Besaran Standar dan Internasional untuk Panjang, Massa, dan Waktu

Dzargon Physics - Hukum fisika dinyatakan sebagai hubungan matematis di antara jumlah fisik yang akan kita perkenalkan dan diskusikan di seluruh buku ini. Sebagian besar jumlah ini berasal dari jumlah, karena dapat dinyatakan sebagai kombinasi sejumlah kecil jumlah dasar. Dalam mekanika, tiga bilangan dasar adalah panjang, massa, dan waktu. Semua jumlah lain dalam mekanika dapat dinyatakan dalam tiga hal ini.

Jika kita melaporkan hasil pengukuran kepada seseorang yang ingin mereproduksi pengukuran ini, sebuah standar harus didefinisikan. Tidak ada artinya jika pengunjung dari planet lain berbicara kepada kita tentang panjang 8 "glitches" jika kita tidak tahu arti kesalahan unit. Di sisi lain, jika seseorang mengenal sistem pengukuran kita bahwa tembok setinggi 2 meter dan satuan panjang kita didefinisikan 1 meter, kita tahu bahwa tinggi dinding dua kali panjang unit dasar kita. Demikian juga, jika kita diberi tahu bahwa seseorang memiliki massa 75 kilogram dan satuan massa kita didefinisikan 1 kilogram, maka orang itu 75 kali lebih besar dari unit dasar kita.1 Apa pun yang dipilih sebagai standar harus mudah dilakukan. Dapat diakses dan memiliki beberapa properti yang dapat diukur dengan andal. Pengukuran yang dilakukan oleh orang yang berbeda di tempat yang berbeda harus menghasilkan hasil yang sama.

Pada tahun 1960, sebuah komite internasional menetapkan seperangkat standar untuk jumlah sains fundamental. Ini disebut SI (Système International), dan satuannya panjang, massa, dan waktu adalah meter, kilogram, dan kedua, masing-masing. Standar SI lainnya yang ditetapkan oleh panitia adalah untuk suhu (kelvin), arus listrik (ampere), intensitas bercahaya (candela), dan jumlah zat (mol).

Besaran Panjang

Pada tahun 1120 raja Inggris menetapkan bahwa standar panjang di negaranya akan diberi nama halaman dan akan persis sama dengan jarak dari ujung hidungnya sampai ujung lengannya yang terulur. Demikian pula, standar asli untuk kaki yang diadopsi oleh Prancis adalah panjang kaki kerajaan Raja Louis XIV. Standar ini berlaku sampai tahun 1799, ketika standar hukum panjang di Prancis menjadi meter, yang didefinisikan sebagai sepersepuluh juta jarak dari khatulistiwa ke Kutub Utara sepanjang satu garis longitudinal tertentu yang melewati Paris.

Banyak sistem lain untuk mengukur panjang telah dikembangkan selama bertahun-tahun, namun kelebihan sistem Prancis telah menyebabkannya berlaku di hampir semua negara. Dan di kalangan ilmiah dimana-mana. Baru-baru ini seperti tahun 1960, panjang meter didefinisikan sebagai jarak antara dua baris pada platinum-iridium bar tertentu disimpan dalam kondisi terkendali di Perancis. Standar ini ditinggalkan karena beberapa alasan, yang utama adalah ketepatan yang terbatas dimana pemisahan antara baris di bar dapat ditentukan tidak memenuhi persyaratan sains dan teknologi saat ini. Pada tahun 1960an dan 1970an, meter didefinisikan sebagai 1 650 763,73 panjang gelombang cahaya merah oranye yang dipancarkan dari lampu krypton-86. Namun, pada bulan Oktober 1983, meter (m) didefinisikan ulang sebagai jarak Bepergian dengan cahaya dalam ruang hampa selama 1/299 792 458 detik. Akibatnya, definisi terbaru ini menetapkan bahwa kecepatan cahaya dalam vakum justru 299 792 458 meter per detik.

Tabel 1.

Pendekatan Nilai Beberapa Satuan Panjang	Panjang (m)
Diameter Proton	1,00 x 10^-15
Rata Rata Sel Mahluk Hidup	1,00 x 10^-5
Lapangan Bola	9,10 x 10¹
Rata Rata Jari-jari Bumi	6,37 x 10⁶
Jarak antara Ekuator dan Kutub Utara	1,00 x 10⁷
Jarak Bumi dan Bulan	3,84 x 10⁸
Jarak Bumi dan Matahari	1,50 x 10¹¹
1 tahun cahaya	9,46 x 10¹⁵
Jaraka Matahari ke Bintang terdekat	4,00 x 10¹⁶

Tabel 1. mencantumkan perkiraan nilai dari beberapa panjang yang diukur. Anda harus mempelajari tabel ini dan juga dua tabel berikutnya dan mulai menghasilkan intuisi untuk apa yang dimaksud dengan panjang 20 sentimeter, misalnya, atau massa 100 kilogram atau selang waktu 3.2x 10⁷ detik.

Massa

Satuan massa SI, kilogram (kg), didefinisikan sebagai massa silinder paduan platinum-iridium khusus yang disimpan di Biro Internasional Bobot dan Ukuran di Sèvres, Prancis. Standar massa ini didirikan pada tahun 1887 dan belum pernah berubah sejak saat itu karena platinum-iridium adalah paduan yang sangat tidak stabil. Sebuah duplikat silinder Sèvres disimpan di Institut Nasional Standar dan Teknologi (NIST) di Gaithersburg, Maryland.

Waktu

Sebelum tahun 1960, standar waktu didefinisikan dalam istilah hari matahari rata-rata untuk tahun 1900. (Hari matahari adalah selang waktu antara penampilan berturut-turut Matahari pada titik tertinggi yang sampai di langit setiap hari.) Yang kedua Didefinisikan sebagai xxxx hari matahari rata-rata. Perputaran Bumi sekarang diketahui sedikit berbeda dengan waktu, bagaimanapun, dan karena itu gerak ini bukan cara yang baik untuk menentukan standar waktu.

Pada tahun 1967, yang kedua didefinisikan ulang untuk memanfaatkan presisi tinggi yang dapat dicapai pada perangkat yang dikenal sebagai jam atom (Gambar 1.1b), yang menggunakan frekuensi karakteristik atom cesium-133 sebagai "jam acuan." (S) sekarang didefinisikan sebagai 9 192 631 770 kali periode getaran radiasi dari atom cesium.

Untuk menjaga jam atom ini - dan oleh karena itu semua jam dan jam tangan yang umum yang disesuaikan untuk mereka - disinkronkan, terkadang perlu menambahkan detik kabisat ke jam kami. Sejak penemuan Einstein mengenai keterkaitan antara ruang dan waktu, pengukuran interval waktu yang tepat mengharuskan kita mengetahui keadaan gerak jam yang digunakan untuk mengukur interval dan, dalam beberapa kasus, lokasi jam juga. Jika tidak, misalnya, satelit sistem penentuan posisi global mungkin tidak dapat menentukan lokasi Anda dengan akurasi yang memadai, jika Anda perlu diselamatkan.

Selain SI, sistem unit lain, sistem adat A.S., masih digunakan di Amerika Serikat meskipun penerimaan SI oleh seluruh dunia. Dalam sistem ini, satuan panjang, massa, dan waktu adalah kaki (ft), siput, dan kedua, masing-masing. Dalam teks ini kita akan menggunakan satuan SI karena mereka hampir diterima secara universal dalam sains dan industri. Kami akan membuat penggunaan unit khusus A.S. secara terbatas dalam mempelajari mekanika klasik. Selain unit SI dasar meter, kilogram, dan kedua, kita juga dapat menggunakan unit lain, seperti milimeter dan nanodetik, di mana prefiks pengganda milim dan nanodenote dari unit dasar berdasarkan berbagai kekuatan sepuluh. Awalan untuk berbagai kekuatan sepuluh dan singkatan mereka tercantum dalam Tabel 1.4. Misalnya, 10"3 m setara dengan 1 milimeter (mm), dan 103 m sesuai dengan 1 kilometer (km). Demikian juga, 1 kilogram (kg) adalah 10³ gram (g), dan 1 megavolt (MV) adalah 10⁶ volt (V).

Besaran Standar dan Internasional untuk Panjang, Massa, dan Waktu