

berulang-ulang mengandung kesalahan yang besarnya hampir sama.

Contoh: pengukuran dengan thermometer raksa dalam gelas, pada

pengukuran seperti ini bacaan suhu pada thermometer selalu menunjukan

suhu yang lebih rendah daripada suhu sejati gas dalam gelas yang diukur,

berapapun banyaknya bacaan yang kita lakukan. Kesalahan ini yang

dinamakan kesalahan tetap.

• Kesalahan rambang/ random (random error)

Biasanya dissebabkan oleh fluktasi atau ketidak konsistenan pribadi atau

juga bisa si peralatan/ instrument karena pengaruh gesekan dan

sebagainya.

B. Metode

1. Analisa kesalahan atas pertimbangan akal

Contoh:

Untuk menghitung daya listrik dilakukan pengukuran tegangan dan

pengukuran kuat arus.

Dari hasil pengukuran didapat :

P = E.I

E = 100V +\-2V

I= 10A +\- 0.2 A

Nilai nominal 100 x 10 = 1000 W

Maka Pmax : 102 x 10,2 watt = 1040,4 watt ➔ 4,04 %

Dan Pmin adalah 98 x 9,8 watt = 960,4 watt ➔ 3,96%

2. Analisa ketakpastian

Teori Kline dan Mc Clintock

R = R (x1, x2, x3... xn)

R = suatu fungsi dari variabel tak tergantung (independent).

𝑤𝑅 = [(𝜕𝑅

𝜕𝑥1𝑤1)

2

+ (𝜕𝑅

𝜕𝑥2𝑤2)

2

+ … + (𝜕𝑅

𝜕𝑥𝑛𝑤𝑛)

2

]

1/2

3. Analisa statistik data eksperimen

Bila kita membuat seperangkat bacaan dari instrumen, bacaan-bacaan itu

mungkin agak berbeda satu sama lain. Dan pelaku biassanya memperhatikan

purata atau pukul rata (mean) seluruh bacaan itu. Jika setiap bacaan ditandai

dengan xi dan ada n bacaan, maka purata aritmetik (arithmetic mean) ialah :

Deviasi atau penyimpangan (deviation) di dari masing-masing bacaan

didefinisikan sebagai :

di = xi- xm

Rerata atau rata-rata (average) deviasi seluruh bacaan ialah nol, karena :

Rerata nilai absolut deviasi diberikan oleh

Besaran ini tidak selalu nol

Deviasi standard (standard deviation) atau deviasi akar purata kuadrat

(root mean square deviation) atau deviasi standar populasi didefinisikan sebagai :

Biasanya jika tidak dapat mengumpulkan data dalam jumlah yang cukup yang

diperlukannya untuk mendeskripsikan populasi itu. Untuk perangkat data yang

jumlahnya kecil, dapat didefinisikan deviasi standar sampel (sample standard

deviation) sebagai :

Pengertian Listrik & Besaran - besaran Listrik

Listrik merupakan suatu muatan yang terdiri dari muatan positif dan

muatan negatif , dimana sebuah benda akan dikatakan memiliki energi

listrik apabila suatu benda itu mempunyai perbedaan jumlah muatan,

sedangkan muatan yang dapat berpindah adalah muatan negatif dari

sebuah benda, berpindahnya muatan negatif ini disebabkan oleh

bermacam gaya atau energi, misal energi gerak,energi panas

dsb.perpindahan muatan negatif inilah yang disebut dengan energi

listrik.karena suatu benda akan senantiasa mempertahankan keadaan

netral atau seimbang antara muatan positif dan muatan negative.

Sehingga apabila jumlah muatan positif lebih besar dari muatan negative,

maka benda tersebut mencari muatan negative untuk mencapai keadaan

seimbang.

Listrik memiliki besaran-besaran diantaranya sebagai berikut :

1. Tegangan Listrik.

Tegangan listik yaitu perbedaan potensial listrik antara dua titik dalam

rangkaian listrik, dan dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur

energi potensial dari sebuah medan listrik yang mengakibatkan adanya

aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan

potensial listriknya, suatu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra

rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Secara definisi tegangan listrik

menyebabkan obyek bermuatan listrik negatif tertarik dari tempat

bertegangan rendah menuju tempat bertegangan lebih tinggi. Sehingga

arah arus listrik konvensional di dalam suatu konduktor mengalir dari

tegangan tinggi menuju tegangan rendah.

2. Arus Listrik

Arus listrik adalah banyaknya muatan listrik yang disebabkan dari

pergerakan elektron-elektron, mengalir melalui suatu titik dalam sirkuit

listrik tiap satuan waktu. Arus listrik dapat diukur dalam satuan

couloumb/detik atau Ampere. Contoh arus listrik dalam kehidupan sehari-

hari berkisar dari yang sangat lemah dalam satuan mikroAmpere seperti

di dalam jaringan tubuh hingga arus yang sangat kuat 1-200 kiloAmpere

seperti yang terjadi pada petir. Dalam kebanyakan sirkuit arus searah

dapat diasumsikan resistansi terhadap arus listrik adalah konstan

sehingga besar arus yang mengalir dalam sirkuit bergantung pada

voltabese dan resistansi sesuai dengan hukum ohm.

3. Hambatan Listrik

Hambatan listrik adalah perbandingan antara tegangan listrik dari

suatu komponen elektronik (misalnya resistor ) dengan arus listrik yang

melewatinya. Hambatan listrik yang mempunyai satuan Ohm. yang dapat

dirumuskan dengan :

R adalah hambatan (Ohm)

V adalah tegangan (Volt)

I adalah arus (ampere)

4. Gaya Gerak Listrik ( GGL )

Gaya gerak listrik (GGL) adalah besarnya energi listrik yang berubah

menjadi energi bukan listrik atau sebaliknya, jika satu satuan muatan

melalui sumber itu, atau kerja yang dilakukan sumber arus persatuan

muatan. dinyatakan dalam Volt.

5. Muatan Listrik

Muatan listrik adalah muatan dasar yang dimiliki suatu benda, yang

membuatnya mengalami gaya pada benda lain yang berdekatan dan juga

memiliki muatan listrik. Simbol Q sering digunakan untuk menggambarkan

muatan. sistem satuan internasional dari satuan Q adalah coloumb, yang

merupakan 6.24 x 1018 muatan dasar. Q adalah sifat dasar yang dimiliki

oleh materi baik itu berupa proton (muatan positif) maupun elektron

(muatan negatif). Muatan listrik total suatu atom atau materi ini bisa positif,

jika atomnya kekurangan elektron. Sementara atom yang kelebihan

elektron akan bermuatan negatif. Besarnya muatan tergantung dari

kelebihan atau kekurangan elektron ini, oleh karena itu muatan

materi/atom merupakan kelipatan dari satuan Q dasar. Dalam atom yang

netral, jumlah proton akan sama dengan jumlah elektron yang

mengelilinginya (membentuk muatan total yang netral atau tak bermuatan).

6. Kapasitansi

Kapasitansi adalah ukuran jumlah muatan listrik yang disimpan (atau

dipisahkan) untuk sebuah potensial listrik yang telah ditentukan. Bentuk

paling umum dari piranti penyimpanan muatan adalah sebuah kapasitor

dua lempeng/pelat/keping. Jika muatan di lempeng/pelat/keping adalah

+Q dan –Q, dan V adalah tegangan listrik antar lempeng/pelat/keping,

maka rumus kapasitans adalah:

C adalah kapasitansi yang diukur dalam farad

Q adalah muatan yang diukur dalam coloumb

V adalah voltase yang diukur dalam volt

7. Induktansi

Induktansi adalah sifat dari rangkaian elektronika yang menyebabkan

timbulnya potensial listrik secara proporsional terhadap arus yang

mengalir pada rangkaian tersebut, sifat ini disebut sebagai induktasi

sendiri. Sedang apabila potensial listrik dalam suatu rangkaian ditimbulkan

oleh perubahan arus dari rangkaian lain disebut sebagai induktansi

bersama. Satuan induktansi dalam satuan internasional adalah weber per

ampere atau dikenal pula sebagai henry (H). Induktansi muncul karena

adanya medan magnet yang ditimbulkan oleh arus listrik (dijelaskan oleh

hukum ampere). Supaya suatu rangkaian elektronika mempunyai nilai

induktansi, sebuah komponen bernama induktor digunakan di dalam

rangkaian tersebut, induktor umumnya berupa kumparan kabel/tembaga

untuk memusatkan medan magnet dan memanfaatkan GGL yang

dihasilkannya.

8. Kuat Medan Listrik

Medan lisrtik adalah ruang di sekitar benda bermuatan listrik dimana

benda-benda bermuatan listrik lainnya dalam ruang ini akan merasakan

atau mengalami gaya listrik arah medan listrik.

Kuat medan listrik adalah besaran yang menyatakan gaya coloumb per

satuan muatan di suatu titik.

9. Fluks Magnet

Fluk magnetik adalah ukuran total medan magnetik yang

menembus bidang. secara matematis fluk maknetik didefinisikan sebagi

perkalian skalar antara induksi magnetik (B) dengan luas bidang yang

tegak lurus pada induksi magnetik tersebut.

BESARNYA:

f = B A cos q

f = fluks magnetik (weber)

B = induksi magnetik

A = luas bidang yang ditembus garis gayamagnetik

q = sudut antara arah garis normal bidang A dan arah B

Berikut besaran listrik, notasi ( simbol ) dan satuan serta hubungan

persamaan antara besaran:

Besaran listrik satuan dan alat ukurnya :

PENGUKURAN MEKANIK

ABDUL MUCHLIS

MATERI YANG AKAN DI BAHAS

1. Pengukuran mekanik

• Torsi

• Daya poros

• Gaya

2. Dapat mengkonversikan dari satu system ke system lain nya

3. Mengetahui cara pengukuran tegangan dan regangan

1. PENGUKURAN MEKANIK

Pengukuran adalah serangkaian kegiatan yang bertujuan untuk

menentukan nilai suatu besaran dalam bentuk angka (kwantitatif). Jadi

mengukur adalah suatu proses mengaitkan angka secara empirik dan

obyektif pada sifat‐sifat obyek atau kejadian nyata sehingga angka yang

diperoleh tersebut dapat memberikan gambaran yang jelas mengenai

obyekatau kejadian yang diukur.

Atau juga, Pengukuran kegiatan membandingkan nilai besaran yang diukur

dengan besaran lain yang sejenis yang telah ditetapkan sebagai satuan.

A. JENIS-JENIS PENGUKURAN

Dalam proses pengukuran besaran dalam fisika, ada beberapa jenis-jenis

pengukuran, yaitu:

1. Berdasarkan Metode Pengukuran, di bedakan menjadi dua, pengukuran

langsung dan tidak langsung.

2. Berdasarkan banyak pengukuran, ada pengukuran tunggal dan pengukuran

berulang.

• TORSITorsi sama dengan gaya pada gerak translasi. Torsi menunjukkan kemampuan sebuah

gaya untuk membuat benda melakukan gerak rotasi.

Jika pada sebuah benda diberikan gaya sebesar F maka benda akan memiliki

percepatan yang disebabkan oleh gaya tersebut. Percepatan benda memiliki arah yang

sama dengan arah gaya yang diberikan padanya. Bagaimana dengan benda yang

berotasi? Bagaimana gayanya?

sebuah balok diberi gaya F, benda akan bertranslasi, jika balok di bagian tengah dipaku

sehingga balok tidak dapat bertanslasi tapi dapat berotasi,

bila gaya diberikan pada sudut B benda akan berotasi, dengan arah berbeda dengan (b),

begitu juga bila diberikan pada sudut (c)

Besarnya torsi tergantung pada gaya yang dikeluarkan serta jarak antara sumbu

putaran dan letak gaya.

Adapun perumusan dari torsi adalah sebagai berikut. Apabila suatu benda berputar dan mempunyaibesar gaya sentrifugal sebesar F, benda berputar pada porosnya dengan jari-jari sebesar b, dengandata tersebut torsinya adalah:

KET :

T = torsi mesin (Nm)

W = beban (N)

d = jarak beban dengan pusat perputaran (m)

Karena adanya torsi inilah yang menyebabkan benda berputar terhadap porosnya, dan benda akanberhenti apabila ada usaha melawan torsi dengan besar sama dengan arah yang berlawanan.

T = W . d (N.m)

• DAYA POROS

Definisi Poros

Poros adalah suatu bagian stationer yang berputar, biasanya berpenampang bulatdimana terpasang elemen-elemen seperti roda gigi (gear), pullet flywheel,engkol, sprocket dan elemen pemindahan lainnya. Poros bisa menerima bebanlenturan, beban tarikan beban tekan atau beban puntiran yang bekerja sendiri-sendiri atau berupa gabungan dan yang lainnya.

A. Fungsi Poros

Poros dalam pengertian konstruksi dapat berfungsi sebagai :

- Meneruskan Daya

- Mendukung bagian-bagian yang berputar atau beban tetap dan berubah

- Sebagai rol atau penggilingan

- Sebagai engsel

• DAYADaya merupakan Laju Energi yang dihantarkan selama melakukan usaha dalam periode waktu tertentu. SatuanSI (Satuan Internasional) untuk Daya yaitu Joule / Sekon (J/s) = Watt (W). Satuan Watt dipakai untukpenghormatan kepada seorang ilmuan penemu mesin uap yang bernama James Watt. Satuan daya lainnya yangsering dipakai yaitu Daya Kuda atau Horse Power (hp), 1 hp = 746 Watt. Daya adalah Besaran Skalar, karenaDaya hanya mempunyai nilai, tidak memiliki arah.

A. Rumus dan Satuan Daya

Dalam Fisika, Daya disimbolkan dengan Persamaan Berikut :P = W / t

Dari Persamaan diatas maka kita juga bisa mengubah rumus daya menjadi :

Hasil tersebut didapatkan karena Rumus Usaha (W) = Gaya (F) dikali Jarak (s) dibagi Waktu (t)Dan Rumus Kecepata (v) = jarak (s) dibagi waktu (t)

Keterangan : P = Daya ( satuannya J/s atau Watt )W = Usaha ( Satuannya Joule [ J ] )t = Waktu ( satuannya sekon [ s ] )F = Gaya (Satuannya Newton [ N ] )s = Jarak (satuannya Meter [ m ] )v = Kecepatan (satuannya Meter / Sekon [ m/s ] )

Dengan berdasarkan persamaan fisika diatas, maka bisa disimpulkan bahwa semakin besar laju usaha, makasemakin besar pula laju daya. Sedangkan jika semakin lama waktunya maka laju daya akan semakin kecil.

P = (F.s) / t

P = F . v

2. DAPAT MENGKONVERSIKAN DARI SATU

SYSTEM KE SYSTEM LAIN NYA

Mengkorvesikan sistem adalah mengubah sistem yang ada ke sistem yang lain

Macam – macam konversi :

1. Konversi saruan panjang

2. Konversi satuan massa

3. Konversi satuan waktu

4. Konversi satuan volume

3. MENGETAHUI CARA PENGUKURAN TEGANGAN

DAN REGANGAN

• Tegangan (Stress)

Suatu benda elastis akan bertambah panjang sampai ukuran tertentu ketika ditarik oleh

sebuah gaya. Besarnya tegangan pada sebuah benda adalah perbandingan antara

gaya tarik yang berkerja benda terhadap luas penampang benda tersebut. Tegangan

menunjukkan kekuatan gaya yang menyebabkan benda berubah bentuk. Tegangan

dibedakan menjadi tiga macam yaitu regangan, mampatan dan geseran.

Misalnya, jika ada dua buah kawat dari bahan yang sama tetapi luas penampang berbeda

dan diberi gaya, kedua kawat tersebut akan mengalami tegangan yang berbeda. Kawat

dengan luas penampang yang lebih kecil akan mengalami tegangan yang lebih besar

daripada kawat dengan luas penampang yang lebih besar. Tegangan pada benda

diperhitungkan dalam menentukan jenis dan ukuran bahan penopang suatu beban

contohnya ada jembatan gantung dan bangunan bertingkat.

• REGANGAN

Regangan perbandingan antara pertambahan panjang dan panjang mula-mula. Jadireganagan merupakan perubahan relatif ukuran atau bentuk benda yang mengalamitegangan jika sebuah batang yang mengalami regangan akibat gaya tarik F panjangbatang mula-mula adalah Lo. Setelah mendapat gaya tarik sebesar F, batang tersebutberubah menjadi panjang nya L . Dengan demikian batang tersebut mendapat kanpanjang sebesar ∆L, dengan ∆L = L-Lo. Oleh karena itu regangan di definisikan sebagaiperbandingan antara pertambahan panjang benda dan panjang mula-mula.

Ket :

∆L = pertambahan panjang (m)

Lo = panjang mula-mula (m)

e = regangan