alat ukur1

ALAT UKUR

1. Barometer

Pada abad ke-17 seorang ilmuwan berkebangsaan Italia bernama Evangelista Torricelli (1608–1647) mencoba mengukur tekanan udara. Karena keuletannya, dia berhasil melakukan percobaan untuk membuktikan tekanan udara dengan memperkenalkan alat pengukur tekanan yang disebut barometer pertama yang sangat sederhana. Alatnya hanya menggunakan sebuah pipa kaca yang panjangnya 1 meter dengan salah satu ujungnya tertutup dan raksa. Torricelli melakukan percobaan di daerah pantai pada ketinggian permukaan laut. Caranya, pipa kaca diisi dengan air raksa sampai penuh, kemudian pipa yang terbuka tersebut dimasukkan ke dalam bejana berisi raksa.

Hasil percobaannya menunjukkan bahwa raksa yang berada di dalam pipa akan turun sampai 24 cm sehingga tinggi raksa yang berada di dalam pipa menjadi 76 cm. Lalu, Torricelli mengubah-ubah kemiringan pipa dan ternyata tinggi raksa tidak berubah. Dia menyimpulkan bahwa tekanan di permukaan laut itu sebesar 76 cmHg atau disebut 1 atmosfer. Untuk mengukur tekanan atmosfer di daerah tertentu pun cara yang digunakan adalah sama, yaitu hanya dengan melihat ketinggian raksa di dalam pipa Torricelli yang ditempatkan di daerah tersebut. Dengan demikian, tekanan atmosfer di daerah itu dapat diketahui.

Percobaan Toricelli

Alat untuk mengukur tekanan udara disebut Barometer. Barometer banyak jenisnya, salah satunya sudah dibahas di atas, yaitu Barometer Torricelli. Barometer Torricelli tentu tidak praktis karena kamu harus membawa alat yang tingginya 1 meter dengan raksa yang sangat berbahaya apabila uapnya terisap olehmu. Hal ini disebabkan massa jenis uap raksa sangat berat sehingga apabila terisap ke paru-paru sulit untuk keluar lagi. Oleh sebab itu, para ahli berusaha membuat alat pengukur tekanan udara yang praktis, di antaranya adalah sebagai berikut.

a.             Barometer Fortin

Barometer raksa disebut barometer Fortin karena yang pertama membuatnya adalah seorang ahli Fisika berkebangsaan Prancis Nicolas Fortin walaupun yang kali pertama menemukannya Torricelli. Barometer ini dapat mengukur dengan teliti karena dilengkapi dengan skala nonius atau skala vernier seperti halnya dalam jangka sorong. Ketelitian alat ukur ini mencapai 0,01 cmHg. Barometer ini cukup panjang seperti halnya barometer Torricelli sehingga sulit untuk dibawa-bawa.

Barometer Air Raksa

b.             Barometer Logam

Barometer logam disebut barometer aneroid. Barometer ini banyak digunakan di Badan Meteorologi dan Geofisika untuk memperkirakan cuaca dengan mengukur tekanan udaranya. Barometer logam biasa juga disebut barometer kering. Barometer logam lebih praktis untuk dibawa-bawa dan skalanya mudah dibaca karena berbentuk lingkaran. Bagian utama dari barometer ini adalah sebuah kotak logam kecil berisi udara dengan tekanan yang sangat rendah. Permukaan kotak dibuat bergelombang agar lebih mudah melentur di bagian tengahnya. Jika tekanan bertambah, bagian atas dan bawah kotak mengempis sehingga menekan kotak logam yang berisi udara. Akibatnya, tekanannya naik dan akan menggerakkan tuas yang menarik rantai kiri sehingga jarum penunjuk barometer akan menyimpang ke kanan dengan menunjukkan angka tertentu.

Barometer Logam

Seperti yang telah dijelaskan sebelumnya bahwa barometer merupakan alat pengukur tekanan udara. Tekanan udara akan berbanding terbalik dengan ketinggian suatu tempat sehingga semakin tinggi tempat dari permukaan laut semakin rendah tekanan udarannya. Kondisi ini karena makin tinggi tempat akan makin berkurang udara yang menekannya. Satuan hitung tekanan udara adalah milibar, sedangkan garis pada peta yang menghubungkan tempat-tempat dengan tekanan udara yang sama disebut isobar.

Ketinggian suatu tempat dari permukaan laut juga dapat diukur dengan menggunakan barometer. Kenaikan 10 m suatu tempat akan menurunkan permukaan air raksa dalam tabung sebesar 1 mm. Dalam satuan milibar (mb), setiap kenaikan 8 m pada lapisan atmosfer bawah, tekanan udara turun 1 mb, sedangkan pada atmosfer atas dengan kenaikan > 8 m tekanan udara akan turun 1 mb. Barometer logam atau barometer aneroid sebagai alat pengukur ketinggian tempat dinamakan juga altimeter yang biasa digunakan untuk mengukur ketinggian kapal udara yang sedang terbang.

Bagian-bagian dalam Barometer

Dalam hal ini, barometer yang digunakan adalah barometer logam. Bagian-bagian alat barometer terdiri jarum petunjuk, skala dalam satuan KiloPascal (Kpa) atau setara dengan mmHG, dan badan barometer yang terbuat dari bahan logam dan plastik.

Untuk lebih jelasnya, berikut adalah penampang bagian dalam barometer logam beserta diagram alir fungsi elemen pengukurannya.

Masukan                      : tekanan udara

Pengindra Primer         : metal drum

Pengubah Besaran       : metal drum, pegas, tuas

Pemanipulasi Besaran  : pegas, tuas, rantai, hairspring, jarum penunjuk

Pengirim Data             : tuas

Peraga Data                 : jarum dan skala

Keluaran                      : perpindahan jarum penunjuk

Cara Kerja dan Cara Penggunaan Barometer

2.3.1.   Barometer Air Raksa

     Barometer air raksa berfungsi untuk mengukur tekanan udara. Terdiri dari tabung gelas berisi air raksa, bagian atasnya tertutup dan bagian bawahnya terbuka dimasukkan ke dalam bejana air raksa.

Barometer raksa ada dua jenis yaitu Barometer Fortin atau barometer bejana tidak tetap dan barometer Kew Pattern atau barometer bejana tetap.  Barometer Fortin atau barometer bejana tidak tetap adalah barometer yang mempunyai penunjuk titik NOL pada bejana air raksanya
berupa ujung taji. Jadi apabila ingin membacanya, maka permukaan air raksa yang di dalam bejana bagian bawah harus diatur dulu supaya
tepat menyentuh ujung taji dan kemudian baru dilakukan pembacaan.
Barometer jenis ini, pada umumnya keluar dari pabrik keadaan badannya sudah lengkap terpasang. Sedangkan Barometer Kew Pattern atau barometer bejana tetap, apabila ingin membaca tidak perlu mengatur permukaan air raksa dalam bejana, barometer jenis ini disebut juga barometer stasiun. Pada saat keluar dari pabrik pembuatnya, keadaan badannya, tabung air raksa dan air raksa untuk mengisi bejana masih dalam keadaan terpisah. Jadi sebelum dioperasikan harus dirakit terlebih dahulu, kemudian dikalibrasi untuk menentukan koreksi indek. Setelah dikalibrasi dan mendapatkan koreksi indeknya, lalu dibuatkan koreksi temperatur untuk pembacaan barometer sesuai dengan lokasi stasiunnya.

·         Syarat penempatan :

1.      Ditempatkan pada ruangan yang mempunyai suhu tetap (Homogen)

2.      Tidak boleh kena sinar matahari langsung

3.      Tidak boleh kena angin langsung

4.      Tidak boleh dekat lalu-lintas orang

5.      Tidak boleh dekat meja kerja

6.      Penerangan jangan terlalu besar, maximum 25 watts

·      Cara pemasangan :

1.      Dipasang tegak lurus pada dinding yang kuat

2.      Tinggi bejana + 1 m dari lantai

3.      Sebaiknya dipasang di lemari kaca

4.      Latar belakang yang putih untuk memudahkan pembacaan

·         Cara membaca :

1.      Baca suhu yang menempel pada Barometer

2.      Naikkan air raksa dalam bejana, sehingga menyinggung jarum taji

3.      Skala Nonius (Vernier) sehingga menyinggung permukaan air raksa

4.      Baca skala Barometer dan skala Nonius

5.      Gunakan koreksi yang telah disediakan

·         Cara membawa:

1.      Barometer dibalik pelan-pelan sehingga bejana berada di atas.

2.      Masukkan dalam kotak transport, dengan bejana tetap diatas

3.      Membawanya bejana harus tetap berada diatas

·         Koreksi-koreksi :

1.      Koreksi Index

2.      Koreksi Lintang

3.      Koreksi Tinggi  : Untuk membandingkan tempat-tempat tertentu diperlukan tekanan udara diatas permukaan laut.

2.3.2.   Barometer Logam (Barometer Aneroid)

Barometer aneroid atau barometer logam, merupakan barometer tanpa cairan. Barometer ini terdiri dari tabung Vidi yang berbentuk bulat dan pipih bersusun terbuat dari logam yang ruangnya hampa udara. Jarak dinding tabung Vidi yang berhadapan akan berubah bila ada perubahan tekanan udara disekelilingnya. Apabila tekanan udara naik, maka tabung Vidi makin pipih, dimana jarak dinding yang berhadapan makin dekat. Sebaliknya apabila tekanan udara turun, maka tabung Vidi menjadi mekar (mengembang). Dinding luar tabung Vidi dihubungkan dengan jarum penunjuk, dimana pada saat kembang kempisnya tabung vidi, jarum akan menunjuk skala dari nilai tekanan udara. Barometer ini menggunakan prinsip perubahan bentuk tabung/ kapsul logam akibat adanya perubahan tekanan udara.

Barometer ini telah dikalibrasi berdasarkan oleh pabrik sehingga skala yang ditunjukkan  barometer sudah menyatakan skala tekanan pada saat kondisi tempat dimana anda berada.

Untuk menguji atau melihat apakah barometer dapat bekerja dengan baik sesuai perubahan jarum skala dengan tekanan udara, anda dapat membawanya ke tempat yang lebih tinggi atau memasukkannya dalam suatu ruang yang dapat di atur tekanan udaranya. Secara sederhananya anda dapat lakukan penempatan barometer dalam balon karet  dan ditiup sampai balon menggembung. Berikan tekanan pada balon sambil memperhatikan jarum barometer. Jika jarum bergerak, maka barometer masih baik. Simpanlah barometer ini di tempat yang kering atau di letakkan pada dinding kelas atau ruang praktik yang tidak lembab.

Barometer baik raksa maupun aneroid dipengaruhi oleh ketinggian, mengingat tekanan udara akan berkurang seiring pertambahan ketinggian. sehingga perlu selalu pensettingan awal.

2. Jangka Sorong

            Jangka sorong adalah suatu alat ukur panjang yang dapat dipergunakan untuk mengukur panjang suatu benda dengan ketelitian hingga 0,1 mm. keuntungan penggunaan jangka sorong adalah dapat dipergunakan untuk mengukur diameter sebuah kelereng, diameter dalam sebuah tabung atau cincin, maupun kedalam sebuah tabung.

           

Secara umum, jangka sorong terdiri atas 2 bagian yaitu rahang tetap dan rahang geser. Jangka sorong juga terdiri atas 2 bagian yaitu skala utama yang terdapat pada rahang tetap dan skala nonius (vernier) yang terdapat pada rahang geser.

Sepuluh skala utama memiliki panjang 1 cm, dengan kata lain jarak 2 skala utama yang saling berdekatan adalah 0,1 cm. Sedangkan sepuluh skala nonius memiliki panjang 0,9 cm, dengan kata lain jarak 2 skala nonius yang saling berdekatan adalah 0,09 cm. Jadi beda satu skala utama dengan satu skala nonius adalah 0,1 cm – 0,09 cm = 0,01 cm atau 0,1 mm. Sehingga skala terkecil dari jangka sorong adalah 0,1 mm atau 0,01 cm.

            Ketelitian dari jangka sorong adalah setengah dari skala terkecil. Jadi ketelitian jangka sorong adalah : Dx = ½ x 0,01 cm = 0,005 cm

Dengan ketelitian 0,005 cm, maka jangka sorong dapat dipergunakan untuk mengukur diameter sebuah kelereng atau cincin dengan lebih teliti (akurat).

            Kegunaan jangka sorong adalah:

1. Untuk mengukur suatu benda dari sisi luar dengan cara diapit.
2. untuk mengukur sisi dalam suatu benda yang biasanya berupa lubang (pada pipa, maupun lainnya) dengan cara diulur.
3. untuk mengukur kedalamanan celah/lubang pada suatu benda dengan cara "menancapkan/menusukkan" bagian pengukur. Bagian pengukur tidak terlihat pada gambar karena berada di sisi pemegang.

Berikut akan dijelaskan langkah-langkah menggunakan jangka sorong

1. Mengukur diameter luar

a.       Untuk mengukur diameter luar sebuah benda (misalnya kelereng) dapat dilakukan dengan langkah  sebagai berikut

·         Geserlah rahang geser jangka sorong kekanan sehingga benda yang diukur dapat masuk diantara kedua rahang (antara rahang geser dan rahang tetap)

·         Letakkan benda yang akan diukur diantara kedua rahang.

·         Geserlah rahang geser kekiri sedemikian sehingga benda yang diukur terjepit oleh kedua rahang

·         Catatlah  hasil pengukuran anda

b.       Mengukur diameter dalam

b.Untuk mengukur diameter dalam sebuah benda (misalnya diameter dalam sebuah cincin) dapat dilakukan dengan langkah  sebagai berikut :

·         Geserlah rahang geser jangka sorong sedikit kekanan.

·         Letakkan benda/cincin yang akan diukur sedemikian sehingga kedua rahang jangka sorong masuk ke dalam benda/cincin tersebut

·         Geserlah rahang geser kekanan sedemikian sehingga kedua rahang jangka sorong menyentuh kedua dinding dalam benda/cincin yang diukur

·         Catatlah  hasil pengukuran anda

c.       Mengukur kedalaman

c.Untuk mengukur kedalaman sebuah benda/tabung dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

·         Letakkan tabung yang akan diukur dalam posisi berdiri tegak.

·         Putar jangka (posisi tegak) kemudian letakkan ujung jangka sorong ke permukaan tabung yang akan diukur dalamnya.

·         Geserlah rahang geser kebawah  sehingga ujung batang pada jangka sorong menyentuh dasar tabung.

·         Catatlah  hasil pengukuran anda.

Untuk membaca hasil pengukuran menggunakan jangka sorong dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

·         Bacalah skala utama yang berimpit atau skala terdekat tepat didepan titik nol skala nonis.

·         Bacalah skala nonius yang tepat berimpit dengan skala utama.

·         Hasil pengukuran dinyatakan dengan persamaan :

·         Hasil = Skala Utama + (skala nonius yang berimpit x skala terkecil jangka sorong)  =  Skala Utama + (skala nonius yang berimpit x 0,01 cm)

Karena Dx = 0,005 cm (tiga desimal), maka hasil pembacaan pengukuran (xo) harus juga dinyatakan dalam 3 desimal. Tidak seperti mistar, pada jangka sorong yang memiliki skala nonius, Anda tidak pernah menaksir angka terakhir (desimal ke-3) sehingga anda cukup berikan nilai 0 untuk desimal ke-3. sehingga hasil pengukuran menggunakan jangka sorong dapat anda laporkan sebagai :

Panjang  L =  x_o  ­+  Dx

Misalnya L = (4,990 + 0,005) cm

3. Mikrometer Skrup

Mikrometer skrup merupakan alat ukur panjang yang memiliki tingkat ketelitian yang tinggi. Mikrometer skrup dapat dipergunakan untuk mengukur tebal kertas, diameter kawat tipis, tebal plat tipis yang memerlukan tingkat ketelitian yang tinggi.

Seperti halnya jangka sorong, mikrometer skrup terdiri atas :

·         Rahang tetap yang berisi skala utama yang dinyatakan dalam satuan mm. Panjang skala utama mikrometer pada umumnya mencapai 25 mm. jarak antara 2 skala utama yang saling berdekatan adalah 0,5 mm.

·         Poros berulir yang dipasang pada silinder pemutar (bidal). Pada ujung bidal terdapat garis skala yang membagi menjadi 50 bagian yang sama yang disebut skala nonius.

·         Rahang geser yang dihubungkan dengan bidal, yang digunakan untuk memegang benda yang akan diukur bersama dengan rahang tetap.

Jika bidal digerakkan 1 putaran penuh maka poros akan maju/mundur 0,5 mm. karena selubung luar memiliki 50 skala, maka skala terkecil mikrometer skrup adalah 0,5 mm/ 50 = 0,01 mm.

Ketelitian dari mikrometer skrup adalah setengah dari skala terkecil. Jadi ketelitian mikrometer skrup adalah :

x = ½ x 0,01 mm = 0,005 mm

Dengan ketelitian 0,005 mm, maka mikrometer skrup dapat dipergunakan untuk mengukur tebal kertas atau diameter kawat tipis dengan lebih teliti (akurat).

Untuk menggunakan mikrometer skrup dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut:

·         Putar bidal (pemutar besar) berlawanan arah jarum jam sehingga ruang antara rahang tetap dengan rahang geser cukup untuk menempatkan benda yang akan diukur.

·         Letakkan benda yang akan diukur diantara rahang tetap dan rahang geser.

·         Kemudian putar bidal (pemutar besar) searah jarum jam sehingga benda yang diukur terjepit oleh rahang tetap dan rahang geser.

·         Putar pemutar kecil (roda bergerigi) searah jarum jam sehingga skala nonius pada pemutar besar tidak bergeser lagi.

·         Baca hasil pengukuan yang diperoleh.

Untuk membaca hasil pengukuran menggunakan mikrometer skrup dapat dilakukan dengan langkah sebagai berikut :

·         Tentukan nilai skala utama yang terdekat dengan selubung silinder (bidal) dari rahang geser (atau skala utama yang berada tepat didepan/berimpit dengan selubung silinder luar rahang geser)

·         Tentukan nilai skala nonius yang yang berimpit dengan garis mendatar pada skala utama

·Hasil pengukuran dinyatakan dengan persamaan :

·         Hasil = Skala Utama + (skala nonius yang berimpit x skala terkecil mikrometer skrup)

= Skala Utama + (skala nonius yang berimpit x 0,01 mm)

Karena Dx = 0,005 mm (tiga desimal), maka hasil pembacaan pengukuran (xo) harus juga dinyatakan dalam 3 desimal. Karena kita tidak perlu menaksir angka terakhir (desimal ke-3) maka kita  cukup berikan nilai 0 untuk desimal ke-3. sehingga hasil pengukuran menggunakan Mikrometer skrup dapat anda laporkan sebagai :

Panjang L = (Xo + DX)

Misalnya L = (3,250 + 0,005) mm