Macam-macam Kesalahan Pengukuran-
Untuk mengukur suatu besaran fisika, kalian dapat menggunakan satu
instrumen atau lebih. Dalam menggunakan instrumen, kalian harus dapat
memilih dan merangkai alat ukur atau instrumen tersebut dengan benar.
Selain itu, kalian juga dituntut untuk dapat membaca nilai atau skala
yang ditunjukkan oleh instrumen dengan benar. Dengan memilih alat yang
sesuai, merangkai alat dengan benar, dan cara membaca skala dengan
benar, kalian bisa meminimalkan kesalahan dalam pengukuran. Selain
faktor dari orang yang mengukur, ketelitian alat ukur atau instrumen
juga mempengaruhi hasil pengukuran. Ketelitian alat ukur atau instrumen
dijamin sampai pada persentase tertentu dari skala penuh. Ketelitian
alat ukur terkadang menyebabkan hasil pengukuran mengalami penyimpangan
dari yang sebenarnya. Batas-batas dari penyimpangan ini disebut dengan kesalahan batas. Apa sajakah kesalahan-kesalahan dalam pengukuran? Bagaimana kesalahan tersebut dapat terjadi?
1. Kesalahan dalam Pengukuran
Dalam
pengukuran besaran fisis menggunakan alat ukur atau instrumen, kalian
tidak mungkin mendapatkan nilai benar. Namun, selalu mempunyai
ketidakpastian yang disebabkan oleh kesalahan-kesalahan dalam
pengukuran. Kesalahan dalam pengukuran dapat digolongkan menjadi
kesalahan umum, kesalahan sistematis, dan kesalahan acak. Berikut akan
kita bahas macam-macam kesalahan tersebut.
a. Kesalahan Umum
Kesalahan
yang dilakukan oleh seseorang ketika mengukur termasuk dalam kesalahan
umum. Kesalahan umum yaitu kesalahan yang disebabkan oleh pengamat.
Kesalahan ini dapat disebabkan karena pengamat kurang terampil dalam
menggunakan instrumen, posisi mata saat membaca skala yang tidak benar,
dan kekeliruan dalam membaca skala. Perhatikan Gambar 1.6.
Gambar 1.6 Posisi mata saat membaca skala yang salah dan benar.
b. Kesalahan Sistematis
Kesalahan
yang disebabkan oleh kesalahan alat ukur atau instrumen disebut
kesalahan sistematis. Kesalahan sistematis dapat terjadi karena:
1) Kesalahan titik nol yang telah bergeser dari titik yang sebenarnya.
2)
Kesalahan kalibrasi yaitu kesalahan yang terjadi akibat adanya
penyesuaian pembubuhan nilai pada garis skala saat pembuatan alat.
3)
Kesalahan alat lainnya. Misalnya, melemahnya pegas yang digunakan pada
neraca pegas sehingga dapat memengaruhi gerak jarum penunjuk.
c. Kesalahan Acak
Selain
kesalahan pengamat dan alat ukur, kondisi lingkungan yang tidak menentu
bisa menyebabkan kesalahan pengukuran. Kesalahan pengukuran yang
disebabkan oleh kondisi lingkungan disebut kesalahan acak. Misalnya,
fluktuasi-fluktuasi kecil pada saat pengukuran e/m (perbandingan
muatan dan massa elektron). Fluktuasi (naik turun) kecil ini bisa
disebabkan oleh adanya gerak Brown molekul udara, fluktuasi tegangan
baterai, dan kebisingan (noise) elektronik yang besifat acak dan sukar dikendalikan.
2. Ketidakpastian Pengukuran
Kesalahan-kesalahan
dalam pengukuran menyebabkan hasil pengukuran tidak bisa dipastikan
sempurna. Dengan kata lain, terdapat suatu ketidakpastian dalam
pengukuran. Dalam penyusunan laporan hasil praktikum fisika, hasil
pengukuran yang kalian lakukan harus dituliskan sebagai:
x = x0 + Δx
Keterangan:
x = hasil pengamatan
x0 = pendekatan terhadap nilai benar.
Δx = nilai ketidakpastian.
Arti dari penulisan tersebut adalah hasil pengukuran (x) yang benar berada di antara x – Δx dan x + Δx. Penentuan x0 dan Δx tergantung pada pengukuran tunggal atau pengukuran ganda atau berulang.
a. Ketidakpastian dalam Pengukuran Tunggal
Jika
mengukur panjang meja dengan sebuah penggaris, kalian mungkin akan
mengukurnya satu kali saja. Pengukuran yang kalian lakukan ini disebut
pengukuran tunggal. Dalam pengukuran tunggal, pengganti nilai benar (x0)
adalah nilai pengukuran itu sendiri. Apabila kalian perhatikan, setiap
alat ukur atau instrumen mempunyai skala yang berdekatan yang disebut skala terkecil. Nilai ketidakpastian (Δx)
pada pengukuran tunggal diperhitungkan dari skala terkecil alat ukur
yang dipakai. Nilai dari ketidakpastian pada pengukuran tunggal adalah
setengah dari skala terkecil pada alat ukur.
Δx = ½ × skala terkecil
b. Ketidakpastian dalam Pengukuran Berulang
Dalam
praktikum fisika, terkadang pengukuran besaran tidak cukup jika hanya
dilakukan satu kali. Ada kalanya kita mengukur besaran secara
berulang-ulang. Ini dilakukan untuk mendapatkan nilai terbaik dari
pengukuran tersebut. Pengukuran berulang adalah pengukuran yang
dilakukan beberapa kali atau berulang-ulang. Dalam pengukuran berulang,
pengganti nilai benar adalah nilai rata-rata dari hasil pengukuran. Jika
suatu besaran fisis diukur sebanyak N kali, maka nilai rata-rata dari pengukuran tersebut dicari dengan rumus sebagai berikut.
x = Σxi/N
x = nilai rata-rata
Σxi = jumlah keseluruhan hasil pengukuran
N = jumlah pengukuran
Nilai ketidakpastian dalam pengukuran berulang dinyatakan sebagai simpangan baku, yang dapat dicari dengan rumus:
s = N-1(√(nΣxi2) – (Σxi)2) (N-1)-1
Keterangan:
s = simpangan baku.
Dengan
adannya ketidakpastian dalam pengukuran , maka tingkat ketelitian hasil
pengukuran dapat diligat dari ketidakpastian relatif diperoleh dari
hasil bagi antara nilai ketidakpastian (∆x) dengan nilai benar dikalikan
dengan rumus 100%.
Ketidakpastian relatif =[ (∆x)/x] . 100%
Ketidakpastian
relatif dapat digunakan untuk mengetahui tingkat ketelitian pengukuran.
Semakin kecil nilai ketidakpastian relatif makin tinggi ketelitian
pengukuran.