KETELITIAN DAN KETEPATAN Ilmu fisika dilandasi oleh

KETELITIAN DAN KETEPATAN
Ilmu fisika dilandasi oleh pengukuran besaran fisika. Setiap pengukuran dimaksudkan untuk
menghasilkan nilai ukur yang tepat dan benar
Ketelitian menyatakan tingkat kesesuaian atau dekatnya suatu hasil pengukuran terhadap harga
yang sebenarnya, sedangkan ketepatan (presisi) menyatakan tingkat kesamaan di dalam
sekelompok pengukuran atau sejumlah instrumen.
Untuk menunjukkan perbedaan ketelitian dan ketepatan, bandingkan dua buah voltmeter yang
pembuatan dan modelnya sama. Kedua voltmeter tersebut mempunyai jarum penunjuk yang
ujungnya tajam dan juga dilengkapi dengan cermin untuk menghindari beda lihat (paralaksis);
selain itu skala masing-masing voltmeter telah dikalibrasi (ditera) secara seksama. Dengan
demikian, kedua alat ini dapat dibaca pada ketepatan yang sama. Jika nilai tahanan deret di
dalam salah satu voltmeter berubah banyak, pembacaannya bisa mengakibatkan kesalahan yang
cukup besar. Karena itu ketelitian kedua voltmeter tersebut dapat berbeda sama sekali (untuk
menentukan voltmeter mana yang menghasilkan kesalahan, diperlukan perbandingan terhadap
voltmeter standar).
Ketepatan terdiri dari dua karakteristik, yaitu kesesuaian (conformity) dan jumlah angka yang
berarti (significant figure) terhadap mana suatu pengukuran dapat dilakukan. Sebagai contoh,
sebuah tahanan yang besarnya 1384577 ohm setelah diukur dengan ohm meter secara konsisten
dan berulang menghasilkan 1,4 mega ohm. Yang menjadi pertanyaan, apakah orang yang
mengukur (pengamat) tersebut telah membaca harga
yang sebenarnya? Sebetulnya yang
dilakukannya adalah memperkirakan pembacaan skala yang menurut dia secara konsisten
menghasilkan 1,4 mega ohm. Dalam hal ini hasil yang diberikannya adalah pembacaan yang
lebih mendekati harga yang sebenarnya berdasarkan penaksiran. Walaupun dalam pengamatan
ini tidak terduga penyimpangan-penyimpangan, kesalahan yang diakibatkan oleh pembatasan
terhadap pembacaan skala adalah suatu kesalahan presisi (precision). Contoh yang telah
diberikan menunjukkan bahwa kesesuaian adalah suatu persyaratan yang perlu tetapi belum
cukup untuk memperoleh ketepatan sebab angka-angka yang berarti belum dibicarakan. Dengan
cara yang sama presisi merupakan sesuatu yang perlu, tetapi belum cukup untuk persyaratan
ketelitian.
Siswa pemula cenderung mencatat pembacaan alat ukur berdasarkan harga yang dilihatnya.
Mereka tidak sadar bahwa ketelitian suatu pembacaan tidak perlu dijamin oleh ketepatannya.
Kenyataannya, cara-cara pengukuran yang baik menuntut sikap yang selalu ragu tentang
ketelitian hasil pengukuran.
Dalam pekerjaan yang kritis, latihan yang baik menunjukkan bahwa pengamat yang melakukan
satu rentetan pengukuran yang tidak saling bergantungan dengan menggunakan instrumen atau
cara-cara pengukuran yang berbeda, tidak dipengaruhi oleh kesalahan-kesalahan sistematis yang
sama. Ia juga harus memastikan bahwa instrumen-instrumen yang digunakannya berfungsi
dengan baik dan telah dikalibrasi terhadap suatu standar yang telah diketahui, dan tidak ada
pengaruh luar yang mempengaruhi ketelitian pengukuran
Dalam suatu pengukuran, tidak ada pengukuran yang menghasilkan ketelitian yang
sempurna, tetapi adalah penting untuk mengetahui ketelitian yang sebenarnya dan bagaimana
kesalahan yang berbeda digunakan dalam pengukuran. Langkah pertama yang diperlukan untuk
menguranginya adalah mempelajari kesalahan-kesalahan tersebut, di mana dari hal ini juga dapat
ditentukan ketelitian hasil akhir. Menurut William (1991), adapun kesalahan-kesalahan dapat
terjadi karena berbagai sebab dan umumnya dibagi dalam tiga jenis utama, yaitu:
1.
Kesalahan-kesalahan umum (gross-errors):
Kelompok kesalahan ini kebanyakan disebabkan oleh kesalahan manusia, di antaranya
adalah kesalahan pembacaan alat ukur, penyetelan yang tidak tepat dan pemakaian instrumen
yang tidak sesuai, dan dalam penaksiran hasil-hasil pengukuran (kesalahan penaksiran). Selama
manusia terlibat dalam pengukuran, kesalahan jenis ini tidak dapat dihindari, namun walaupun
jenis kesalahan ini tidak mengkin dihilangkan secara keseluruhan, usaha untuk mencegah dan
memperbaikinya perlu dilakukan. Beberapa kesalahan umum dapat mudah diketahui tetapi yang
lainnya mungkin sangat tersembunyi.
Kesalahan umum yang sering dilakukan oleh para pemula adalah pemakaian instrumen yang
tidak sesuai. Umumnya instrumen-instrumen penunjuk berubah kondisi sampai batas tertentu
setelah digunakan mengukur sebuah rangkaian yang lengkap, dan akibatnya besaran yang diukur
akan berubah. Sebagai contoh, sebuah voltmeter yang telah dikalibrasi dengan baik dapat
menghasilkan pembacaan yang salah bila dihubungkan antara dua titik di dalam sebuah
rangkaian tahanan tinggi, sedang bila voltmeter tersebut dihubungkan ke sebuah rangkaian yang
tahananya rendah, pembacaannya bisa bergantung pada jenis voltmeter yang digunakan. Contohconntoh berikut menunjukkan bahwa voltmeter menimbulkan suatu efek pembebanan (loading
effect) terhadap rangkaian, yakni mengubah keadaaan awal rangkaian tersebut sewaktu
mengalami proses pengukuran.
Kesalahan-kesalahan yang disebabkan oleh efek pembebanan voltmeter dapat dihindari
dengan menggunakan alat tersebut secermat mungkin. Misalnya, sebuah voltmeter yang
tahananya kecil tidak akan digunakan untuk mengukur-mengukur tegangan tegangan di sebuah
penguat tabung hampa. Untuk pengukuran khusus seperti ini diperlukan sebuah voltmeter
dengan impedansi masukan yang tinggi.
Kesalahan-kesalahan umum dalam jumlah besar dapat dikenali dari keteledoran atau
kebiasaan-kebiasaan yang buruk seperti: pembacaan yang tidak tepat, pencatatan yang berbeda
dari aktual yang diambil, atau penyetelan instrumen yang tidak tepat. Pandang sebagai contoh
sebuah voltmeter rangkuman ganda yang menggunakan satu papan skala dengan angka-angka
(tanda yang berbeda untuk setiap rangkuman). Dalam hal ini adalah muda untuk untuk
menggunakan sebuah skala yang tidak bersesuaian terhadap penyetelan sakelar pemilih
rangkuman volmeter tersebut. Kesalahan umum juga dapat terjadi bila instrumen tersebut tidak
dikembalikan ke angka nol sebelum melakukan pengukuran dan akibatnya semua pembacaan
menjadi salah.
Kesalahan-kesalahan seperti ini tidak dapat dinyatakan secara matematis tetapi hanya dapat
dihindari dengan melakukan pembacaan yang cermat dan juga pencatatan data pengukuran yang
benar.hasil yang baik memerlukan pembacaan yang lebih dari satu kali, atau mungkin dengan
pengamat yang berbeda. Dalam hal ini sama sekali tidak boleh bergantung pada satu pembacaan
saja, tetapi paling sedikit harus melakukan tiga pembacaan yang terpisah.
2. Kesalahan-kesalahan sistematis (systematic errors):
Jenis kesalahan-kesalahan ini biasanya dibagi dalam dua bagian:
1) Kesalahan-kesalahan instrumen yakni kekurangan-kekurangan dari instrumen itu sendiri
seperti kerusakan atau adanya bagian-bagian yang aus. Kesalahan-kesalahan instrumental
(instrumental errors) merupakan kesalahan yang tidak dapat dihindarkan dari instrumen
karena struktur mekanisnya. Misalnya tarikan pegas yang tidak teratur, perpendekan
pegas, berkurangnya tarikan karena penanganan yang tidak tepat atau pembebanan
instrumen secara berlebihan, juga akan mengakibatkan kesalahan-kesalahan. Jenis
kesalahan instrumental lainnnya adalah keslahan kalibrasi yang mengakibatkan
pembacaan instrumen yang terlalu tinggi atau rendah sepanjang seluruh skala (kegagalan
mengembalikan jarum penunjuk ke nol sebelum melakukan pengukuran, memiliki efek
yang serupa).
Kesalahan-kesalahan instrumental terdiri dari beberapa macam bergantung pada jenis
instrumen yang digunakan. Yang selalu harus diperhatikan adalah memastikan instrumen
yang digunakan tersebut bekerja baik dan tidak menambah kesalahan-kesalahan lainnya.
Kesalahan pada instrumen dapat diketahui dengan melakukan pemeriksaan terhadap
tingkah laku yang tidak biasa terjadi, terhadap kestabilan dan terhadap kemampuan
instrumen untuk memberikan hasil pengukuran yang sama. Suatu cara yang cepat dan
mudah untuk memeriksa instrumen tersebut adalah membandingkannya terhadap
instrumen lain yang memiliki karakteristik yang sama atau terhadap suatu alat ukur yang
diketahui lebih akurat (teliti).
Kesalahan-kesalahan instrumen dapat dihindari dengan cara pemilihan instrumen
yang tepat untuk pemakaian tertentu, menggunakan faktor-faktor koreksi setelah
mengetahui banyaknya kesalahan instrumental dan mengalibrasi instrumen tersebut
terhadap sebuah instrumen standar.
2) Kesalahan-kesalahan lingkungan, yakni yang disebabkan oleh keadaan-keadaan luar yang
mempengaruhi pengukuran (peralatan atau pemakai). Keadaan luar yang mempengaruhi
alat ukur termasuk keadaan-keadaan di sekitar instrumen seperti: efek perubahan
temperatur, kelembaban, tekanan udara luar atau medan-medan magnetik atau medan
elektrostatik. Dengan demikian, suatu perubahan pada temperatur sekeliling instrumen
menyebabkan perubahan sifat-sifat kekenyalan pegas yang terdapat di dalam mekanisme
kumparan putar yang dengan demikian mempengaruhi pembacaan instrumen. Cara-cara
yang tepat untuk mengurangi efek-efek ini diantaranya adalah penkondisian udara,
penyegelan komponen-komponen instrumen tertentu secara rapat sekali, pemakaian
pelindung maknetik, dan lain-lain.
Kesalahan-kesalahan sistematik dapat juga dibagi dalam kesalahan statis dan kesalahan
dinamis. Kesalahan statis disebabkan oleh pembatasan-pembatasan alat-alat ukur atau hukum-
hukum fisika yang mengatur tingkah laku alat ukur tersebut. Suatu kesalahan statis akan
dihasilkan dalam sebuah mikrometer bila diberikan tekanan yang berlebihan untuk memutar
poros. Kesalahan-kesalahan dinamis disebabkan oleh ketidakmampuan instrumen untuk
memberikan respon (tanggapan) yang cukup cepat bila terjadi perubahan-perubahan dalam
variabel yang dikur.
3. Kesalahan-kesalahan yang tak disengaja (random errors)
diakibatkan oleh penyebab-penyebab yang tidak dapat langsung diketahui sebab perubahanperubahan parameter atau sistem pengukuran terjadi secara acak dan terjadi walaupun semua
kesalahan-kesalahan telah diperhitungkan. Kesalahan-kesalahan ini biasanya hanya kecil pada
percobaan/pengukuran yang telah direncanakan dengan baik, tetapi menjadi penting pada
pekerjaan-pekerjaan yang memerlukan ketelitian tinggi. Misalkan suatu tegangan akan diukur
oleh sebuah voltmeter yang dibaca setiap setengah jam. Walaupun instrumen dioperasikan pada
kondisi-kondisi lingkungan yang yang sempurna dan telah dikalibrasikan secara tepat sebelum
pengukuran, akan dioperasikan hasil-hasil pembacaan yang sedikit berbeda selama periode
pengamatan. Perubahan ini tidak dapat dikoreksi dengan cara kalibrasi apapun dan juga oleh cara
pengontrolan yang ada. Cara satu-satunya untuk membetulkan kesalahan ini adalah dengan
menambah jumlah pembacaan dan menggunakan cara-cara statistik untuk mendapatkan
pendekatan paling baik terhadap harga yang sebenarnya.
NURKHAERATI MUHYIRUNG
15B08013