Kesalahan acak buku panduan fisika

Ketika kami melakukan percobaan di lab, fokus utama kami adalah untuk meminimalkan kesalahan dan melakukannya seakurat mungkin untuk mendapatkan hasil yang baik. Namun, ada sejumlah cara di mana ada kesalahan. Meskipun kami mencoba menghilangkan semua kesalahan, tidak mungkin melakukannya. Selalu, ada tingkat ketidaktepatan yang dimasukkan. Salah satu alasan untuk kesalahan mungkin karena peralatan yang kami gunakan. Seiring waktu, peralatan cenderung memiliki kesalahan dan ini mempengaruhi pengukuran. Kadang-kadang, peralatan dibuat untuk bekerja di beberapa kondisi lingkungan dan ketika kondisi ini tidak disediakan, itu tidak akan bekerja secara akurat. Selain kesalahan peralatan, mungkin ada kesalahan pada orang yang menanganinya. Terutama, kami membuat kesalahan saat mengambil bacaan. Terkadang, jika mereka yang melakukan percobaan tidak berpengalaman, mungkin ada berbagai kesalahan dalam metode ini. Di sisi lain, kesalahan dapat terjadi karena bahan atau reaktan yang digunakan tidak tepat. Meskipun kita tidak dapat menghilangkan semua kesalahan ini 100%, kita harus berusaha menghilangkannya sebanyak mungkin, untuk mendapatkan hasil yang lebih dekat dengan hasil nyata. Terkadang kesalahan ini adalah alasan mengapa kami tidak mendapatkan pengukuran atau hasil sesuai dengan nilai-nilai teoritis. Saat kami melakukan pengukuran atau melakukan percobaan, kami mencoba mengulanginya beberapa kali untuk mengurangi kesalahan. Selain itu, kadang-kadang dengan mengubah eksperimen, dengan mengubah tempat, atau dengan mengubah peralatan dan bahan yang digunakan, kami mencoba melakukan percobaan yang sama beberapa kali. Terutama ada dua jenis kesalahan yang dapat terjadi dalam percobaan. Mereka adalah kesalahan acak dan kesalahan sistematis.

Kesalahan Acak

Seperti namanya, kesalahan acak tidak dapat diprediksi. Ini adalah kesalahan yang disebabkan oleh perubahan yang tidak diketahui dan tak terduga dalam percobaan. Meskipun pelaku eksperimen melakukan percobaan yang sama dengan cara yang sama menggunakan peralatan yang sama dan, jika ia tidak bisa mendapatkan hasil yang sama (angka yang sama jika itu adalah pengukuran), maka itu karena kesalahan acak. Ini mungkin ada di peralatan atau karena kondisi lingkungan. Misalnya, jika Anda mengukur berat sepotong besi dengan keseimbangan yang sama dan mendapatkan tiga bacaan berbeda dalam tiga kali, itu adalah kesalahan acak. Untuk meminimalkan kesalahan, sejumlah besar pengukuran yang sama dapat dilakukan. Dengan mengambil nilai rata-rata semua, nilai yang lebih dekat dengan nilai nyata dapat diperoleh. Karena kesalahan acak memiliki distribusi normal Gaussian, metode mendapatkan rata-rata ini memberikan nilai yang tepat.

Kesalahan Sistematis

Kesalahan sistematis dapat diprediksi, dan kesalahan ini akan ada di sana untuk semua bacaan yang diambil. Mereka adalah kesalahan yang dapat direproduksi dan selalu dalam arah yang sama. Untuk percobaan, kesalahan sistematis akan tetap ada selama percobaan. Misalnya, kesalahan sistematis dapat disebabkan karena kalibrasi instrumen yang tidak sempurna, atau jika kita menggunakan pita, yang memanjang karena penggunaan, untuk mengukur panjang, kesalahan akan sama untuk semua pengukuran.

Apa perbedaan antara Kesalahan Acak dan Kesalahan Sistematik?

• Kesalahan acak tidak dapat diprediksi, dan itu adalah kesalahan yang disebabkan oleh perubahan yang tidak diketahui dan tidak dapat diprediksi dalam percobaan. Sebaliknya, kesalahan sistematis dapat diprediksi.

• Jika kita dapat mengidentifikasi sumber kesalahan sistematis, kita dapat dengan mudah menghilangkannya, tetapi kesalahan acak tidak dapat dengan mudah dihilangkan seperti itu.

• Kesalahan sistematis mempengaruhi semua pembacaan dengan cara yang sama, sedangkan kesalahan acak bervariasi pada setiap pengukuran.

Kesalahan-Kesalahan dalam Pengukuran

Saat melakukan pengukuran suatu besaran fisika  menggunakan alat, tidaklah mungkin Anda mendapatkan nilai yang pasti benar (xo), melainkan selalu terdapat ketidakpastian. Lalu apakah penyebab ketidakpastian pada hasil pengukuran tersebut?

Secara umum penyebab ketidakpastian hasil pengukuran ada 3, yaitu kesalahan umum, kesalahan sistematik dan kesalahan acak.

1.       Kesalahan Umum

Kesalahan umum adalah kesalahan yang disebabkan keterbatasan pada pengamat saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat disebabkan karena kesalahan membaca skala kecil, dan kekurangterampilan dalam menyusun dan memakai alat ukur.

2.       Kesalahan Sistematik

Kesalahan sistematik merupakan kesalahan yang disebabkan oleh alat yang digunakan dan atau lingkungan di sekitar alat yang memengaruhi kinerja alat. Misalnya, kesalahan kalibrasi, kesalahan titik nol, kesalahan komponen alat atau kerusakan alat, kesalahan paralaks, perubahan suhu, dan kelembaban.

-       Kesalahan Kalibrasi

Kesalahan kalibrasi terjadi karena pemberian nilai skala pada saat pembuatan atau kalibrasi (standarisasi) tidak tepat. Hal ini mengakibatkan pembacaan hasil pengukuran menjadi lebih besar atau lebih kecil dari nilai sebenarnya. Kesalahan ini dapat diatasi dengan mengkalibrasi ulang alat menggunakan alat yang telah terstandarisasi.

-       Kesalahan Titik Nol

Kesalahan titik nol terjadi karena titik nol skala pada alat yang digunakan tidak tepat berhimpit dengan jarum penunjuk atau jarum penunjuk yang tidak bisa kembali tepat pada skala nol. Akibatnya, hasil pengukuran dapat mengalami penambahan atau pengurangan sesuai dengan selisih dari skala nol semestinya. Kesalahan titik nol dapat diatasi dengan melakukan koreksi pada penulisan hasil pengukuran

-       Kesalahan Komponen Alat

Kerusakan pada alat jelas sangat berpengaruh pada pembacaan alat ukur. Misalnya, pada neraca pegas. Jika pegas yang digunakan sudah lama dan aus, maka akan berpengaruh pada pengurangan konstanta pegas. Hal ini menjadikan jarum atau skala penunjuk tidak tepat pada angka nol yang membuat skala berikutnya bergeser.

-       Kesalahan Paralaks

Kesalahan paralaks terjadi bila ada jarak antara jarum penunjuk dengan garis-garis skala dan posisi mata pengamat tidak tegak lurus dengan jarum.           

3.       Kesalahan Acak

Kesalahan acak adalah kesalahaan yang terjadi karena adanya fluktuasi-fluktuasi halus pada saat melakukan pengukuran. Kesalahan ini dapat disebabkan karena adanya gerak brown molekul udara, fluktuasi tegangan listrik, landasan bergetar, bising, dan radiasi.

-       Gerak Brown Molekul Udara

Molekul udara seperti Anda ketahui keadaannya selalu bergerak secara tidak teratur. Gerak ini dapat mengalami fluktuasi yang sangat cepat dan menyebabkan jarum penunjuk yang sangat halus seperti pada mikrogalvanometer terganggu karena tumbukan dengan molekul udara.

-       Fluktuasi Tegangan Listrik

Tegangan listrik PLN atau sumber tegangan lain seperti aki dan baterai selalu mengalami perubahan kecil yang tidak teratur dan cepat sehingga menghasilkan data pengukuran besaran listrik yang tidak konsisten.

-       Landasan yang Bergetar

Getaran pada landasan tempat alat berada dapat berakibat pembacaan skala yang berbeda, terutama alat yang sensitif terhadap gerak. Alat seperti seismograf (alat untuk mengukur kekuatan gempa bumi) butuh tempat yang stabil dan tidak bergetar. Jika landasannya bergetar, maka akan berpengaruh pada penunjukkan skala pada saat terjadi gempa bumi.

-       Bising

Bising merupakan gangguan yang selalu Anda jumpai pada alat elektronik. Gangguan ini dapat berupa fluktuasi yang cepat pada tegangan akibat dari komponen alat bersuhu.

-       Radiasi Latar Belakang

Radiasi gelombang elektromagnetik dari kosmos (luar angkasa) dapat mengganggu pembacaan dan menganggu operasional alat. Misalnya, ponsel tidak boleh digunakan di SPBU dan pesawat karena bisa mengganggu alat ukur dalam SPBU atau pesawat.

Gangguan ini dikarenakan gelombang elektromagnetik pada telepon seluler dapat mengasilkan gelombang radiasi yang mengacaukan alat ukur pada SPBU atau pesawat.

Ketidakpastian dalam Pengukuran

Kesalahan-kesalahan dalam pengukuran di atas menyebabkan hasil pengukuran tidak bisa dipastika secara sempurna artinya selalu terdapat ketidakpastian dalam pengukuran. Dalam fisika, cara penulisan hasil pengukuran dituliskan sebagai berikut:

1.  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 Anda 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.

2.  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.

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 dan ketidakpastiannya dicari dengan rumus sebagai berikut.

3.  Ketidakpastian Relatif

Pada pengukuran tunggal nilai ketidakpastiannya disebut ketidakpastian mutlak. Makin kecil ketidakpastian mutlak yang dicapai pada pengukuran tunggal, maka hasil pengukurannya pun makin mendekati kebenaran. Nilai ketidakpastian tersebut juga menentukan banyaknya angka yang boleh disertakan pada laporan hasil pengukuran.

Bagaimana cara menentukan banyaknya angka pada pengukuran berulang? Cara menentukan banyaknya angka yang boleh disertakan pada pengukuran berulang adalah dengan mencari ketidakpastian relatif pengukuran berulang tersebut. Ketidakpastian relatif dapat ditentukan dengan membagi ketidakpastian pengukuran dengan nilai rata-rata pengukuran. Secara matematis dapat ditulis sebagai berikut.

Setelah mengetahui ketidakpastian relatifnya, Anda dapat menggunakan aturan yang telah disepakati para ilmuwan untuk mencari banyaknya angka yang boleh disertakan dalam laporan hasil pengukuran berulang.

Aturan banyaknya angka yang dapat dilaporkan dalam pengukuran berulang adalah sebagai berikut.

-       ketidakpastian relatif 10% berhak atas dua angka

-       ketidakpastian relatif 1% berhak atas tiga angka

-       ketidakpastian relatif 0,1% berhak atas empat angka

Demikianlah artikel tentang kesalahan-kesalahan dan ketidakpastiaan dalam pengukuran besaran fisika. Semoga dapat bermanfaat untuk Anda. Terimakasih atas kunjungannya dan sampai jumpa di artikel selanjutnya.