Pengguna:Hysocc/Buku/Besaran dan satuan

Dalam sains, besaran adalah ukuran yang membandingkan kondisi satu benda dengan benda lainnya. Sedangkan satuan adalah yang mendefinisikan besaran secara kuantitatif.

Dalam memahami besaran dan satuan, perhatikan contoh berikut. Ani dan Lia memiliki penghapus yang berbeda. Setelah ditimbang dengan kedua tangan, penghapus Lia lebih berat dari Ani (pengamatan besaran massa dan berat). Namun dari pengamatan visual, penghapus Ani lebih panjang dari penghapus Lia (pengamatan besaran panjang).

Pernyataan "penghapus Lia lebih berat dari Ani" masih belum merupakan gambaran kasar karena belum bisa dipakai untuk membandingkan berat objek lainnya (seperti pensil). Maka dari itu, dilakukan pengukuran dengan menggunakan alat ukur standar, misal timbangan digital.

Setelah ditimbang dengan timbangan digital, didapatkan massa penghapus Lia adalah 150 gram dan massa penghapus Ani adalah 100 gram. Dengan menggunakan satuan, perbandingan seberapa besar objek A dibandingkan objek B dapat terlihat lebih jelas. Bahkan membandingkannya dengan objek lainnya bisa diketahui. Misal pensil Ani setelah ditimbang memiliki massa 180 gram. Ketika ditimbang dengan menggunakan tangan, pensil Ani (180 gram) dan penghapus Lia (150 gram) hampir tidak ada bedanya. Setelah dikuantifikasi, akan segera diketahui bahwa pensil Ani adalah lebih berat dibandingkan penghapus Lia.

Dalam kehidupan sehari-hari, kita menggunakan besaran dan satuan. Misal ibu membeli telur ayam satu kg. Terkadang dalam satu kg tersebut ada 10 butir, 11 butir, atau 12 butir. Mengapa bisa berbeda jumlahnya, dikarenakan massa jenis telur yang berbeda. Massa jenis juga merupakan satuan.

Sejarah pengukuran

Pada awal peradaban manusia, pengukuran satuan panjang dilakukan dengan menggunakan panjang anggota tubuh, seperti panjang lengan, jengkal, jari, dan sebagainya. Pengukuran jarak dilakukan dengan panjang langkah atau lemparan batu. Sedangkan pengukuran waktu menggunakan posisi relatif matahari terhadap bumi.

Penetapan sistem pengukuran standar dimulai di peradaban Mesir Kuno. Ketika itu ditetapkan satuan panjang, volume, dan massa menggunakan benda tertentu yang mudah dibuat atau diproduksi di berbagai tempat. Bahkan di era tersebut, satuan untuk mengukur kualitas batu mulia, yaitu karat, berasal dari karob, yang bijinya dipakai untuk menimbang batu mulia tersebut. Biji karob merupakan komoditas kawasan Afrika dan Timur Tengah di masa tersebut.

Seiring waktu, satuan inci, yard, mil berkembang di Romawi Kuno yang mulai diadaptasi ke seluruh Eropa. Penetapan ukuran tersebut merupakan hal yang rumit, seperti satuan jarak mil yang merupakan jarak sepanjang 8 furlong. Sedangkan satu furlong adalah 10 rantai yang masing-masingnya memiliki 100 untaian. Sedangkan satu langkah ditetapkan sepanjang 12 inci, di mana satu inci adalah jarak antara 12 "garis". Mil juga dapat diukur dengan satuan langkah. Satuan massa dan volume pun berbeda-beda untuk setiap komoditas; misal gandum dan batu bara diukur dengan satuan bushel, namun bushel untuk gandum tidak sama dengan bushel untuk batu bara. Dan bushel di Amerika dan bushel di Inggris tidak sama.

Sedangkan pengukuran waktu terstandar tidak berubah sejak jaman Babylonia. Penetapan jumlah hari dalam setahun sebanyak 360 hari terkait dengan pengamatan langit di malam hari di mana posisi benda langit terlihat berputar sejauh satu lingkaran penuh setiap 360 hari. Dari sanalah muncul ukuran bahwa satu lingkaran penuh adalah 360 derajat. Pembagian satu hari menjadi 24 jam, satu jam 60 menit, dan seterusnya mengacu pada penggunaan matematika berbasis enam yang dipakai bangsa Babylonia.

Meski demikian, penggunaan sistem ukuran waktu tersebut belum bisa diterima secara luas karena tidak secara akurat menyebutkan posisi matahari relatif terhadap bumi. Misal di musim dingin di Eropa, matahari hanya muncul beberapa jam saja, namun di musim panas bisa jauh lebih lama. Sehingga dikembangkan jam astronomi yang menggambarkan secara akurat posisi matahari dan bulan relatif terhadap bumi.

Penetapan satuan standar untuk seluruh dunia dimulai setelah penemuan listrik yang memperkaya ilmu pengetahuan, mempercepat pembangunan, dan memungkinkan komunikasi jarak jauh.

Besaran, satuan, dan alat ukurnya

Berikut adalah sebagian kecil dari daftar lengkap besaran, satuan, dan alat ukur yang digunakan manusia.

No.	Besaran	Satuan	Contoh alat ukur
1.	Panjang	Meter, centimeter	Penggaris
2.	Massa	Kg, gram	Timbangan
3.	Waktu	Detik, menit	Jam
4.	Kuat arus listrik	Ampere	Amperemeter
5.	Tegangan listrik	Volt	Voltmeter
6.	Temperatur	Celcius, Kelvin	Termometer
7.	Kecepatan	Meter per detik	Speedometer

Meski satuan yang diukur sama, namun alat ukur dapat berbeda dikarenakan berbagai hal, seperti tingkat sensitivitas dan zat yang diukur. Misal untuk mengukur massa yang kecil seperti spesimen laboratorium, digunakan timbangan digital dengan ketelitian sampai mikrogram. Namun untuk mengukur beras dalam karung, tingkat ketelitian sampai mikrogram tidak dibutuhkan. Contoh lainnya adalah mengukur kecepatan angin tidak bisa menggunakan alat pengukur kecepatan air; energi listrik (Watt) diukur dengan multimeter, sedangkan energi cahaya menggunakan piranometer.

Termometer raksa untuk pengukuran temperatur ruang, dibuat pada awal abad ke-18
Termometer raksa untuk penggunaan klinis (pengukuran temperatur tubuh)
Termometer digital berbasis inframerah untuk mengukur temperatur benda yang jauh
Multimeter digital untuk ampere, volt, ohm, dan watt sekaligus

Besaran pokok dan dimensinya

Besaran pokok adalah satuan yang menjadi dasar dari berbagai besaran lainnya (besaran turunan). Besaran pokok tidak diturunkan dari besaran lain dan mampu berdiri sendiri. Sedangkan besaran turunan diturunkan dari besaran pokok.

Berikut adalah 7 besaran pokok yang digunakan manusia:


Satuan	Simbol	Besaran	Definisi	Dimensi
meter	m	panjang	Seper sepuluh juta jarak dari khatulistiwa ke kutub utara melalui paris	L
kilogram	kg	massa	Massa satu liter air pada temperatur 0 derajat celcius	M
detik	s	waktu	Satu hari dibagi menjadi 24 jam, satu jam dibagi menjadi 60 menit, dan satu menit dibagi menjadi 60 detik	T
ampere	A	kuat arus listrik	Adalah kuat arus listrik yang ketika dialirkan pada dua kabel yang berdekatan sejarak 1 meter mampu menghasilkan gaya sebesar 2 × 10^-7 Newton	I
kelvin	K	temperatur	0 kelvin adalah kondisi di mana atom hidrogen tidak lagi bergerak	Θ
mol	mol	jumlah zat	Satu mol adalah jumlah zat di mana atom karbon yang memiliki enam proton dan enam neutron memiliki massa 12 gram	N
kandela	cd	intensitas cahaya	Cahaya yang dihasilkan lilin lemak ikan paus seberat 1/6 pon (76 gram)	J

Besaran turunan dan analisis dimensi

Besaran turunan adalah besaran yang diturunkan dari besaran pokok. Besaran turunan menggunakan dimensi besaran pokok sehingga dalam perhitungannya akan menggunakan, secara langsung maupun tidak langsung, hasil pengukuran besaran pokok. Contoh dari besaran turunan adalah volume, yang merupakan hasil kali dari tiga besaran panjang. Sehingga dimensi dari volume adalah L × L × L, atau L³.

Sedangkan massa jenis merupakan hasil bagi massa dengan volume. Karena volume memiliki dimensi L³, maka massa jenis memiliki dimensi ML^-3.

Contoh besaran turunan lainnya yaitu gaya, tekanan, energi, daya, muatan listrik, potensial listrik dan hambatan listrik.

Latihan

Jika rumus kecepatan adalah jarak (L) dibagi waktu (T), maka dimensi dari kecepatan adalah..., dan satuan dari kecepatan adalah...
Jika rumus percepatan adalah kecepatan dibagi waktu, maka dimensi dari percepatan adalah..., dan satuan dari percepatan adalah...
Jika rumus dari gaya adalah massa dikali percepatan, maka dimensi dari gaya adalah..., dan satuan dari gaya adalah...
Jika rumus dari tekanan adalah gaya dibagi luas, maka dimensi dari tekanan adalah..., dan satuan dari tekanan adalah...
Jika rumus dari momentum adalah massa dikali kecepatan, maka dimensi dari momentum adalah..., dan satuan dari momentum adalah...
Jika rumus dari inersia adalah gaya dikali waktu, maka dimensi dari inersia adalah..., dan satuan dari inersia adalah...