Besaran & Satuan

Besaran dan Satuan dalam Ilmu Fisika, besaran fundamental, besaran turunan

Besaran dan Satuan

Besaran dalam ilmu fisika dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu besaran fundamental dan besaran turunan. Besaran fundamental adalah besaran yang tidak dapat diuraikan lebih lanjut dalam hal besaran fisika lainnya, misalnya massa, waktu, dan panjang. Sedangkan besaran turunan adalah besaran yang dapat dihitung atau diuraikan dari besaran fundamental, misalnya kecepatan, percepatan, dan momentum.

Setiap besaran memiliki satuan yang digunakan untuk mengukurnya, seperti meter (m) untuk panjang, kilogram (kg) untuk massa, dan detik (s) untuk waktu. Selain itu, terdapat juga dimensi besaran, seperti dimensi panjang, dimensi massa, dan dimensi waktu, yang digunakan untuk menganalisis hubungan antar besaran dalam suatu persamaan fisika.

Besaran Fundamental

Besaran fundamental dalam ilmu fisika adalah besaran yang tidak dapat diuraikan lagi menjadi kombinasi dari besaran fisika lainnya. Terdapat 7 besaran fundamental dalam Sistem Satuan Internasional (SI), yaitu:

Panjang (meter)
Massa (kilogram)
Waktu (detik)
Arus listrik (ampere)
Suhu termodinamika (kelvin)
Intensitas cahaya (kandela)
Jumlah zat (mol)

Ketujuh besaran ini digunakan sebagai dasar untuk menentukan satuan pengukuran yang lainnya dalam SI, dan banyak juga digunakan dalam berbagai cabang fisika seperti mekanika, termodinamika, listrik dan magnetisme, optik, dan lain-lain.

Panjang

Besaran satuan panjang dalam SI adalah meter (m). Satuan ini didefinisikan sebagai jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458 detik. Meter digunakan untuk mengukur panjang atau jarak suatu benda atau ruang dalam sistem metrik.

Contoh penggunaan satuan meter:

Panjang meja di ruangan tersebut adalah 2 meter.
Jarak antara dua kota tersebut adalah 150 kilometer.
Diameter bola sepak adalah sekitar 22 sentimeter.
Lebar lintasan atletik adalah 400 meter.
Ketinggian gedung pencakar langit tersebut adalah 828 meter.

Massa

Besaran satuan massa dalam SI adalah kilogram (kg). Satuan ini didefinisikan sebagai massa dari prototipe internasional kilogram, yang disimpan di markas Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) di Sèvres, Prancis. Kilogram digunakan untuk mengukur massa suatu benda atau zat dalam sistem metrik.

Contoh penggunaan satuan kilogram:

Massa badan seseorang adalah 70 kilogram.
Massa beras yang dibeli adalah 5 kilogram.
Massa atom karbon-12 adalah sekitar 1,99 x 10{^-26} kg.
Massa satu butir pasir adalah sekitar 0,01 gram atau 10 miligram.
Massa bumi adalah sekitar 5,97 x 10^24 kilogram.

Waktu

Waktu adalah besaran fisika yang mengukur urutan peristiwa atau durasi antara peristiwa. Dalam Sistem Satuan Internasional (SI), satuan untuk besaran waktu adalah detik (s). Detik didefinisikan sebagai durasi 9.192.631.770 periode radiasi terkait dengan transisi antara dua level hiperhalus dari keadaan dasar atom cesium-133.

Contoh penggunaan satuan detik:

Waktu tempuh pesawat dari New York ke London adalah sekitar 7.5 jam atau 27.000 detik.
Waktu yang dibutuhkan bola untuk jatuh ke tanah adalah sekitar 3 detik.
Usia alam semesta diperkirakan sekitar 13,8 miliar tahun atau 4,35 x 10^17 detik.
Periode rotasi bumi pada sumbunya adalah sekitar 86.400 detik atau 1 hari.
Waktu setiap putaran bumi mengelilingi matahari adalah sekitar 31.536.000 detik atau 1 tahun.

Arus Listrik

Arus listrik adalah besaran fisika yang mengukur muatan listrik yang mengalir dalam suatu penghantar atau kawat listrik dalam satu satuan waktu. Satuan untuk besaran arus listrik dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah ampere (A). Satu ampere didefinisikan sebagai arus listrik yang mengalir melalui dua konduktor sejajar tak berujung dan lurus dengan jarak antara keduanya adalah 1 meter, dengan gaya antara keduanya adalah 2 x 10^-7 newton per meter.

Contoh penggunaan satuan ampere:

Arus listrik pada setrika adalah sekitar 10 ampere.
Arus listrik pada lampu pijar 60 watt yang terhubung ke sumber listrik 220 volt adalah sekitar 0,27 ampere.
Arus listrik pada baterai AA adalah sekitar 0,02 - 0,03 ampere.
Arus listrik pada kabel listrik yang menyalurkan listrik ke rumah-rumah adalah sekitar 100-200 ampere.
Arus listrik yang dihasilkan oleh alat elektrokardiogram (EKG) pada jantung manusia adalah sekitar 0,5-1,0 miliampere.

Suhu Termodinamika

Suhu termodinamika adalah besaran fisika yang mengukur intensitas rata-rata dari energi kinetik partikel-partikel dalam suatu sistem. Satuan untuk besaran suhu dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah Kelvin (K), yang merupakan satuan interval dari suhu termodinamika.

Contoh penggunaan satuan Kelvin:

Suhu ruangan normal adalah sekitar 298 K atau 25°C.
Suhu beku air pada tekanan standar adalah 273,15 K atau 0°C.
Suhu didih air pada tekanan standar adalah 373,15 K atau 100°C.
Suhu pada permukaan matahari dapat mencapai sekitar 5.500 K.
Suhu kosmik mikro gelombang, sisa radiasi dari awal alam semesta, adalah sekitar 2,7 K.

Intensitas Cahaya

Intensitas cahaya, atau kadang disebut kecerahan, adalah besaran fisika yang mengukur kekuatan cahaya pada suatu arah dalam satu satuan waktu. Satuan untuk besaran intensitas cahaya dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah kandela (cd).

Contoh penggunaan satuan kandela:

Intensitas cahaya lampu pijar 60 watt yang ditempatkan pada jarak 1 meter dari pengamat adalah sekitar 60 kandela.
Intensitas cahaya lilin tunggal pada jarak 1 meter dari pengamat adalah sekitar 1 kandela.
Intensitas cahaya layar televisi atau komputer dapat mencapai ratusan hingga ribuan kandela.
Intensitas cahaya pada siang hari dapat mencapai sekitar 10^4 hingga 10^5 kandela tergantung dari kondisi cuaca dan lokasi.
Intensitas cahaya di malam hari atau dalam keadaan gelap dapat mencapai sekitar 10^-3 kandela atau kurang.

Jumlah Zat

Jumlah zat atau mol adalah besaran fisika yang mengukur jumlah partikel atau molekul dalam suatu benda atau sistem. Satuan untuk besaran jumlah zat dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah mol.

Contoh penggunaan satuan mol:

Jumlah zat air dalam satu mol adalah sekitar 18 gram, yang terdiri dari sekitar 6,02 x 10^23 molekul air.
Jumlah zat natrium klorida (NaCl) dalam satu mol adalah sekitar 58,44 gram, yang terdiri dari sekitar 6,02 x 10^23 molekul NaCl.
Jumlah zat gas ideal yang diukur dalam kondisi standar (25 derajat Celsius dan 1 atmosfer) adalah sekitar 24,45 liter per mol.
Jumlah zat oksigen yang diperlukan untuk membakar 1 mol glukosa dalam proses respirasi seluler adalah 6 mol oksigen.
Jumlah zat klorin yang dilepaskan oleh elektrolisis 1 mol larutan natrium klorida (NaCl) adalah 1 mol klorin dan 1 mol natrium.

Besaran Turunan

Besaran turunan dalam ilmu fisika adalah besaran yang dinyatakan sebagai kombinasi dari satu atau lebih besaran fisika fundamental. Besaran turunan ini didefinisikan untuk mengukur suatu sifat atau karakteristik suatu sistem fisika yang lebih kompleks. Beberapa contoh besaran turunan dalam SI adalah:

Kecepatan (meter per detik)
Akselerasi (meter per detik kuadrat)
Gaya (newton)
Energi (joule)
Tekanan (pascal)
Medan listrik (volt per meter)
Resistansi (ohm)
Kapasitansi (farad)

Besaran turunan ini memiliki satuan pengukuran yang tergantung pada satuan dari besaran fundamental yang digunakan dalam definisinya. Besaran turunan ini banyak digunakan dalam berbagai cabang fisika, seperti mekanika, termodinamika, listrik dan magnetisme, optik, dan lain-lain.

Kecepatan (meter per detik)

Kecepatan adalah besaran fisika yang mengukur perubahan posisi suatu benda dalam satu satuan waktu. Satuan untuk besaran kecepatan dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah meter per detik (m/s).

Contoh penggunaan satuan m/s:

Kecepatan rata-rata mobil yang berjalan sejauh 100 km dalam waktu 2 jam adalah sekitar 27,8 m/s.
Kecepatan suara di udara pada suhu 20 derajat Celsius adalah sekitar 343 m/s.
Kecepatan pesawat terbang komersial saat mengudara sekitar 900 km/jam atau sekitar 250 m/s.
Kecepatan bola yang dilemparkan ke atas dengan kecepatan awal 20 m/s dan di bumi tanpa hambatan adalah sekitar 0 m/s pada ketinggian tertentu sebelum jatuh kembali ke bumi.
Kecepatan elektron yang bergerak dalam suatu medan listrik dapat mencapai jutaan m/s, tergantung pada kuatnya medan listrik dan massa elektron tersebut.

Akselerasi (meter per detik kuadrat)

Akselerasi adalah besaran fisika yang mengukur perubahan kecepatan suatu benda dalam satu satuan waktu. Satuan untuk besaran akselerasi dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah meter per detik kuadrat (m/s²).

Contoh penggunaan satuan m/s²:

Akselerasi gravitasi bumi pada permukaan bumi adalah sekitar 9,81 m/s², yang berarti setiap detik kecepatan benda yang jatuh bebas di permukaan bumi bertambah sebesar 9,81 m/s.
Akselerasi mobil yang berhenti dari kecepatan 100 km/jam dalam waktu 5 detik adalah sekitar 5,6 m/s².
Akselerasi pesawat terbang pada saat lepas landas dan mendarat dapat mencapai beberapa meter per detik kuadrat, tergantung pada jenis pesawat dan kondisi penerbangan.
Akselerasi gerak harmonik sederhana pada pegas yang bergantung pada massa pegas dan massa yang digantung pada pegas tersebut.
Akselerasi benda yang bergerak pada lintasan melingkar seperti roda gigi, mesin cuci, dan mesin pengering dapat dihitung menggunakan persamaan a = v²/r, di mana v adalah kecepatan benda dan r adalah jari-jari lintasan.

Gaya (newton)

Gaya adalah besaran fisika yang mengukur interaksi antara dua objek yang menghasilkan perubahan gerak atau bentuk suatu objek. Satuan untuk besaran gaya dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah newton (N).

Contoh penggunaan satuan N:

Gaya gravitasi bumi pada benda dengan massa 1 kg adalah sekitar 9,81 N pada permukaan bumi.
Gaya tarik atau dorong pada benda yang digerakkan dengan mesin, seperti mobil, kapal, dan pesawat terbang, diukur dalam newton.
Gaya gesekan antara permukaan benda juga diukur dalam newton, misalnya gesekan antara ban mobil dan jalan.
Gaya yang diberikan pada bola ketika memukulnya dalam permainan sepak bola atau tenis adalah sekitar beberapa newton, tergantung pada gaya dan kekuatan pemukul.
Gaya magnet pada benda yang berinteraksi dengan medan magnetik dapat diukur dalam newton, misalnya pada penggunaan magnet di mesin-mesin atau peralatan medis.

Energi (Joule)

Energi adalah besaran fisika yang mengukur kemampuan suatu benda untuk melakukan kerja atau menyebabkan perubahan pada suatu sistem fisika. Satuan untuk besaran energi dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah joule (J).

Contoh penggunaan satuan J:

Energi kinetik suatu benda dapat dihitung menggunakan persamaan E = 1/2 mv², di mana m adalah massa benda dan v adalah kecepatan benda. Jadi, jika sebuah benda bergerak dengan kecepatan 10 m/s dan memiliki massa 2 kg, maka energi kinetiknya adalah 100 J.
Energi potensial gravitasi suatu benda dapat dihitung menggunakan persamaan E = mgh, di mana m adalah massa benda, g adalah percepatan gravitasi bumi, dan h adalah ketinggian benda dari permukaan bumi. Jadi, jika sebuah benda dengan massa 1 kg berada pada ketinggian 10 meter di atas permukaan bumi, maka energi potensial gravitasinya adalah sekitar 98 J.
Energi listrik yang dihasilkan oleh alat-alat elektronik seperti baterai, generator, dan panel surya diukur dalam joule.
Energi yang dihasilkan oleh bahan bakar seperti bensin dan minyak diukur dalam joule per liter atau joule per kilogram.
Energi yang dilepaskan dalam ledakan atau reaksi kimia juga diukur dalam joule.

Tekanan (Pascal)

Tekanan adalah besaran fisika yang mengukur gaya per satuan luas yang bekerja pada suatu permukaan. Satuan untuk besaran tekanan dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah pascal (Pa), yang setara dengan satu newton per meter persegi (N/m²).

Contoh penggunaan satuan Pa:

Tekanan atmosfer di permukaan laut adalah sekitar 101.325 Pa atau sekitar 1 atm (atmosfer).
Tekanan pada cairan di dalam wadah tertutup seperti tabung Bourdon yang digunakan dalam pengukuran tekanan pada mesin atau alat-alat industri, diukur dalam satuan Pa.
Tekanan pada gas dalam tabung tertutup atau dalam balon udara atau gas helium dalam balon selang, juga diukur dalam satuan Pa.
Tekanan darah manusia diukur dalam satuan mmHg (milimeter raksa) atau kPa (kiloPascal).
Tekanan pada aliran fluida dalam pipa atau saluran air atau udara diukur dalam satuan Pa.
Tekanan yang dihasilkan oleh benda yang diletakkan pada permukaan padat atau cair seperti ban mobil atau kaki meja juga diukur dalam satuan Pa.

Medan Listrik (Volt per Meter)

Medan listrik adalah besaran fisika yang mengukur kekuatan suatu medan listrik di suatu tempat dalam ruang. Satuan untuk besaran medan listrik dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah volt per meter (V/m), yang setara dengan satu volt per meter.

Contoh penggunaan satuan V/m:

Medan listrik yang dihasilkan oleh benda-benda listrik seperti muatan listrik positif dan negatif diukur dalam satuan V/m.
Medan listrik yang dihasilkan oleh sebuah baterai atau sumber listrik lainnya dapat diukur dalam satuan V/m.
Medan listrik juga dapat dihasilkan oleh sinyal listrik seperti dalam antena, dan dapat diukur dalam satuan V/m.
Medan listrik juga digunakan dalam teknologi touchscreen, yang mengukur perubahan medan listrik di permukaan layar sentuh. Besaran medan listrik yang dihasilkan diukur dalam satuan V/m.
Medan listrik juga dapat dihasilkan oleh medan elektromagnetik, dan diukur dalam satuan V/m.

Satuan V/m juga dapat digunakan untuk mengukur besaran medan listrik dalam suatu medium atau bahan isolator seperti kaca atau plastik, yang dapat digunakan dalam teknologi isolasi atau insulasi listrik.

Resistansi (Ohm)

Resistansi adalah besaran fisika yang mengukur tingkat resistansi suatu bahan atau komponen listrik terhadap aliran arus listrik. Satuan untuk besaran resistansi dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah ohm (Ω).

Contoh penggunaan satuan Ω:

Resistansi merupakan parameter kunci dalam hukum Ohm, yang menyatakan bahwa arus listrik yang mengalir melalui suatu bahan atau komponen listrik sebanding dengan resistansi bahan atau komponen tersebut, dan sebaliknya.
Nilai resistansi juga dapat digunakan untuk mengukur kekuatan sinyal listrik dalam sistem elektronik seperti amplifier atau filter, di mana nilai resistansi suatu komponen dapat digunakan untuk mengontrol tegangan atau arus yang melewatinya.
Nilai resistansi juga digunakan dalam pengukuran suhu melalui sensor termistor, yang mengukur perubahan resistansi bahan dengan perubahan suhu.
Nilai resistansi juga penting dalam perhitungan daya listrik atau daya hantar suatu kabel atau jaringan listrik.
Nilai resistansi juga digunakan dalam pengukuran arus dan tegangan dalam sirkuit listrik atau perangkat listrik lainnya.

Satuan Ω juga digunakan dalam pengukuran resistansi pada berbagai jenis bahan dan komponen listrik, seperti kawat tembaga, resistor, transistor, dioda, dan kapasitor.

Kapasitansi (Farad)

Kapasitansi adalah besaran fisika yang mengukur kemampuan suatu benda atau sistem untuk menyimpan muatan listrik. Satuan untuk besaran kapasitansi dalam Sistem Satuan Internasional (SI) adalah farad (F).

Contoh penggunaan satuan F:

Kapasitansi digunakan dalam perhitungan dan desain rangkaian elektronik seperti kapasitor, yang menyimpan muatan listrik dalam medan listrik antara dua konduktor terpisah.
Nilai kapasitansi juga digunakan dalam perhitungan dan analisis sistem elektronik seperti filter, osilator, dan rangkaian penyimpan energi seperti baterai.
Kapasitansi juga penting dalam pemahaman dan pengukuran parameter elektrik dari material isolator seperti kapasitor atau dielektrik, yang menyimpan muatan listrik tanpa mengalirkan arus.
Nilai kapasitansi juga digunakan dalam pengukuran dan analisis sirkuit listrik, seperti dalam pengukuran nilai resonansi atau dalam perhitungan waktu konstan pada rangkaian RC (resistor-kapasitor).
Nilai kapasitansi juga digunakan dalam sistem pembangkit tenaga listrik, seperti kapasitor pembangkit listrik tenaga surya atau pembangkit listrik tenaga angin, yang menyimpan energi listrik dari sumber daya terbarukan sebelum dialirkan ke jaringan listrik.

Satuan F juga digunakan dalam pengukuran kapasitansi pada berbagai jenis kapasitor, seperti kapasitor film, kapasitor elektrolit, kapasitor tantalum, dan kapasitor keramik.