Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Besaran Pokok Fisika Sesuai Sistem Satuan Internasional

    Ilmu Fisika didasarkan pada pengamatan eksperimental dan pengukuran kuantitatif untuk mencari hukum-hukum dasar yang mengatur fenomena alam. Persamaan-persamaan matematis digunakan sebagai bahasa untuk menyatakan hukum fisika dengan menggunakan satuan-satuan didalamnya. Satuan-satuan fisika tersebut harus memiliki standar masing-masing untuk dapat dipahami, diterima dan memiliki sifat ukur yang jelas. Pada tahun 1960 ditetapkan suatu standar besaran dasar ilmu pengetahuan yaitu SI ( System International ). Satuan fisika terdiri dari besaran pokok dan besaran turunan, sebagain besar satuan merupakan besaran turunan sebagai hasil gabungan dari sejumlah besaran pokok. Terdapat tujuh besaran pokok didalam Fisika yaitu panjang, massa, waktu, arus listrik, suhu termodinamika, jumlah zat, intensitas cahaya. Besaran-besaran lain dalam Fisika merupakan hasil terunan dari beberapa besaran pokok ini dan dapat dinyatakan didalamnya sehingga disebut sebagai besaran turunan.

1. Waktu (Second)

    Awalnya standar waktu didefiniskan sebagai rata-rata hari matahari pada tahun 1900. Hari matahari adalah jarak waktu antar kemunculan matahari pada titik tertinggi dilangit yang dicapai setiap harinya . Satuan second didefinisikan \(\left( {\frac{1}{{60}}} \right)\left( {\frac{1}{{60}}} \right)\left( {\frac{1}{{24}}} \right)\) dari rata-rata hari matahari. Namun standar ini memiliki kelemahan yaitu rotasi bumi akan selalu berbeda dari waktu ke waktu. Maka dari itu pada tahun 1967, satuan second didefinisikan ulang dengan memanfaatkan presisi tinggi dari jam atomik yang menggunakan karakteristik frekuensi atom cesium-133. Satuan ini didefinisikan dengan mengambil nilai numerik tetap dari frekuensi cesium \(\Delta {v_{Cs}}\) yang berkaitan dengan transisi dua tingkat hyperfine dalam keadaan ground-state (ketidakadaan medan magnet) dari atom cesium-133 pada suhu nol Kelvin. Satu second didefinisikan sebagai 9 192 631 770 kali periode getaran radiasi dari atom cesium-133. Satu periode didefinisikan sebagai interval waktu yang diperlukan untuk menyelesaikan satu getaran.

\(\begin{array}{*{20}{c}}1&{Hz}\end{array} = \frac{{\Delta {v_{Cs}}}}{{\begin{array}{*{20}{c}}9&{192}&{631}&{770}\end{array}}}\)
atau 
\(\begin{array}{*{20}{c}}1&s\end{array} = \frac{{\begin{array}{*{20}{c}}9&{192}&{631}&{770}\end{array}}}{{\Delta {v_{Cs}}}}\)

2. Panjang (Meter)


    Standar ukuran panjang memiliki sejarahnya, standar ini dimulai ketika raja Inggris pada tahun 1120 menetapkan standar ukuran panjang yaitu yard. Besarnya yard diukur tepat dari ujung hidung sampai lengannya yang direntangkan. Negara Perancis sendiri memiliki standar panjangnya yang berdasarkan panjang kaki Raja Louis XIV, namun standar ini hanya berlaku sampai tahun 1799. Baru setelah itu standar panjang di negara Perancis berubah menjadi metre yang didasarkan dari sepersepuluh juta jarak khatuslistiwa ke kutub utara sepanjang suatu garis bujur yang melalui Paris. 
    Pada tahun 1960-1970 an panjang didefinisikan sebagai 1650763,73 kali panjang gelombang sinar merah-oranye yang dipancarkan oleh lampu krypton-86. Namun, pada Oktober 1983 satuan ini didefinisikan dengan mengambil nilai numerik tetap dari kecepatan cahaya dalam ruang hampa c menjadi 299 792 458 bila dinyatakan dalam satuan m s-1, dimana second didefinisikan dari frekuensi cesium-133. 
\(\begin{array}{*{20}{c}}1&m\end{array} = \left( {\frac{c}{{\begin{array}{*{20}{c}}{299}&{792}&{458}\end{array}}}} \right)s = \begin{array}{*{20}{c}}{\frac{{\begin{array}{*{20}{c}}9&{192}&{631}&{770}\end{array}}}{{\begin{array}{*{20}{c}}{299}&{792}&{458}\end{array}}}}&{\frac{c}{{\Delta {v_{Cs}}}}}\end{array} \approx \begin{array}{*{20}{c}}{30,663}&{319}\end{array}\frac{c}{{\Delta {v_{Cs}}}}\)
Dari hubungan inilah 1 metre didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/ 299 792 458 second. 

3. Massa (kg



    Satuan massa dalam SI adalah kilogram (kg), awalnya satuan ini didefinisikan sebagai massa silinder logam khusus campuran platinum-iridium yang disimpan di International Bureau of Weights and Measures di Sevres, Prancis. Satuan ini tidak pernah berubah selama 130 tahun karena campuran platinum-iridium merupakan logam campuran yang paling stabil. Prototipe satu kilogram yang paling benar didunia disebut sebagai Le Grand K, namun faktanya massa prototipe tersebut berubah 50 mikrogram lebih ringan. Perubahan ini menunjukkan bahwa satuan tersebut tidak lagi akurat untuk penelitian dan aplikasi yang membutuhkan presisi tinggi. Hingga akhirnya pada Mei 2019 ditetapkan redefinisi untuk satuan massa, definisi ini dihubungkan langsung dengan sifat atomik dan konstanta alam yang jauh lebih akurat daripada menggunakan artefak atau benda fisik seperti campuran logam.
    Redefinisi satuan kilogram mengambil nilai numerik tetap dari konstanta \(\hbar \) menjadi 6,626 070 15 x \({10^{ - 34}}\) ketika dinyatakan dalam unit J s, yang sama dengan \(\begin{array}{*{20}{c}}{kg}&{{m^2}}&{{s^{ - 1}}}\end{array}\) dimana metre dan second didefinisikan dalam ketentuan c dan dVcs. Ekspresi yang tepat untuk kilogram dapat dinyatakan dalam hubungan tiga konstanta dasar alam sebagai berikut,
\(1kg = \left( {\frac{h}{{6,62607015 \times {{10}^{ - 34}}}}} \right){m^{ - 2}}s\)

\(1kg = \frac{{{{\left( {299792458} \right)}^2}}}{{\left( {6,62607015 \times {{10}^{ - 34}}} \right)\left( {9192631770} \right)}}\frac{{h\Delta {v_{Cs}}}}{{{c^2}}} \approx 1,4755214 \times {10^{40}}\frac{{h\Delta {v_{Cs}}}}{{{c^2}}}\)

Bersamaan dengan definisi dari metre dan second dapat mengarah kedefinisi satuan massa yang dinyatakan dalam konstanta Plank h. Saat penerapannya angka yang dipilih untuk nilai numerik konstanta Plank harus menghasilkan kilogram yang sama dengan massa prototipe internasional m(K) = 1 kg, dengan ketidakpastian standar relatif 1 x \({10^{ - 8}}\) yang merupakan estimasi terbaik. 

4. Arus Listrik (Ampere)



Ampere sebagai satuan SI dari arus listrik, definisi ini mengambil nilai numerik tetap dari muatan dasar e menjadi 1,602 176 634 x \({10^{ - 19}}\) ketika dinyatakan dalam unit C yang sama dengan A, dimana kedua definisi ini dinyatakan dalam dVcs. Dari definisi ini didapatkan hubungan tepat e = 1.602 176 634 x \({10^{ - 19}}\) A s, pembalikkan hubungan ini memberikan ekspresi tepat untuk satuan ampere, 
\(\begin{array}{*{20}{c}}1&A\end{array} = \left( {\frac{e}{{\begin{array}{*{20}{c}}{1,602}&{176}&{634}&{ \times {{10}^{ - 19}}}\end{array}}}} \right){s^{ - 1}}\)

\(\begin{array}{*{20}{c}}1&A\end{array} = \frac{1}{{\left( {\begin{array}{*{20}{c}}9&{192}&{631}&{770}\end{array}} \right)\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{1,602}&{176}&{634}&{ \times {{10}^{ - 19}}}\end{array}} \right)}}\begin{array}{*{20}{c}}{\Delta {v_{Cs}}}&e\end{array} \approx \begin{array}{*{20}{c}}{6,789}&{687}&{ \times {{10}^8}}\end{array}\begin{array}{*{20}{c}}{\Delta {v_{Cs}}}&e\end{array}\)

Dari ekspresi ini dapat didefinisikan bahwa 1 Ampere adalah arus listrik yang sesuai dengan aliran  \(\frac{1}{{\left( {9192631770} \right)\left( {1,602176634 \times {{10}^{ - 19}}} \right)}}\) muatan dasar per second. 

5. Suhu Termodinamika (Kelvin)



Satuan SI dari suhu termodinamika adalah Kelvin (K), satuan ini didefinisikan dengan mengambil nilai numerik tetap dari konstanta Boltzman k menjadi 1,380 649 x \({10^{ - 23}}\) saat dinyatakan dalam satuan \(\begin{array}{*{20}{c}}J&{{K^{ - 1}}}\end{array}$ yang sama dengan $\begin{array}{*{20}{c}}{kg}&{{m^2}}&{{s^{ - 2}}}\end{array}{K^{ - 1}}\) . Dimana satuan kilogram, metre dan second didefinisikan kedalam h, c dan dVcs. Dari definisi ini diperoleh suatu relasi yang pasti dari nilai k = 1,380 649 x \({10^{ - 23}}\) \(\begin{array}{*{20}{c}}{kg}&{{m^2}}&{{s^{ - 2}}}\end{array}{K^{ - 1}}\) . Pembalikkan hubungan ini memberikan ekspresi tepat untuk satuan kelvin, 
\(\begin{array}{*{20}{c}}1&K\end{array} = \left( {\frac{{\begin{array}{*{20}{c}}{1,380}&{649}\end{array}}}{k}} \right) \times {10^{ - 23}}\begin{array}{*{20}{c}}{kg}&{{m^2}}&{{s^{ - 2}}}\end{array}\)

\(\begin{array}{*{20}{c}}1&K\end{array} = \frac{{\begin{array}{*{20}{c}}{1,380}&{649 \times {{10}^{ - 23}}}\end{array}}}{{\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{6,626}&{070}&{15}&{ \times {{10}^{ - 34}}}\end{array}} \right)\left( {\begin{array}{*{20}{c}}9&{192}&{631}&{770}\end{array}} \right)}}\frac{{\begin{array}{*{20}{c}}{\Delta {v_{Cs}}}&h\end{array}}}{k} \approx \begin{array}{*{20}{c}}{6,266}&{6653}&{\frac{{\begin{array}{*{20}{c}}{\Delta {v_{Cs}}}&h\end{array}}}{k}}\end{array}\)

Dari ekspresi ini dapat diartikan bahwa 1 Kelvin sama dengan perubahan suhu termodinamika yang menghasilkan perubahan energi termal kT sebesar 1,380 649 x \({10^{ - 23}}\) J

6. Jumlah Zat (mole)



Mole (mol) merupakan satuan SI dari jumlah zat, satu mol mengandung 6.022 140 76 x \({10^{ 23}}\) entitas dasar. Angka ini diambil dari nilai numerik tetap konstanta Avogadro Na saat diekspresikan kedalam satuan \(mo{l^{ - 1}}\) . sehingga disebut sebagai bilangan avogadro. Entitas dasar dapat berupa ato, molekul, ion, elektron, partikel lainnya ataupun kelompok partikel tertentu. Dari definisi ini diperoleh suatu relasi pasti dari nilai Na = 6.022 140 76 x \({10^{ 23}}\) \(mo{l^{ - 1}}\) , pembalikkan hubungan ini akan memberikan ekspresi untuk satuan mol yaitu,  
\(\begin{array}{*{20}{c}}1&{mol}\end{array} = \left( {\frac{{\begin{array}{*{20}{c}}{6,022}&{140}&{76 \times {{10}^{23}}}\end{array}}}{{{N_A}}}} \right)\)
Ekspresi ini memberikan arti bahwa mol adalah jumlah zat sistem yang mengandung 6.022 140 76 x \({10^{ 23}}\) . entitas dasar yang ditentukan. Nama dari “jumlah zat” dapat disingkat “jumlah” untuk memberikan definisi yang tepat dari entitas dasar yang terlibat didalamnya. Misalkan “jumlah hidrogen klorida HCL”, “Jumlah benzena”. Singkatan “jumlah” sebaiknya dilakukan dengan menentukan formula kimia molekuler dari bahan yang terlibat.  

7. Intensitas Cahaya (candela



Candela memiliki simbol cd yang merupakan satuan SI dari intensitas cahaya. Satuan ini didefinisikan dengan mengambil nilai numerik tetap dari frekuensi radiasi monokromatik 540 x ${10^{ 12}}$ Hz, Kcd, menjadi 683 ketika diekspresikan kedalam satuan \(\begin{array}{*{20}{c}}{lm}&{{W^{ - 1}}}\end{array}\) yang sama dengan  \(\begin{array}{*{20}{c}}{cd}&{sr}&{{W^{ - 1}}}\end{array}\) . Satuan \(\begin{array}{*{20}{c}}{cd}&{sr}&{{W^{ - 1}}}\end{array}\) dapat dinyatakan dalam \(\begin{array}{*{20}{c}}{cd}&{sr}&{k{g^{ - 1}}{m^{ - 2}}{s^2}}\end{array}\) dimana kilogram, metre, dan second didefinisikan menggunakan ketentuan h, c ,dVcv. Definisi ini memberikan suatu relasi pasti nilai Kcd = 638 \(\begin{array}{*{20}{c}}{cd}&{sr}&{k{g^{ - 1}}{m^{ - 2}}{s^2}}\end{array}\) untuk frekuensi radiasi monokromatik sebesar v = 540 x \({10^{ 12}}\) Hz . Pembalikan relasi ini dapat memberikan definisi pasti untuk candela yaitu, 
\(\begin{array}{*{20}{c}}1&{cd}\end{array} = \left( {\frac{{{K_{cd}}}}{{683}}} \right)\begin{array}{*{20}{c}}{kg}&{{m^2}}&{{s^{ - 2}}}&{s{r^{ - 1}}}\end{array}\)

\(\begin{array}{l}\begin{array}{*{20}{c}}1&{cd}\end{array} = \frac{1}{{\left( {\begin{array}{*{20}{c}}{6,626}&{070}&{15}&{ \times {{10}^{ - 34}}}\end{array}} \right){{\left( {\begin{array}{*{20}{c}}9&{192}&{631}&{770}\end{array}} \right)}^2}683}}{\left( {\Delta {v_{Cs}}} \right)^2}\begin{array}{*{20}{c}}h&{{K_{cd}}}\end{array}\\\\\begin{array}{*{20}{c}}{}&{}&{}\end{array} \approx \begin{array}{*{20}{c}}{2,614}&{830 \times {{10}^{10}}}&{{{\left( {\Delta {v_{Cs}}} \right)}^2}}&h&{{K_{cd}}}\end{array}\end{array}\)
Dari definisi ini dapat diartikan bahwa satu candela adalah intensitas cahaya dalam arah tertentu dari sumber yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi 540 x \({10^{ 12}}\) Hz dan memiliki intensitas radiasi dalam arah 1/683 W/ sr. 

SI didefinisikan dalam tujuh besaran pokok dan besaran turunan yang didefinisikan sebagai hasil kali pangkat dari besaran pokok. Ketujuh besaran pokok dipilih karena alasan sejarah, dan menurut konvensi dianggap independen secara dimensi: meter, kilogram, sekon, ampere, kelvin, mol, dan candela. Peran besaran pokok ini berlanjut sampai sekarang meskipun SI itu sendiri sekarang didefinisikan dalam istilah konstanta penentu di atas.

#besaranpokokfisika

Sumber : 
Bureau International des Poids et Mesures (bipm)

Posting Komentar untuk "Besaran Pokok Fisika Sesuai Sistem Satuan Internasional "