pertemuan 1muchlis07.staff.gunadarma.ac.id/downloads/files/66615/... · kategori nama besaran...
TRANSCRIPT
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