Ketidakpastian Pengukuran Fisika

GuruOnlinee.com – Halo sobat cerdas, dalam artikel ini kita akan membahas tentang ketidakpastian pengukuran. Apa sih itu ketidakpastian pengukuran? Apa saja sebab-sebab terjadinya kesalahan dalam pengukuran? Untuk mengetahuinya, yuk simak penjelasan berikut!

A. Kesalahan

Kita sebagai makhluk ciptaan Tuhan tentu tidak luput dari yang namanya kesalahan, ntah itu kesalahan terhadap interaksi antara sesama makhluk maupun kesalahan dalam aktifitas ilmiah seperti kesalahan dalam melakukan pengukuran.

Sebesar apapun kehati-hatian kita dalam melakukan pengukuran maka akan tetap terjadi kesalahan, entah itu kesalahan kita ataupun kesalahan akibat alat ukur.

Dengan kata lain, kita tidak mungkin memperoleh nilai benar, melainkan selalu terdapat ketidakpastian.

Hal tersebut dapat menyadarkan kita sebagai manusia bahwa kesempurnaan hanya milik Tuhan Yang Maha Esa yang selalu benar dan tidak memiliki kesalahan.

Ketidakpastian sering juga disebut dengan kesalahan. Ketidakpastian atau Kesalahan adalah penyimpangan nilai hasil pengukuran dengan nilai yang sebenarnya. Ada tiga macam kesalahan, yaitu kesalahan umum (keteledoran), acak, dan sistematik.

1. Kesalahan umum (keteledoran)

Kesalahan umum atau keteledoran dapat disebabkan oleh kurangnya keterampilan pengamat dalam menggunakan alat ukur, seperti ketika menggunakan alat ukur yang memiliki banyak komponen yang perlu diatur.

Selain itu kesalahan akibat keteledoran juga dapat disebabkan oleh kekeliruan dalam pembacaan skala pada alat ukur.

2. Kesalahan acak

Kesalahan acak disebabkan karena adanya fluktuasi-fluktuasi halus yang muncul ketika dalam proses pengukuran. Seperti fluktuasi pada gerak brown molekul udara, tegangan listrik, kebisingan, landasan objek yang diukur bergetar dan sebagainya.

Kesalahan acak menghasilkan menghasilkan simpangan pengukuran yang tidak dapat diprediksi terhadap nilai yang benar, boleh jadi hasil pengukuran berada di atas atau di bawah dari nilai yang sebenarnya.

3. Kesalahan sistematik

Kesalahan sistematis menyebabkan kumpulan acak bacaan hasil ukur didistribusi secara konsisten disekitar nilai rata-rata yang cukup berbeda dengan nilai sebenarnya.

Kesalahan sistematis dapat diprediksi dan dihilangkan. Penyebab kesalahan-kesalahan sistematis dalam pengukuran dapat disebabkan oleh beberapa hal berikut:

1. Kesalahan Kalibrasi;
2. Kesalahan titik nol;
3. Kesalahan Paralaks;
4. Kesalahan komponen alat ukur.

a. Kesalahan Kalibrasi

Kesalahan kalibrasi adalah kesalahan dalam proses pengamatan yang terjadi akibat ketidaksesuaian alat ukur dengan standar rancangannya, yaitu kesalahan pembubuhan nilai pada garis skala pada saat pembuatannya.

Hal tersebut mengakibatkan pembacaan terlalu besar atau terlalu kecil sepanjang skala. Kesalahan tersebut dapat diatasi dengan melakukan kalibrasi ulang instrumen terhadap instrumen standar.

b. Kesalahan Titik Nol

Kesalahan titik nol adalah kesalahan yang terjadi karena titik nol skala tidak berimpit dengan titik nol jarum penunjuk, atau jarum penunjuk pada alat ukur tidak kembali tepat pada angka nol.

Kesalahan tersebut dapat diatasi dengan melakukan koreksi pada penulisan hasil pengukuran.

c. Kesalahan Paralaks

Kesalahan paralaks adalah kesalahan yang timbul apabila pada waktu membaca skala, pengamat tidak tegak lurus di atas skala/jarum penunjuk.

Kesalahan tersebut dapat diatasi dengan memposisikan mata pengamat tepat diatas skala/jarum penunjuk secara tegak lurus.

Ingat bahwa, menentukan nilai rata-rata hasil pengukuran tidak mengurangi kesalahan sistematis. Oleh sebab itu kesalahan-kesalahan dalam pengukuran harus diminimalisir mungkin.

Ketika sekumpulan hasil pengukuran memiliki kesalahan sistematis kecil, pengukuran itu akurat. Tetapi jika kesalahan sistematis besar, maka pengukuran tidak akurat.

B. Melaporkan Hasil Pengukuran

Dengan melakukan pengukuran suatu besaran secara langsung, misalnya mengukur panjang suatu benda dengan mistar, maka anda tidak mungkin memperoleh nilai yang benar. Hasil pengukuran suatu besaran fisika dapat dilaporkan seperti berikut:

Δx : Ketidakpastian

Untuk menentukan nilai benar x dan ketidakpastian Δx . Tergantung alat ukur yang digunakan dan jumlah pengukurannya (satu kali atau dua kali atau bahkan lebih dari tiga kali pengukuran).

1. Pengukuran Tunggal

Pengukuran tunggal adalah pengukuran yang dilakukan hanya sekali. Ketidakpastian dalam pengukuran ini disebut juga Ketidakpastian Mutlak, yaitu ketidakpastian pengukuran yang ditetapkan sama dengan setengah skala terkecil. Secara matematis dapat ditulis:

dimana NST adalah Nilai Skala Terkecil dari alat ukur.

Pengukuran Tunggal dengan Mistar

Misal, jika Anda melakukan pengukuran terhadap benda dengan menggunakan mistar seperti gambar berikut:

Lalu Anda memutuskan bahwa benda tersebut memiliki ukuran 2,5 cm, maka artinya, Anda memastikan bahwa panjang benda yang Anda ukur adalah pas 2,5 cm. Ini tentu saja keliru, oleh karena, berdasarkan gambar terlihat jelas, pengukurannya tidak pas 2,5 cm. Ada lebihnya, besar lebihnya kita tidak tahu. Tapi kita pastikan panjangnya bukan 2,5 cm pas. Untuk itu kita perlu membuat pelaporan fisikanya.

”nilai skala terkecil (NST) mistar adalah 1 mm atau 0,1 cm”

Maka, Pelaporan Fisika dari pengukuran panjang benda tersebut seperti berikut:

2. Pengukuran Berulang

Pengukuran berulang adalah pengukuran yang dilakukan berulang kali. Ketidakpastian dalam pengukuran ini disebut juga Ketidakpastian Mutlak. Pengukuran berulang umunya dilakukan 2 atau 3 kali saja.

Ketidakpastian mutlaknya di ambil dari deviasi maksimumnya atau deviasi rata-ratanya. Deviasi adalah selisih selisih antara tiap hasil pengukuran dari nilai rata-ratanya.

Misalkan terdapat pengukuran berulang sebanyak 3 kali, maka hasil pengukurannya dapat di tulis sebagai x₁, x₂, dan x₃. Nilai rata-rata pengukuran tersebut dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan:

Sedangkan deviasi dari setiap pengukurannya dapat di cari dengan persamaan:

Ketidakpastian mutlak yang di ambil adalah nilai dari deviasi yang paling besar (deviasi maksimum), atau dapat di ambil dari hasil rata-rata deviasinya dengan persamaan:

Dalam teori pengukuran (Measurement Theory), tidak ada harapan mengetahui x secara pas lewat pengukuran, kecuali jika pengukuran diulang sampai tak berhingga kali. Jadi yang dapat diusahakan adalah mendekati x. Sebaik-baiknya, yakni dengan melakukan pengukuran berulang sebanyak-banyaknya.

Jumlah angka dalam pelaporan fisika pada pengukuran berulang, ditentukan berdasarkan persamaan dan aturan-aturan berikut:

Ketidakpastian relatif dihitung berdasarkan persamaan berikut:

• Ketidakpastian relatif sekitar 10% berhak atas 2 Angka Penting
• Ketidakpastian relatif sekitar 1% berhak atas 3 Angka Penting
• Ketidakpastian relatif sekitar 0,1% berhak atas 4 Angka Penting

Demikianlah pembahasan kita tentang Ketidakpastian Pengukuran Fisika. Terima kasih, semoga bermanfaat.

Untuk memahami fisika lebih dalam, yuk baca berbagai materi fisika SMA pada halaman website ini dengan mengklik: Materi Fisika SMA