Besaran Konseptual dan Besaran Matematis dalam Fisika
Besaran Konseptual dan Besaran Matematis dalam
Fisika
- Pengertian Besaran
Besaran adalah sesuatu yang dapat
diukur dan dinyatakan dengan angka. Pengukuran adalah membandingkan suatu
besaran dengan satuan yang dijadikan sebagai patokan. Definisi
Besaran secara fisika adalah segala sesuatu yang dapat diukur dan dinyatakan
dengan angka eksak, misalnya panjang, luas, volume, dan kecepatan sedangkan
warna, indah, cantik bukan termasuk besaran secara fisika karena ketiganya
tidak dapat dinyatakan dengan angka eksak.
Dalam fisika terdapat 2 besaran yaitu besaran konseptual dan
matematis. Dimana konseptual dibagi menjadi 2
yaitu besaran pokok dan besaran turunan. Sedangkan besaran matematis
terdiri dari besaran skalar dan besaran vektor.
Sistem Satuan Internasional
Satuan merupakan
salah satu komponen besaran yang menjadi standar dari suatu besaran. Sebuah
besaran tidak hanya memiliki satu satuan saja. Besaran panjang ada yang
menggunakan satuan inci, kaki, mil, dan sebagainya. Untuk massa dapat
menggunakan satuan ton, kilogram, gram, dan sebagainya.
Satuan Internasional adalah satuan
yang diakui penggunaannya secara internasional serta memiliki
standar yang sudah baku. Satuan ini dibuat untuk menghindari kesalahpahaman
yang timbul dalam bidang ilmiah karena adanya perbedaan satuan yang digunakan.
Pada awalnya, Sistem Internasional disebut sebagai Metre Kilogram
Second (MKS). Selanjutnya pada Konferensi Berat dan PengukuranTahun
1948, tiga satuan yaitu newton (N), joule (J), dan watt (W)
ditambahkan ke dalam SI. Akan tetapi, pada tahun 1960, tujuh Satuan
Internasional dari besaran pokok telah ditetapkan yaitu meter, kilogram,
sekon, ampere, kelvin, mol, dan kandela.
1.
Satuan Standar Panjang
Satuan besaran
panjang berdasarkan SI dinyatakan dalam meter (m). Ketika sistem metrik
diperkenalkan, satuan meter diusulkan setara dengan sepersepuluh juta kali
seperempat garis bujur bumi yang melalui kota Paris. Tetapi, penyelid ikan awal
geod esik menunjukkan ketidakpastian standar ini, sehingga batang
platina-iridium yang asli dibuat dan disimpan di Sevres dekat Paris, Prancis.
Jadi, para ahli menilai bahwa meter standar itu kurang teliti karena mudah
berubah. Para ahli menetapkan lagi patokan panjang yang nilainya selalu
konstan.
Pada tahun 1960 ditetapkan bahwa
satu meter adalah panjang yang sama dengan 1.650.763,73 kali panjang
gelombang sinar jingga yang dipancarkan oleh atom-atom gas kripton-86 dalam
ruang hampa pada suatu loncatan listrik. Definisi baru menyatakan bahwa satuan
panjang SI adalah panjang lintasan yang ditempuh cahaya
dalam ruang hampa selamaselang waktu 1/299.792.458 sekon.
Angka yang sangat besar atau sangat
kecil oleh ilmuwan digambarkan menggunakan awalan dengan suatu satuan untuk
menyingkat perkalian atau pembagian dari suatu satuan.
2.
Satuan Standar Massa
Satuan standar
untuk massa adalah kilogram (kg). Satu kilogram standar adalah massa sebuah
silinder logam yang terbuat dari platina iridium yang disimpan di Sevres,
Prancis. Silinder platina iridium memiliki diameter 3,9 cm dan tinggi 3,9 cm.
Massa 1 kilogram standar mendekati massa 1 liter air murni pada suhu 4°C.
3.
Satuan Standar Waktu
Satuan SI waktu
adalah sekon (s). Mula-mula ditetapkan bahwa satu sekon sama dengan
1/86400 rata-rata gerak semu matahari mengelilingi Bumi. Dalam
pengamatan astronomi, waktu ini ternyata kurang tepat akibat adanya pergeseran,
sehingga tidak dapat digunakan sebagai patokan.Selanjutnya, pada tahun
1956 ditetapkan bahwa satu sekon adalah waktu yang dibutuhkan atom
cesium-133 untuk bergetar sebanyak 9.192.631.770 kali.
4.
Satuan Standar Arus Listrik
Satuan standar arus
listrik adalah ampere (A). Satu ampere didefinisikan sebagai arus tetap, yang
dipertahankan untuk tetap mengalir pada dua batang penghantar sejajar dengan
panjang tak terhingga, dengan luas penampang yang dapat diabaikan dan
terpisahkan sejauh satu meter dalam vakum, yang akan menghasilkan gaya
antara kedua batang penghantar sebesar
5.
Satuan Standar Suhu
Suhu menunjukkan
derajat panas suatu benda. Satuan standar suhu adalah kelvin (K), yang
didefinisikan sebagai satuan suhu mutlak dalam termodinamika yang besarnya sama
dengan 1/273,16 1dari suhu titik tripel air. Titik tripel menyatakan temperatur
dan tekanan saat terdapat keseimbangan antara uap, cair, dan padat suatu bahan.
Titik tripel air adalah 273,16 K dan 611, 2 Pa. Jika dibandingkan dengan
skala termometer Celsius
6.
Satuan
Standar Intensitas Cahaya
Intensitas cahaya
dalam SI mempunyai satuan kandela (cd), yang besarnya sama dengan intensitas
sebuah sumber cahaya yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi
Hz dan memiliki intensitas pancaran 1/683 watt per steradian pada arah
tertentu.
7.
Satuan Standar Jumlah Zat
Satuan SI untuk
jumlah zat adalah mol. Satu mol setara dengan jumlah zat yang
mengandung partikel elementer sebanyak jumlah atom di dalam kg karbon-12.
Partikel elementer merupakan unsur fundamental yang membentuk materi di alam
semesta. Partikel ini dapat berupa atom, molekul, elektron, dan lain-lain.
Sistem British
Sistem ini hanya
digunakan di Amerika dan beberapa negara lainnya dan kebanyakan 152 satuannya
mulai digantikan oleh satuan SI. Satuan British sekarang secara legal
didefinisikan dalam satuan SI, sebagai berikut:
Berbeda dengan Sistem International dimana gaya adalah besaran turunan (satuan : kg m / s2), dalam sistem British gaya adalah besaran pokok (satuan : pound force atau lbf). Konsekuensinya,dalam sistem British ini kita menggunakan sebuah faktor konversi, gc,sebuah konstanta yang mempunyai harga bukan satu, untuk membuat satuan menjadi sesuai. Harga gc adalah 32,174 (ft)(lbm)/(lbf)(s2). Feet (ft) adalah satuan panjang, lbm adalah satuan massa dan lbf adalah satuan gaya (Anonim b, 2011).
Berbeda dengan Sistem International dimana gaya adalah besaran turunan (satuan : kg m / s2), dalam sistem British gaya adalah besaran pokok (satuan : pound force atau lbf). Konsekuensinya,dalam sistem British ini kita menggunakan sebuah faktor konversi, gc,sebuah konstanta yang mempunyai harga bukan satu, untuk membuat satuan menjadi sesuai. Harga gc adalah 32,174 (ft)(lbm)/(lbf)(s2). Feet (ft) adalah satuan panjang, lbm adalah satuan massa dan lbf adalah satuan gaya (Anonim b, 2011).
Konversi satuan
- Kita
menggunakan persamaan untuk menyatakan hubungan antara besaran-besaran
yang direpresentasikan dengan simbol-simbol aljabar. Setiap simbol aljabar
selalu menyatakan sebuah bilangan dan sebuah satuan. Sebagai contoh, d
bisa menyatakan suatu jarak sejauh 10 m, t suatu selang waktu sepanjang 5
s dan v laju sebesar 2 m/s.Suatu persamaan harus selalu konsisten dalam
dimensi (dimensionally consistent). Kita tidak dapat menambahkan 5 kg
dengan 10 meter; dua besaran bisa dijumlahkan atau disamakan hanya jika
besaran-besaran tersebut mempunyai satuan yang sama.
- Satuan
dikali dan dibagi sama seperti simbol-simbol aljabar biasa. Hal ini akan
memudahkan dalam mengkonversikan besaran dari suatu satuan ke satuan
lainnya. Kita dapat menyatakan besaran yang sama dalam dua satuan yang
berbeda dan membentuk suatu kesamaan. Sebagai contoh, jika kita katakan
bahwa 1 menit = 60 sekon, tidak berarti bahwa bilangan 1 sama dengan
bilangan 60; yang kita maksudkan adalah bahwa 1 menit merepresentasikan
selang waktu yang sama dengan 60 sekon. Dengan alasan yang
sama,perbandingan (1 menit) / (60 sekon) sama dengan 1, demikian juga
kebalikannya (60 sekon / 1 menit). Kita dapat mengalikan suatu besaran
dengan salah satu dari faktor ini tanpa mengubah arti besaran tersebut
(Anonim a, 2011).
1.
Besaran konseptual
·
Besaran
pokok
Dimensi adalah cara untuk menyusun suatu
besaran yang susunannya berdasarkan besaran pokok dengan menggunakan lambang /
huruf tertentu yang ditempatkan dalam kurung siku.
Besaran pokok
adalah besaran yang satuannya didefinisikan atau ditetapkan terlebih dahulu,
yang berdiri sendiri, dan tidak tergantung pada besaran lain. Para ahli merumuskan
tujuh macam besaran pokok, yaitu
- Panjang(m)
- Massa(Kg)
- Waktu(s)
- Kuat
arus listrik(A)
- Suhu(K)
- Intensitas
cahaya(cd)
- Jumlah zat(mol)
Besaran yang
ditentukan lebih dulu berdasarkan kesepatan para ahli fisika. Besaran pokok
yang paling umum ada 7 macam yaitu:
·
Rumus, Satuan dan
Dimensi dalam Besaran Pokok
·
Besaran
turunan
Besaran Turunan
adalah besaran yang terbentuk dari satu atau lebih besaran pokok yang ada.
Besaran adalah segala sesuatu yang memiliki nilai dan dapat dinyatakan dengan
angka.
- Luas(m2)
- Volume(m3)
- Massa
jenis()
- Kecepatan
(v)
- Berat(W)
- Percepatan(m/s2)
- Dan
lain-lain
Besaran yang
diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan mempunyai ciri khusus antara
lain : diperoleh dari pengukuran langsung dan tidak langsung, mempunyai satuan
lebih dari satu dan diturunkan dari besaran pokok. Besaran ini ada banyak
macamnya yaitu :
·
Rumus, Satuan dan
Dimensi dalam Besaran Turunan
Rumus : Menentukan
Dimensi Suatu Besaran
- (a) Persamaan Volume adalah hasil kali panjang, lebar dan tinggi di mana ketiganya memiliki dimensi panjang, yakni [L]. Dengan demikian, Dimensi Volume :
(b) Persamaan Massa Jenis adalah
hasil bagi massa dan volum. Massa memiliki dimensi [M] dan volum memiliki
dimensi [L]3. Dengan demikian Dimensi massa jenis :
c) Persamaan Percepatan adalah
hasil bagi Kecepatan (besaran turunan) dengan Waktu, di mana Kecepatan adalah
hasil bagi Perpindahan dengan Waktu. Oleh karena itu, kita terlebih dahulu
menentukan dimensi Kecepatan, kemudian dimensi Percepatan.
(d) Persamaan Usaha adalah hasil
kali Gaya (besaran Turunan) dan Perpindahan (dimensi = [L]), sedang Gaya adalah
hasil kali massa (dimensi = [M]) dengan percepatan (besaran turunan). Karena
itu kita tentukan dahulu dimensi Percepatan (lihat (c)),
kemudian dimensi Gaya dan terakhir dimensi Usaha.
·
Besaran
matematis
1. Besaran skalar
Besaran skalar adalah
besaran yang memiliki nilai tapi tidak memiliki arah. Artinya, nilai besaran
ini tidak ditentukan dari arahnya. Contoh besaran skalar misalnya adalah massa,
panjang, waktu, kelajuan, suhu, luas, jarak, volume, kerapatan muatan, arus
listrik, potensial listrik.
a.
Massa
Massa
adalah besaran yang menyatakan kelembaman suatu benda. Massa termasuk contoh
besaran skalar karena nilainya tidak ditentukan oleh arah. Dalam penulisannya,
besaran ini cukup dituliskan nilai dan satuannya.
b. Volume
Volume juga termasuk contoh besaran
skalar. Dalam penulisannya, volume cukup dijabarkan nilai dan satuannya. Satuan
volume sendiri adalah satuan panjang pangkat 3, seperti m3, cm3, hektare, dm3
dan lain sebagainya.
c. Luas
Selain massa dan volume, luas juga
termasuk contoh besaran skalar. Luas adalah besaran yang menyatakan ukuran
hamparan suatu bidang datar. Luas diketahui dengan mengalikan ukuran panjang
dan lebar suatu wilayah. Oleh karenanya, luas memiliki satuan panjang pangkat
2.
2.
Besaran Vektor
Besaran
vektor adalah besaran yang memiliki nilai dan memiliki arah. Artinya, nilai
dari besaran tersebut ditentukan oleh arah. Contoh besaran vektor misalnya
kecepatan, percepatan (m/s*2), gaya (N), impuls, momentum, medan magnet, medan
listrik, perpindahan, dan tekanan (Pa).
a. Kecepatan
Kecepatan termasuk contoh besaran
vektor. Alasannya adalah nilai besaran ini sangat ditentukan kemana arah
gerakan benda yang mengalami kecepatan. Dalam penulisannya, kecepatan
dituliskan secara lengkap mulai dari nilai, satuan, serta arahnya.
b. Gaya
Gaya adalah besaran yang diperoleh
dari hasil kali massa suatu benda yang bergerak dengan percepatan gerakannya.
Gaya memiliki satuan N atau Newton, namun ia juga bisa dituliskan dengan satuan
kg.m/s2. Gaya termasuk contoh besaran vektor karena nilainya dipengaruhi ke
arah mana gaya tersebut bergerak.
c.Tekanan
Tekanan adalah besaran yang
menyatakan gaya yang bekerja dalam satu satuan luas. Tekanan juga termasuk
contoh besaran vektor. Alasannya adalah karena tekanan dapat bergerak ke segala
arah, sehingga perlu diketahui ke arah mana gaya pada tekanan tersebut
bergerak. Tekanan kerap dinyatakan dalam satuan pascal atau Pa untuk
menghormati Blaise Pascal, seorang ilmuan fisika yang telah banyak
menyumbangkan ilmunya dalam kemajuan teknologi fluida.
Tabel Contoh Besaran
Vektor dan Besaran Skalar
·
Perbedaan Besaran Vektor dan Besaran Skalar
- Besaran
vektor nilainya ditentukan oleh arah, sedangkan besaran skalar nilainya
tidak ditentukan oleh arah.
- Besaran
vektor ditulis dengan kelengkapan nilai, satuan, dan arahnya, sementara
besaran skalar ditulis dengan kelengkapan nilai dan satuannya saja.
·
Persamaan
besaran dalam listrik
·
Besaran
Listrik dan Satuannya
Dalam kelistrikan terdapat beberapa besaran, dimana setiap besaran mempunyai
simbol serta satuan masing-masing yaitu :
1 Satuan Elektro Statis ( SES )
2 Satuan Elektro Magnetis ( SEM )
3 Satuan Praktis
Satuan yang dipakai sekarang ini adalah satuan praktis, karena dua satuan yang
lain terlalu rumit untuk dipakai. Berikut beberapa besaran listrik dan simbol
beserta satuannya :
Nama Besaran Simbol Satuan
·
Arus listrik I Ampere ( A )
·
Tegangan listrik/Beda Potensial E /
V / U Volt ( V )
·
Muatan listrik Q Coulomb ( C )
·
Tahanan listrik R Ohm ( Ω )
·
Daya Listrik P Watt ( W )
·
Usaha Listrik (energi) W Joule ( J )
·
Kapasitansi C Farad ( F )
·
Konduktansi G Siemens ( S )
·
Induktansi L Henry ( H )
·
Frekuensi f Hertz ( Hz )
·
Fluksi Magnet ø Weber ( Wb
·
Fluksi Cahaya ø Lumen ( Lm )
·
Iluminasi E Lux ( Lx )
SATUAN DAN BESARAN LISTRIK
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.
Penetapan untuk satuan tegangan listrik
1 Volt terjadi jika dapat mengalirkan arus 1 ampere dalam tahanan listrik 1
Ohm.
1 V = 0,001 KV = 10-3 KV
1 V = 0,000 001 MV= 10-6MV
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.
Penetapan untuk satuan arus listrik
1 Ampere ialah arus dalam cairan nitrat-perak dapat memisahkan dan melekatkan
sejumlah 1,118 milligram perak dalam waktu 1 detik.
1 mA = 0,001 A = 10-3 A
1 µA = 0,000 001 A = 10-6 A
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)
Penetapan untuk satuan tahanan listrik
Tahanan listrik 1 Ohm ialah nilai tahanan dari air raksa dalam gelas
berpenampang 1 mm2 setinggi 106,3 cm pada suhu 0o C
1 Ω = 0,001 K Ω = 10-3 K Ω
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.
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).
Penetapan untuk satuan muatan listrik
1 Coulomb ialah arus sebesar 1 Ampere mengalir selama 1 detik atau
Q = I x t
Keterangan :
Q = Muatan listrik ( Coulomb )
I = Arus Listrik ( Ampere )
t = Waktu ( detik )
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 = \frac{Q}{V}
C adalah kapasitansi yang diukur dalam Farad
Q adalah muatan yang diukur dalam coulomb
V adalah voltase yang diukur dalam volt
Unit SI dari kapasitansi adalah farad; 1 farad = 1 coulomb per volt.
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.
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
listriArah Medan Listrik.
Kuat
medan listrik adalah besaran yang menyatakan gaya coloumb per satuan muatan di
suatu titik.
Fluks Magnet
Fluks
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.
Daya listrik
didefinisikan
sebagai laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya
listrik adalah watt yang menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengalir per
satuan waktu (joule/detik).bisa juga diartikan besarnya usaha dalam memindahkan
muatan per satuan waktu atau lebih singkatnya adalah Jumlah Energi Listrik yang
digunakan tiap detik.
Daya
listrik, seperti daya mekanik, dilambangkan oleh huruf P dalam persamaan
listrik. Pada rangkaian arus DC, daya listrik sesaat dihitung menggunakan Hukum
Joule, sesuai nama fisikawan Britania James Joule, yang pertama kali
menunjukkan bahwa energi listrik dapat berubah menjadi energi mekanik, dan
sebaliknya.
P = V I \,
di mana
P adalah daya (watt atau W)
I adalah arus (ampere atau A)
V adalah perbedaan potensial (volt atau V)
Penetapan untuk satuan daya listrik
1 Watt ialah tegangan sebesar 1 Volt mengalir arus sebesar 1 Ampere dengan
faktor kerjaatau Cos φ = 1 ( antara tegangan dan arus sefasa )
P = V x I x Cos φ
Keterangan :
P = Daya Listrik ( Watt )
V = Tegangan listrik ( Volt )
I = Arus listrik ( Ampere )
Cos φ = Faktor daya
Sumber referensi
rapihkan lagi, tandai mana bab dan sub bab.
BalasHapus