001: Experimen Milenial – Mengukur Panjang dengan Mistar
Mistar adalah alat ukur panjang yang sangat mashur. Mistar digunakan sejak dahulu hingga saat ini. Anak sekolah mungkin selalu menyimpan mistar dan busur derajat di dalam tas. Mistar tersebut dapat digunakan untuk mengukur panjang, untuk membuat garis lurus, atau untuk pukul-pukul meja saat guru belum masuk.
Umumnya mistar memiliki skala terkecil 1 mm. Mistar yang sering dibawa ke sekolah ummnya memiliki panjang 30 cm. Ada juga yang panjangnya 20 cm, 10 cm. Bahkan ada siswa yang membawa potongan mistar yang skala nol dan sekitarnya sudah terpotong.
Dengan menggunakan mistar kita dapat mengukur secara teliti hingga panjang 1 mm. Panjang yang kurang dari itu sulit diukur dengan mistar. Ketika mengukur dengan mistar, dianjurkan untuk menggunakan nilai ketidakpastian. Nilai ketidakpastian disepakati sama dengan setengah skala terkecil mistar, yaitu 0,5 mm.
Kalau kita mengukur panjang benda dan kita merasa yakin bahwa ujung benda berada dekat skala 13 cm lewat 3 mm maka panjang benda dilaporkan menjadi (133 ± 0,5) mm. Pengukuran dengan mistar hanya menghasilkan angka bulat milimeter yng dilengkapi dengan ketidakpastian 0,5 mm. Kalau ada benda yang memiliki panjang kurang dari 1 mm boleh dikatakan tidak bisa diukur dengan mistar. Karena kemampuan terkecil mistar adalah 1 mm.
Mistar adalah alat yang sudah dipakai ratusan tahun yang lalu dan membatasi batas minimal pengukuran hanya 1 mm. Di jaman milenial yang seba canggih sekarang, apa tidak bisa mistar digunakan untuk mengukur secara teliti panjang benda yang kurang dari 1 mm? Masa gak bisa sih. Kalau gak bisa, berarti sama saja dengan kita belum modern dong.
Kenapa skala terkecil mistar 1 mm. Karena kemampuan mata manusia melihat skala secara terpisah adalah 1 mm. Memang ada orang yang sanggup melihat lebih kecil dari itu, tetapi mayoritas manusia hanya bisa melihat skala terkecil sekitar 1 mm. Tetapi realitas sekarang adalah, kita tidak selalu melihat benda dengan mata langsung. Ada banyak alat untuk melihat benda, misalnya menggunakan kaca pembesar, kamera, dan sebagainya. Hasil pengamatan dengan benda-benda tersebut dapat kita perbesar (zoom) sehingga jarak 1 mm menjadi beberapa centimeter. Dengan demikian, maka kita bisa melihat secara jelas jarak yang kurang dari 1 mm.
Dengan pemanfaatan teknologi tersebut, kita harusnya tida lagi terpaku pada konsep lama yang diajarkan di Fisika bahwa nilai terkecil yang dapat dikur dengan mistar adalah 1 mm. Konsep ini tidak cocok dengan siswa milenial. Dengan kamera resolusi tinggi maka kita bisa mengubah jarak 1 mm pada mistar menjadi 10 cm atau lebih di layar komputer! Ini berarti, kita bisa mengukur jarak yang kurang dari 1 mm secara teliti menggunakan mistar. Ketidakpastian pengukuran ditentukan oleh resolusi kamera dan ketelitian pemberian skala pada mistar.
Prosedur
Sekarang saya berikan contoh pengukuran dengan mistar hingga ketelitian di bawah 1 mm. Alat utama yang saya gunakan adalah kamera HP. Supaya enak, saya gambung dengan aplikasi Paint pada komputer.
Saat mengukur, kita tidak perlu mengatur susah-susah bahwa salah satu ujung benda harus berimpit dengan skala nol mistar. Kita dapat menempatkan benda sembarang, namun dengan syarat harus sejajar mistar
Pada Gambar 001.1 kita akan mengukur diameter benang dengan mistar. Kalau diukur langsung dengan mata, sangat sulit mendapatkan hasil yang teliti. Paling kita hanya dapatkan bahwa diameter benang kira-kira 1 mm. Tetapi ini bukan nilai eksak.
Bagaimana cara agar dapat diperoleh hasil yang teliti?
Foto tersebut saya pindah ke komputer dan dibuka dengan Paint. Gambar yang diperoleh saya perbesar maksimal. Perbesaran bisa smapai 800%.
Pada Paint kita memiliki menu Color Picker (gambar seperti ballpoint) di menu seperti pada Gambar 001.2. Jika Color Picker sudah diclik dan kursor digeser maka di sudut kiri bawah muncul koordinat kursor. Kordinat tersebut adalah posisi mouse dinyatakan dalam pixel. Koordinat (0,0) berada di sudut kiri atas monitor. Makin ke bawah, koordinat y makin besar. Makin ke kanan maka koordinat x makin besar.
Yang kita lakukan pertama adalah menentukan berapa pixel jarak dua skala pada pada mistar. Pada Gambar 001.3, skala 0 sampai 5 mm memiliki jarak 58 pixel. Jari 58 pixel setara dengan 5 mm.
Langkah kedua adalah mengukur berapa pixel panjang benda. Pada Gambar 001.3, diameter benang adalah 15 pixel.
Dengan demikian, diameter benang menjadi
\( d = {15 \over 58} \times 5 = 1,29 \) mm
Berapa ketidakpastian pengukuran? Ketidakpastian sama dengan kesalahan satu pixel, yaitu \( (1/58) \times 5 = 0,086 \) mm. Dengan demikian, diameter benang adalah \( d = 1,29 \pm 0,09 \) mm.
Gambar 001.4 memperlihatkan cara mengukur panjang paku. Tampak bahwa panjang 40 mm setara dengan 560 pixel. Panjang paku setara dengan 538 pixel. Jadi, panjang paku adalah \( (538/560) \times 40 = 38,34 \) mm.
Gambar 001.5 adalah cara yang umum kita gunakan untuk mengukur panjang benda yang lebih panjang dari alat ukur. Kita ingin mengukur panjang kertas dengan mistar. Biasanya kita lakukan dua kali pengukuran. Mengukur dulu panjang hingga 30 cm lalu beri tanda. Kemudian mengukur sisanya. Cara seperti ini menghasilkan banyak kesalahan. Pertaam kesalahan penempatan angka nol di ujung pertama kertas. Kersalahan penempan garis batas. Kesalahan penempatan angka nol di garis batas. Kemudian kesalahan pembacaan.
Kita dapat menghindari kesalahan tersebut dengan menempatkan mistar sejajar kertas. Kemudian mengambil foto sehingga dua ujung kertas besera mistar ada dalam foto. Foto tersebut dibuka di Paint seperti pada Gambar 001.6.
Kita ukur jarak dua skala dalam pixel. Laku kita ukur jarak dua ujung kertas dalam pixel. Pada Gambar 001.7, jarak 100 mm (10 cm) setara dengan 407 pixel. Panjang kertas dalam pixel adalah 1346. Jadi panjang kertas adalah \( (1346/407) \times 100 = 330,71 \) mm.
Gambar fitur adalah foto scanning electroc microscope (SEM) untuk mengukur dimensi benda yang panjangnya hingga seper satu miliar meter. SEM adalah mikrokop elektron. Pada saat bayangan benda diambil maka skala juga harus muncul. Dengan adanya skala tersebut maka para penenliti dapat mengetahui dimansi benda (sumber gambar: NanoLab)
