Besaran Pokok
Misalkan seseorang berkata,”Rumahku berjarak 3 kilometer dari sini”. Dari kalimat tersebut dalam fisika ada 3 hal yang penting. Kata “jarak” menunjukkan besaran yang diukur, “3” menunjukkan besarnya (nilai) pengukuran dan “kilometer” menunjukkan satuan pengukuran. Besaran adalah sifat-sifat atau keadaan pada benda yang dapat diukur dan dinyatakan dalam angka-angka. Secara umum besaran dibedakan menjadi besaran pokok dan besaran turunan. Besaran pokok adalah besaran yang dimensi dan satuannya didefinisikan atau ditetapkan melalui perjanjian internasional. Perjanjian ini disepakati dalam forum Conference Generale des Poids et Measures (Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran) yang biasa dilaksanakan tiap 6 tahun sekali. Tujuh besaran pokok beserta satuannya dapat dilihat pada Tabel 1.1.
Satuan haruslah tetap, artinya tidak berubah-ubah terhadap perubahan waktu, tempat. atau keadaan lainnya. Berikut ini adalah penetapan satuan besaran pokok yang berlaku saat ini :
1. Satu meter adalah jarak yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama \frac{1}{299792458} sekon (ditetapkan tahun 1983).
2. Satu kilogram adalah massa sebuah silinder logam yang terbuat dari Platina Iridium yang disimpan pada Lembaga Internasional tentang berat dan ukuran di Sevres, Perancis (ditetapkan tahun 1887).
3. Satu sekon adalah waktu yang diperlukan sebuah atom Cesium 133 untuk bergetar sebanyak 9 192 632 770 kali (ditetapkan tahun 1967).
4. Satu ampere adalah kuat arus pada dua penghantar sejajar yang berjarak 1 meter di hampa u-dara sehingga menimbulkan gaya sebesar 2x 10^{-7}newton setiap meter (ditetapkan tahun 1948).
5. Satu Kelvin \frac{1}{273,16} adalah kali suhu titik tripel air (ditetapkan tahun 1954).
6. Satu candela adalah intensitas cahaya suatu sumber yang memancarkan radiasi monokromatik pada frekuensi 540x 10^{12} Hertz dengan intensitas radiasi sebesar \frac{1}{683} watt per steradian dalam arah tersebut (ditetapkan tahun 1979).
7. Satu mol adalah jumlah atom karbon dalam 0,012 kg karbon-12 (C-12). Satu mol terdiri atas 6,025x 10^{23} buah partikel. Nilai ini disebut bilangan Avogadro (ditetapkan tahun 1971).
Besaran Turunan dan Dimensi
Besaran turunan adalah besaran yang satuan dan dimensinya diturunkan dari satuan dan dimensi besaran pokok. Dimensi besaran turunan menyatakan bagaimana besaran turunan itu diturunkan atau disusun dari besaran pokok.
Contoh:
1. Luas = panjang x panjang, maka satuan luas = m x m = m^{2}
Dimensi luas = L x L = L2
2. Laju = \frac{jarak}{waktu} , maka satuan laju = m/s = ms^{-1}
Dimensi laju = L /T = LT^{-1}
3. Massa jenis = \frac{massa}{volume} atau 𝜌 = \frac{m}{v} , maka satuan ρ = \frac{kg}{mxmxm} = kg m^{-3}.
Dimesi ρ= \frac{M}{LxLxL} , jadi dimensi massa jenis adalah ML^{-3}.
Kegunaan dimensi di antaranya adalah sebagai berikut.
a. Untuk mengetahui apakah sebuah rumus benar atau salah.
Contoh soal:
Rumus perpindahan s= \nu_{o}t + \frac{1}{2} αt^{2} , dengan s adalah perpindahan. \nu_{o} adalah kecepatan. α adalah percepatan dan t adalah waktu. Apakah rumus tersebut benar?
Penyelesaian:
Rumus tersebut mungkin benar jika dimensi ruas kanan sama dengan dimensi ruas kiri.
• Ruas kiri : S dimensinya = L
• Ruas kanan suku I : vo t dimensinya = [ LT^{-1} ] [T] = L
• Ruas kanan suku II : \frac{1}{2} αt^{2} dimensinya = [LT^{-2}] [ T^{2} ] = L (keterangan: \frac{1}{2} tidak berdimensi)
Karena dimensi ruas kiri sama dengan dimensi ruas kanan, kesimpulannya rumus s= \nu_{o} t + \frac{1}{2} αt^{2} benar secara dimensi.
Catatan:
Sebuah rumus yang dimensi ruas kanan sama dengan ruas kirinya, tidak menjamin bahwa persamaan tersebut benar. Akan tetapi, persamaan yang benar bisa dipastikan dimensi ruas kanannya sama dengan ruas kirinya.
Contoh: rumus s= \nu_{o} t + αt^{2}, ruas kiri dan kanannya memiliki dimensi yang sama, tetapi persamaan tersebut salah karena dalam kinematika (cabang fisika yang mempelajari tentang gerak), rumus hubungan s, \nu_{o}, α, dan t yang benar adalah s= \nu_{o} t + \frac{1}{2} αt^{2}.
b. Untuk menurunkan persamaan atau rumus
Contoh soal:
Jika sebuah batu diikat dengan tali lalu diputar horisontal, maka tangan kita harus terus menarik tali, tidak boleh kendor atau lepas. Artinya tangan kita mengerjakan gaya (F) pada batu melalui tali. Seberapa besar gaya atau tarikan tangan kita, dapat diduga tergantung pada massa batu (m), panjang tali (l) dan seberapa cepat berputar (v). Jadi bagaimana bentuk persamaan atau rumus yang menghubungkan F, m, l dan v?
Penyelesaian:
Dimensi gaya F = MLT^{-2}
massa m = M
panjang l = L
dan kecepatan v = LT^{-1}
Dimensi ruas kanan = dimensi ruas kiri
F = m^{a} l^{b} v^{c}
MLT^{-2} – M^{a} L^{b} (LT^{-1})^{c}= M^{a} L^{b+c} T^{-c}
Perhatikan pangkat (eksponen) M, L, T ruas kanan harus sama dengan ruas kiri. Kita peroleh a = 1, b+c =1 dan c = 2. Jadi a = 1, b = -1 dan c = 2.
Dengan demikian gaya tarik tangan kita dapat dirumuskan : F= ml^{-1} v^{2}= \frac{ mv^{2} }{t}
Satuan Sistem Internasional (SI) dan Notasi Ilmiah
a. Sasuan SI
Sistem satuan yang digunakan dalam fisika adalah sistem MKS atau Sistem Internasional (SI). Satuan-satuan seperti : inchi, kaki, yard, pound, libus, mil, depa, hasta dan lain-lain tidak digunakan, walaupun dalam teknik atau kehidupan sehari-hari masih dijumpai. Berikut ini adalah tabel konversi satuan-satuan bukan SI.
Dalam sistem satuan selain MKS dikenal pula sistem cgs (centimeter gram sekon).Misalnya : satuan gaya untuk MKS adalah kg ms^{-2} (atau biasa disingkat newton) dan dalam cgs adalah gr cm s^{-2}(atau disingkat dyne). Berikut ini adalah konversi satuan-satuan yang sering dipakai dalam fisika.
➢ 1 dyne = 10^{-5}newton
➢ 1 erg = 10^{-7}joule
➢ 1 kalori = 0,24 joule
➢ 1 kWh = 3,6 x 10^{6}joule
➢ 1 liter = 10^{-3}m^{3} = 1dm^{3}
➢ 1 ml = 1 cm^{3} = 1 cc
➢ 1 atm = 1,013 x 10^{5} pascal
➢ 1 gauss = 10^{-4} tesla
Keunggulan sistem SI di antaranya adalah tersedianya awalan-awalan tertentu (seperti : senti, kilo, mili, mikro, mega dan lain-lain) untuk menyatakan hasil pengukuran yang sangat besar atau sangat kecil. Contoh : 10.000 meter atau 10^{4} m cukup ditulis 10 km, \frac{5}{1000000} farad atau 5.10^{-6}/latex]farad cukup ditulis 5 µf. Tabel 1.3 menyatakan awalan-awalan dalam SI
b. Notasi Ilmiah
Penulisan sepuluh berpangkat pada contoh di atas disebut notasi ilmiah atau penulisan baku atau notasi pangkat 10. Format penulisannya adalah α x 10^{n}, dengan ketentuan 0< α <10 dan n bilangan bulat, α disebut mantisa sedangkan 10^{n} disebut orde. Contohnya jarak bumi ke bulan 384.000.000 m ditulis 3,84 x 10^{8}m, tidak boleh ditulis 38,4 x 10^{7}m atau 0,384 x 10^{9}m walaupun ketiga penulisan tersebut bernilai sama.