Abstrak
Praktikum ini bertujuan untuk menentukan massa jenis balok kayu, bola baja, air, oli, dan minyak dengan menggunakan neraca lengan sebagai alat ukur massa dan jangka sorong sebagai alat ukur dimensi. Massa setiap sampel diukur dengan melakukan kalibrasi dan pembacaan neraca lengan secara teliti.
Volume balok kayu diperoleh melalui pengukuran panjang, lebar, dan tinggi menggunakan jangka sorong, sedangkan volume bola baja dihitung berdasarkan diameter yang diukur dengan ketelitian tinggi.
Untuk fluida, massa ditentukan dari selisih massa wadah kosong dan wadah berisi sampel, sementara volume diperoleh dari gelas ukur. Hasil pengukuran massa dan volume kemudian digunakan untuk menghitung massa jenis masing-masing sampel.
Data yang diperoleh menunjukkan bahwa setiap bahan memiliki nilai massa jenis yang berbeda sesuai karakteristik fisiknya, dan hasil tersebut berada dalam kisaran nilai yang umum dijumpai dalam literatur.
Praktikum ini menegaskan bahwa kombinasi neraca lengan dan jangka sorong mampu memberikan data massa jenis yang akurat dan dapat diandalkan untuk keperluan analisis dasar fisika.
Kata kunci: massa jenis; neraca lengan; jangka sorong; balok kayu; bola baja; fluida; pengukuran massa; pengukuran volume; analisis fisika.
Abstract
This laboratory experiment aims to determine the density of a wooden block, a steel ball, water, oil, and cooking oil using a beam balance for mass measurement and a vernier caliper for dimensional measurement.
The mass of each sample was obtained through careful calibration and precise readings of the beam balance. The volume of the wooden block was calculated from length, width, and height measured using a vernier caliper, while the volume of the steel ball was determined from its measured diameter.
For fluids, mass was determined from the difference between the mass of the empty container and the filled container, and volume was read from a graduated cylinder. The density of each material was calculated based on the measured mass and volume.
The results show that each material possesses a distinct density value corresponding to its physical properties, and the values fall within the typical ranges reported in literature.
This experiment demonstrates that the combination of a beam balance and a vernier caliper provides accurate and reliable density data for fundamental physics analysis.
Keyword: Density; Beam balance; Vernier caliper; Wooden block; Steel ball; Fluids; Mass measurement; Volume measurement; Physics analysis.
Pendahuluan
Pengukuran dalam fisika merupakan fondasi utama dalam membangun pengetahuan ilmiah yang terpercaya. Seluruh aktivitas eksperimen, termasuk penentuan sifat mekanik maupun karakteristik material, tidak dapat dilepaskan dari proses pengukuran yang presisi dan akurat.
Salah satu besaran fisika yang paling sering digunakan sebagai dasar karakterisasi suatu bahan adalah massa jenis (densitas).
Massa jenis didefinisikan sebagai perbandingan antara massa suatu benda terhadap volumenya, dan menjadi salah satu parameter yang menentukan identitas, kualitas, serta kemampuan suatu material dalam berbagai aplikasi teknik maupun sains.
Dalam konteks pendidikan fisika, pengukuran massa jenis tidak hanya bertujuan menentukan nilai besaran tersebut, tetapi juga memberikan pemahaman mendalam tentang bagaimana data eksperimen diperoleh, dianalisis, dan dievaluasi melalui metode ilmiah.
Relevansi pengukuran massa jenis semakin penting ketika mempertimbangkan bahwa banyak peralatan dan proses industri bergantung pada ketelitian penentuan sifat fisik material.
Misalnya, industri pemrosesan fluida, manufaktur logam, pengendalian kualitas material konstruksi, hingga bidang energi membutuhkan data massa jenis yang mampu merepresentasikan keadaan material dengan tepat.
Namun demikian, proses menentukan massa jenis tidak sesederhana menghitung massa dan volume, karena berbagai faktor eksternal dapat menimbulkan ketidakpastian pengukuran. Ketidakpastian ini dapat berasal dari alat ukur yang digunakan, cara pembacaan, variasi lingkungan seperti suhu dan kelembapan, serta kemampuan operator dalam mengontrol prosedur eksperimen.
Kondisi inilah yang menjadikan pengukuran massa jenis menarik, karena meskipun konsepnya sederhana, proses eksperimennya menyimpan tantangan ilmiah yang perlu dikaji dengan cermat.
Seiring perkembangan teknologi, berbagai instrumen modern telah dikembangkan untuk meningkatkan ketepatan pengukuran massa jenis, seperti densitometer digital, sensor ultrasonik, metode resonansi, hingga teknik komputasi berbasis analisis sinyal.
Penggunaan teknologi ini memungkinkan pengukuran yang lebih cepat, minim gangguan operator, dan memiliki tingkat ketidakpastian yang lebih kecil.
Namun, dalam konteks pendidikan dasar dan laboratorium fisika permulaan, metode konvensional masih menjadi pilihan utama karena memberikan pengalaman empiris langsung kepada mahasiswa tentang bagaimana data eksperimen diperoleh secara sistematis.
Penggunaan alat sederhana seperti neraca Ohaus untuk pengukuran massa serta jangka sorong dan gelas ukur untuk pengukuran dimensi dan volume memberikan kesempatan kepada mahasiswa untuk memahami pentingnya kalibrasi, ketelitian, metode pembacaan, perulangan data, hingga cara menghitung ketidakpastian.
Secara teoretis, pengukuran massa jenis bahan padat yang memiliki bentuk teratur seperti balok kayu atau bola baja dilakukan melalui pengukuran massa menggunakan neraca dan pengukuran volume melalui dimensi geometris benda.
Volume balok diperoleh melalui perkalian panjang, lebar, dan tinggi, sedangkan volume bola dihitung menggunakan hubungan matematis 𝑉 = 4/3𝜋𝑟3. Di sisi lain, pengukuran sampel cair seperti air, minyak, dan oli memerlukan pendekatan berbeda karena tidak memiliki bentuk tetap.
Volume fluida biasanya diukur menggunakan gelas ukur atau instrumen volumetrik lainnya, sedangkan massa diperoleh dari selisih massa wadah kosong dan wadah berisi fluida.
Pendekatan teoritis ini sudah digunakan sejak lama dan menjadi standar internasional dalam laboratorium karena sederhana namun efektif dalam memperoleh data yang representatif.
Permasalahan utama yang sering muncul dalam pengukuran massa jenis bukan terletak pada rumus matematis yang digunakan, namun pada ketidakpastian pengukuran yang menyertai setiap proses eksperimen.
Ketidakpastian merupakan bagian yang tidak dapat dihilangkan sepenuhnya namun dapat dikendalikan melalui pengulangan pengukuran, kontrol lingkungan, serta kalibrasi alat ukur.
Misalnya, pembacaan jangka sorong yang memiliki ketelitian hingga 0,02 mm memerlukan kondisi tangan dan posisi pengamatan yang stabil. Neraca massa juga memerlukan kestabilan permukaan, posisi jarum yang tepat, serta kondisi lingkungan bebas getaran.
Bahkan dalam pengukuran fluida, permukaan meniskus harus dilihat sejajar dengan garis pandang mata untuk menghindari kesalahan paralaks.
Hal-hal ini menunjukkan bahwa proses pengukuran massa jenis memiliki dimensi filosofis: hasil eksperimen tidak pernah benar-benar “tunggal”, melainkan merupakan estimasi terbaik berdasarkan data yang diperoleh dengan ketelitian tertentu.
Selain itu, dalam konteks pembelajaran, pengukuran massa jenis menjadi wahana penting untuk memperkenalkan mahasiswa pada konsep ketelitian, akurasi, presisi, dan error eksperimen.
Mahasiswa didorong untuk tidak hanya mencatat angka hasil pengukuran, tetapi juga mampu menganalisis tingkat kesalahan, variasi data, menentukan penyebab ketidaksesuaian dengan literatur, serta menarik kesimpulan berdasarkan landasan ilmiah.
Hal ini penting karena perkembangan ilmu pengetahuan modern menuntut kemampuan berpikir kritis berbasis data, bukan sekadar kemampuan mengikuti prosedur.
Penguasaan konsep error eksperimen pada tahap awal pendidikan fisika akan menjadi modal besar ketika mahasiswa berhadapan dengan instrumen berpresisi tinggi di tingkat penelitian lebih lanjut.
Namun demikian, terdapat pula aspek menarik yang hingga kini masih menjadi diskusi dalam pengukuran massa jenis, yaitu perbedaan antara hasil eksperimen dan nilai referensi yang diperoleh dari tabel literatur.
Meskipun sering dianggap sebagai “ketidakcocokan data”, perbedaan tersebut justru menjadi sarana pembelajaran yang penting. Perbedaan data dapat muncul akibat ketidakseragaman material sampel, kesalahan pembacaan alat, variasi volume akibat cacat bentuk, kondisi fluida, hingga pengaruh lingkungan.
Pendekatan ilmiah tidak mengharuskan hasil eksperimen selalu identik dengan literatur, melainkan menuntut kemampuan untuk memberikan argumentasi berdasarkan analisis rasional yang dapat dipertanggungjawabkan. Inilah karakter unik dari eksperimen fisika: data tidak hanya dicatat, tetapi juga diinterpretasi dalam konteks penyebab dan ketelitian ilmiah.
Berdasarkan uraian tersebut, dapat dipahami bahwa pengukuran massa jenis bukan sekadar prosedur matematis, tetapi juga sistem pembelajaran metodologi ilmiah yang mencakup pengambilan data, analisis variabel, identifikasi sumber kesalahan, perhitungan ketidakpastian, serta pembandingan hasil dengan standar yang diakui.
Dalam praktikum ini dilakukan pengukuran massa jenis pada balok kayu, bola baja, air, minyak, dan oli menggunakan neraca Ohaus, jangka sorong, dan gelas ukur. Metode ini dipilih karena mampu memberikan gambaran langsung mengenai hubungan antara alat ukur, proses pengukuran, dan hasil yang diperoleh melalui pendekatan ilmiah.
Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menentukan massa jenis beberapa sampel padat dan cair melalui pengukuran langsung massa dan volume, menganalisis ketelitian dan ketidakpastian dari masing-masing pengukuran, membandingkan hasil eksperimen dengan nilai acuan untuk mengetahui tingkat kesesuaian dan mengidentifikasi sumber kesalahan yang memengaruhi hasil eksperimen.
Dengan demikian, praktikum ini diharapkan dapat memberikan pemahaman menyeluruh kepada mahasiswa mengenai pentingnya ketelitian alat ukur, prinsip pengolahan data, serta pendekatan ilmiah dalam penelitian fisika dasar.
Pengalaman pengukuran langsung ini juga diharapkan menjadi landasan kuat sebelum mahasiswa memasuki tahap eksperimen yang menggunakan instrumen digital berketelitian tinggi atau metode fisis lanjutan lainnya.
Dalam lingkup ilmu fisika, proses pengukuran tidak hanya berfungsi untuk memperoleh nilai suatu besaran, tetapi juga menjadi dasar untuk menguji kebenaran teori yang telah ada.
Melalui proses eksperimen, mahasiswa dilatih untuk membangun keterampilan dasar dalam bekerja secara sistematis, objektif, teliti, dan atan ilmiah, sehingga kesimpulan yang dihasilkan tidak hanya berasal dari asumsi, tetapi melalui proses berpikir rasional berbasis bukti.
Pada pengukuran massa jenis, seluruh langkah mulai dari persiapan alat, pengumpulan data, perhitungan, hingga interpretasi hasil menjadi bagian penting dari pembentukan pola pikir ilmiah mahasiswa.
Selain aspek metodologis, pengukuran massa jenis juga memiliki relevansi yang luas dalam perkembangan pengetahuan dan teknologi. Dalam industri logam, misalnya, variasi massa jenis dapat menunjukkan tingkat kemurnian baja atau adanya kontaminan pada material.
Pada bidang geologi dan mineralogi, pengukuran densitas digunakan untuk mengidentifikasi jenis batuan dan kandungan logam berharga. Sementara itu, di bidang kelautan, variasi massa jenis air laut dipakai untuk mempelajari sistem arus, salinitas, hingga perubahan iklim.
Di bidang energi engine dan pelumas, densitas minyak dan oli menentukan kualitas pelumasan, efisiensi proses konversi energi, serta stabilitas kinerja mesin.
Kondisi ini menunjukkan bahwa meskipun eksperimen pada praktikum menggunakan instrumen sederhana seperti neraca Ohaus dan jangka sorong, konsep ilmiah yang dipelajari berada dalam konteks pemanfaatan yang jauh lebih luas.
Menariknya, hingga kini masih terdapat perdebatan terkait standar pengukuran massa jenis dalam konteks eksperimen pendidikan. Beberapa peneliti berpendapat bahwa metode pengukuran konvensional sudah tidak mencukupi untuk tuntutan akurasi ilmiah modern, sehingga perlu digantikan oleh perangkat elektronik atau metode otomatis.
Namun, sebagian lain berargumen bahwa metode klasik tetap memiliki nilai edukatif yang tinggi, terutama untuk melatih mahasiswa memahami konsep kesalahan eksperimen, ketidakpastian, kalibrasi, serta hubungan antara teori dan praktik.
Perdebatan inilah yang menunjukkan bahwa pembelajaran pengukuran massa jenis masih relevan untuk dikembangkan, terutama dalam konteks pendidikan sains dasar.
Di sisi lain, perkembangan instrumen pengukuran juga memunculkan tantangan baru. Ketergantungan pada instrumen digital membuat sebagian mahasiswa hanya fokus pada angka akhir yang ditampilkan alat, tanpa memahami proses ilmiah di baliknya.
Karena itu, banyak kurikulum fisika dasar di perguruan tinggi yang tetap mempertahankan penggunaan alat ukur manual, agar mahasiswa mengalami sendiri bagaimana kesalahan pembacaan dapat terjadi, bagaimana ketidakpastian dihitung, serta bagaimana proses pengulangan pengukuran dapat memperkecil penyimpangan data.
Pendidikan semacam ini tidak hanya menghasilkan nilai massa jenis yang akurat, tetapi juga membentuk kompetensi ilmiah dasar seperti kecermatan, kepekaan terhadap prosedur, dan objektivitas.
Selain faktor alat ukur, karakteristik sampel juga dapat menjadi sumber ketidakpastian dalam pengukuran massa jenis. Benda yang secara teoritis dianggap memiliki bentuk teratur mungkin mengalami cacat atau ketidaksempurnaan sudut yang membuat pengukuran dimensi tidak sepenuhnya akurat.
Balok kayu, misalnya, mungkin tidak memiliki bidang yang benar-benar tegak lurus atau permukaan yang tepat sejajar, sehingga meskipun rumus volume sederhana digunakan, hasil eksperimen tetap mengandung error.
Pada bola baja, kesalahan sekecil 0,01 cm dalam pengukuran diameter dapat memberikan selisih volume yang signifikan karena pengaruh pangkat tiga pada rumus volume bola. Hal ini menegaskan bahwa eksperimen bukan sekadar memulai perhitungan matematis, tetapi juga melibatkan kemampuan kritis dalam mengevaluasi validitas data yang diperoleh.
Untuk sampel cair seperti air, minyak, dan oli, tantangan pengukuran muncul pada pembacaan meniskus, pengaruh viskositas, serta kemungkinan terperangkapnya gelembung udara saat mengisi gelas ukur. Kondisi suhu ruangan juga memengaruhi densitas cairan, karena pemuaian volume menyebabkan nilai massa jenis berkurang ketika suhu meningkat.
Inilah alasan mengapa laboratorium fisika umumnya menetapkan standar suhu tertentu sebagai acuan pengukuran densitas. Kesadaran terhadap variabel semacam ini membantu mahasiswa memahami bahwa akurasi eksperimen tidak hanya ditentukan oleh satu faktor tunggal, tetapi oleh kombinasi berbagai kondisi fisik dan prosedural.
Di samping itu, pengukuran massa jenis juga menjadi sarana evaluasi terhadap efektivitas penggunaan alat ukur manual dalam konteks pembelajaran modern. Ketika mahasiswa menggunakan neraca Ohaus dan jangka sorong, mereka tidak hanya mencatat hasil, tetapi juga belajar merasakan langsung bagaimana kondisi alat memengaruhi data.
Misalnya, perubahan posisi neraca yang tidak tegak lurus dapat menyebabkan kesalahan pembacaan skala, sedangkan rahang jangka sorong yang tidak tertutup rapat dapat menimbulkan perbedaan nilai dimensi.
Keterlibatan langsung ini mengembangkan kesadaran mahasiswa bahwa sebuah hasil eksperimen tidak hanya bergantung pada rumus yang digunakan, tetapi juga pada konsistensi prosedur serta kemampuan operator menjaga standar pengukuran.
Dengan demikian, penelitian atau praktikum pengukuran massa jenis bukan hanya sekadar latihan matematis, melainkan juga media untuk mengenalkan mahasiswa pada hakikat sains sebagai proses yang berkembang, dinamis, dan selalu mengandung ruang perbaikan.
Mahasiswa belajar bahwa perbedaan antara hasil eksperimen dan tabel literatur bukanlah kegagalan, melainkan peluang untuk melakukan analisis yang lebih mendalam mengenai sumber penyimpangan dan cara memperbaikinya.
Dalam konteks pendidikan modern, kemampuan melakukan refleksi ilmiah semacam ini jauh lebih bernilai daripada sekadar mendapatkan angka yang identik dengan teori.
Lebih dari itu, hasil pengukuran massa jenis juga dapat memberikan wawasan tambahan mengenai kualitas material yang digunakan dalam eksperimen.
Misalnya, massa jenis kayu yang lebih tinggi dari literatur dapat mengindikasikan kandungan air yang masih tersisa, sedangkan densitas oli yang berbeda dari standar dapat menunjukkan jenis, kualitas, atau tingkat degradasi bahan.
Analisis semacam ini dapat memperluas diskusi praktikum dari sekadar pengukuran kuantitatif menuju pemahaman karakter material secara nyata, sehingga eksperimen menjadi lebih bermakna dan berorientasi pada aplikasi.
Berdasarkan seluruh latar belakang tersebut, praktikum pengukuran massa jenis pada balok kayu, bola baja, air, minyak, dan oli menjadi sangat relevan untuk memperkenalkan mahasiswa pada cara kerja sains eksperimental.
Selain memperoleh data numerik, mahasiswa dituntut untuk memahami proses pengukuran secara menyeluruh, mulai dari prinsip teori, penggunaan alat ukur, perhitungan ketidakpastian, hingga penarikan kesimpulan berbasis analisis.
Pendekatan ini diharapkan tidak hanya meningkatkan pemahaman mahasiswa mengenai massa jenis, tetapi juga memberikan mereka untuk mampu terampil dan berpikir ilmiah yang esensial dalam dunia akademik maupun profesi.
Dengan demikian, pendahuluan ini menegaskan bahwa praktikum penentuan massa jenis tidak hanya relevan, tetapi juga berkontribusi terhadap pembentukan kompetensi dasar ilmiah yang mendukung perkembangan mahasiswa dalam bidang fisika dan ilmu eksakta.
Melalui proses pengukuran manual, analisis kesalahan, serta pembandingan dengan data literatur, mahasiswa dilatih untuk memahami hubungan antara teori dan fakta empiris serta menyadari bahwa sains bergerak dalam ruang yang selalu dapat diuji, diperbaiki, dan dikembangkan.
Praktikum ini juga mendorong mahasiswa untuk berpikir kritis terhadap hasil yang diperoleh serta memiliki kepekaan terhadap faktor-faktor yang memengaruhi keakuratan data, sehingga hasil penelitian dapat dipertanggungjawabkan secara ilmiah.
Dasar Teori
Massa jenis suatu zat homogen biasanya ditentutan dengan massa (m) dan volume (V) secara terpisah, kemudian menghitung massa jenisnya dari Jumlah tersebut (p=m/v). Massa jenis padatan ditentukan dengan menggabungkan penimbangan dan pengukuran volume.
Volume benda ditentukan dari volume cairan yang dipindahkan benda dari reservior yang meluap. Prosedur ini diuji dalam percobaan dengan benda beraturan yang volumenya dapat dihitung dari dimensi linearnya (Tim Asdos Fisika, 2025).
Pengukuran massa jenis merupakan salan satu tegiatan mendasar dalam eksperimen fisika karena massa jenis berfungsi untuk menentukan karakteristik dan jenis suatu bahan.
Dalam konters laboratorium, pengukuran ini umumnya dilakukan untuk benda padat yang memiliki bentuk teratur, seperti kubus atau silinder, sehingga volumenya dapat diperoleh dari hasil pengukuran dimensi menggunakan alat ukur seperti jangka sorong.
Sementara itu, massa benda diukur menggunakan neraca ohaus, yang memiliki tingrat ketelitian tinggi. Hasil pengukuran massa dan volume kemudian digunakan untuk menghitung massa jenis secara akurat (Amani & Arief, 2015).
Jangka sorong atau vernier caliper merupakan alat ukur presisi yang digunakan untuk mengukur dimensi suatu benda dengan ketelitian hingga 0,02 mm. Alat ini terdiri atas dua bagian utama, yaitu skala utama dan skala nonius.
Prinsip kerja sangka sorong didasarkan pada pembacaan hasil pengukuran dari kedua skala tersebut, dimana posisi garis pada skala nonius yang sejajar dengan garis pada skala utama menunjukkan nilai pecahan tambahan dari hasil pengukuran.
Keunggulan angka sorong dibandingkan alat ukur panjang biasa adalah kemampuannya untuk mengukur diameter luar, diameter dalam, serta kedalaman suatu benda dengan ketelitian tinggi. Namun, keakuratan alat ini sangat dipengaruhi oleh proses kalibrasi, teknik pembacaan, dan kondisi alat itu sendiri (Amani & Arief 2015).
Neraca Ohaus merupakan alat yang digunakan untuk mengukur massa dengan ketelitian yang tinggi, biasanya hingga 0,01 gram. Prinsip kerja Neraca Ohaus adalah berdasarkan keseimbangan antara lengan tuas yang menahan massa benda dengan massa perbandingan yang telah diketahui.
Neraca ini menggunakan sistem mekanik dengan pembobot yang dapat digeser untuk mencari titik keseimbangan. Dalam penggunaan praktisnya, neraca harus diletakkan di permukaan datar, bebas dari getaran, dan diatur agar jarum penunjuk berada di posisi nol sebelum digunakan.
Setiap perubahan posisi atau kondisi lingkungan seperti suhu dan kelembapan dapat memengaruhi keseimbangan alat. sehingga kalibrasi awal menjadi tahap penting sebelum pengukuran dilakukan (Arif & Kurniawan, 2017).
Faktor-faktor eksternal yang memengaruhi hasil pengukuran neraca ohaus meliputi kondisi udara, gaya angkat udara terhadap benda, serta gaya gesekan pada lengan neraca. Oleh karena itu, laboratorium pengukuran massa biasanya dilengkapi dengan kondisi ruangan yang stabil dan minim gangguan.
Perbedaan hasil pengukuran massa dengan kondisi lingkungan berbeda dapat mencapai 0,003 gram. Walaupun terlihat kecil, selisih ini memberikan pengaruh signifikan terhadap perhitungan massa jenis, terutama pada benda yang memiliki volume kecil (Arif & Kurniawan, 2017).
Selain ketelitian alat, penting pula memahami konsep ketidakpastian pengukuran ketidakpastian menunjukkan sejauh mana hasil pengukuran dapat dipercaya. Setiap alat ukur memiliki batas ketelitian tertentu, dan hasil pengukuran selalu mengandung ketidakpastian yang berasal dari alat maupun penggunaan.
Misalnya, pada jangka sorong, kesalahan bisa muncul akibat tidak stabilnya keseimbangan jarum penunjuk. Analisis ketidakpastian gabungan dari massa dan volume merupakan hal yang penting dan menentukan tingkat keandalan nilai massa jenis yang dihasilkan. Dengan menghitung ketidakpastian total, dapat diketahui batas atas dan batas bawah dari hasil pengukuran sebenarnya (Sutanto, dkk. 2020).
Pengukuran massa jenis tidak hanya sebatas pada benda padat, tetapi juga dapat diterapkan pada zat cair atau fluida. Pengukuran nilai denitas minyak pelumas menggunakan metode gelombang ultrasonik misalnya, dapat dibandingkan dengan hasil pengukuran konvensional menggunakan jangka sorong dan neraca ohaus.
Hasilnya menunjukkan bahwa metode konvensional masih menjadi acuan utama dalam penguji keakuratan metode baru. Hal ini karena pengukuran langsung massa dan volume memberikan nilai yang lebih stabil dan mudah di validasi (Hidayat, dkk. 2022).
Untuk memperoleh hasil pengukuran yang akurat beberapa langkah harus dilakukan. Pertama, sebelum melakukan pengukuran, alat harus dikalibrasi agar posisi nol pada sangka sorong dan neraca ohaus berada pada titik referensi yang benar.
Kedua, pengukuran harus dilakukan berulang kali untuk memperoleh rata-rata nilai yang mendekati hasil sebenarnya dan mengurangi kesalahan acak.
Ketiga, lingkungan pengukuran harus dijaga dalam kondisi stabil, terutama suhu dan kelembapan, karena perubahan kondisi fisik dapat menyebabkan pemuaian bahan dan memengaruhi hasil pengukuran dimensi maupun massa (Prawira & Rouf, 2018).
Dengan memperhatikan prinsip-prinsip tersebut, pengukuran massa jenis dengan jangka sorong dan neraca ohaus dapat menghasilkan data yang sangat akurat.
Dalam konteks pendidikan dan penelitian, kombinasi kedua alat ini sering digunakan karena selain mudah dioperasikan, juga dapat memberikan pemahaman langsung kepada mahasiswa mengenai hubungan antara besaran fisis, ketelitian alat, serta konsep ketidakpastian dalam eksperimen.
Penguasaan keterampilan dasar ini menjadi pondasi penting sebelum melakukan pengukuran dengan instrumen digital atau metode canggih lainnya (Hidayat, dkk, 2022).
Material dan Metode
Alat dan Bahan
- Jangka sorong
- Neraca ohaus tiga lengan
- Balok kayu
- Bola baja
- Gelas ukur
- Air
- Minyak
- Oli
Prosedur Percobaan
a) Mengukur panjang dengan jangka sorong
- Benda diambil dan diletakkan di antara rahang luar dari angka sorong.
- Rahang dalam disatukan dengan menggeser skala nonius hingga benda tersejit dan ketebalan yang terbaca tidak berubah lagi.
- Hasil pengukuran dicatat, kemudian pengukuran diulangi sebanyak 5 kali.
b) Mengukur massa dengan neraca ohaus tiga lengan
- Kalibrasi (penyetelan ulang) dilakukan terhadap neraca tiga lengan untuk memastikan bahwa skala berada pada posisi yang tepat.
- Benda yang akan diukur massanya diletakkan pada piringan wadah beban.
- Skala-skala pada neraca digeser mulai dari lengan dengan skala terbesar hingga lengan dengan skala terkecil sampai posisi seimbang tercapai.
- Jika batang Penunjak menunjukkan angka nol, maka skala yang terukur sudah siap untuk dibaca.
- Hasil pengukuran dibaca dengan menjumlahkan nilai-nilai yang terdapat pada tiap skala, dimulai dari nilai terbesar ke nilai terkecil.
- Jika batang penunjuk belum menunjukkan angra nol, maka anak timbangan digeser hingga posisi jarum penunjuk kembali menunjukkan angka nol (kondisi seimbang).
- Hasil pengukuran dicatat, dan pengukuran diulangi sebanyak 5 kali.
c) Menghitung massa jenis menggunakan alat ukur
- Gelas ukur kosong ditimbang terlebih dahulu.
- Gelas ukur diisi dengan cairan yang akan diukur massanya.
- Gelas ukur yang telah berisi cairan ditimbang kembali.
- Massa cairan dihitung dengan cara mengurangkan massa gelas ukur kosong dari massa gelas ukur berisi cairan.
- Massa jenis cairan dihitung dengan membagi massa cairan dengan volume yang terbaca pada gelas ukur.
- Volume dan massa dihitung dengan cermat agar diperoleh hasil yang akurat.
Hasil dan Pembahasan
Data Pengamatan
Analisis Data
1. Ralat Nisbi
Δm = [(Σ(m-m)2)/(n(n-1))]1/2 = (0,126/20)1/2 = √(0,0063) = 0,079 gram
Ralat nisbi: I = Δm/m x 100% = 0,079/169,82 x 100% = 0,04%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 0,04% = 99,96%
Δm = [(Σ(m-m)2)/(n(n-1))]1/2 = (0,7/20)1/2 = √(0,035) = 0,187 gram
Ralat nisbi: I = Δm/m x 100% = 0,187/28,4 x 100% = 0,658%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 0,658% = 99,342%
Δm = [(Σ(m-m)2/(n(n-1))]1/2 = (0,16/20)1/2= √(0,008) = 0,089 gram
Ralat nisbi: I = Δm/m x 100% = 0,089/48,91 x 100% = 0,182%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 0,182% = 99,82%
Δm = [(Σ(m-m)2/(n(n-1))]1/2 = (0,001/20)1/2= √(0,00005) = 0,007 gram
Ralat nisbi: I = Δm/m x 100% = 0,007/40,12 x 100% = 0,017%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 0,017% = 99,98%
Δm = [(Σ(m-m)2/(n(n-1))]1/2 = (0,64/20)1/2= √(0,032) = 0,178 gram
Ralat nisbi: I = Δm/m x 100% = 0,178/23,4 x 100% = 0,760%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 0,760% = 99,24%
Δl = [(Σ(l-l)2/(n(n-1))]1/2 = (0,02/20)1/2= √(0,001) = 0,031 cm
Ralat nisbi: I = Δl/l x 100% = 0,031/9,2 x 100% = 0,334%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 0,334% = 99,66%
Δl = [(Σ(l-l)2/(n(n-1))]1/2 = (0,028/20)1/2= √(0,014) = 0,118 cm
Ralat nisbi: I = Δl/l x 100% = 0,118/3,62 x 100% = 3,259%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 3,259% = 96,741%
Δl = [(Σ(l-l)2/(n(n-1))]1/2 = (0,068/20)1/2= √(0,0034) = 0,058 cm
Ralat nisbi: I = Δl/l x 100% = 0,058/5,68 x 100% = 1,021%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 1,021% = 98,979%
Δl = [(Σ(l-l)2/(n(n-1))]1/2 = (0,078/20)1/2= √(0,00039) = 0,0197 cm
Ralat nisbi: I = Δl/l x 100% = 0,0197/1,89 x 100% = 1,042%
Keseksamaan: 100% – RN = 100% – 1,042% = 98,958%
Perhitungan
Perhitungan massa jenis balok kayu
P = m/v=169,82/187.17= 0,897 g/cm³
Δv/v = ∆x/x + ∆y/y + ∆z/z
Δv/v = 0,31/9,2 + 0,118/3,62 + 0,058/5,68
Δv/v = 0,0765
ΔP = P(∆m/m+Δv/v)
ΔP = 0,897 (0,079/169,82 + 0,0765)
ΔP = 0,897 × 0,0769 = 0,0690
P = (0,897 ± 0,0690) g/cm³
Perhitungan massa jenis bola baja
P = m/v=28,4/3,522= 8,038 g/cm³
Δv = 1/2 × 0,002 cm = 0,001
ΔP = P(∆m/m+Δv/v)
ΔP = 8,038 (0,187/28,4 + 0,001/3,533)
ΔP = 8,038 ×0,0068 = 0,0546
P = (8,038 ± 0,0546) g/cm³
Perhitungan massa jenis pada air
P = m/v=48,91/50= 0,978 g/cm³
Δv = 1/2 × 0,5 = 0,25
ΔP = P(∆m/m+Δv/v)
ΔP = 0,978 (0,089/48,91 + 0,25/50)
ΔP = 0,978 × 0,0067 = 0,0065
P = (0,978 ± 0,0065) g/ml
Perhitungan massa jenis minyak
P = m/v=40,12/40= 1,003 g/cm³
Δv = 1/2 × 0,5 = 0,25
ΔP = P(∆m/m+Δv/v)
ΔP = 1,003 (0,007/40,12 + 0,25/40)
ΔP = 1,003 × 0,00642 = 0,00644
P = (1,003 ± 0,00644) g/ml
Perhitungan massa jenis oli
P = m/v=23,18/30= 0,772 g/cm³
Δv = 1/2 × 0,5 = 0,25
ΔP = P(∆m/m+Δv/v)
ΔP = 0,772 (0,007/40,12 + 0,25/40)
ΔP = 0,772 × 0,0159 = 0,0122
P = (0,772 ± 0,0122) g/ml
Pembahasan
Tujuan utama praktikum penentuan massa jenis ini adalah untuk memahami hubungan antara massa, volume, dan massa jenis suatu benda melalui kegiatan pengukuran langsung.
Melalui pengukuran massa menggunakan neraca Ohaus dan pengukuran dimensi atau volume menggunakan jangka sorong, mistar, maupun gelas ukur, mahasiswa dapat mempelajari cara memperoleh nilai massa jenis secara eksperimen serta menyadari bahwa ketelitian alat ukur sangat berpengaruh terhadap ketepatan hasil.
Selain itu, praktikum ini bertujuan melatih keterampilan dalam melakukan pengulangan pengukuran, menghitung rata-rata, menentukan ketidakpastian, dan membandingkan hasil eksperimen dengan nilai acuan untuk mengevaluasi tingkat akurasi dan sumberkesalahan.
Dengan demikian, praktikum ini tidak hanya memperkenalkan konsep massa jenis sebagai karakteristik fisik suatu bahan, tetapi juga menekankan pentingnya metode ilmiah, analisis data, dan pemahaman terhadap kesalahan eksperimen dalam kerja laboratorium fisika.
Berdasarkan hasil pengukuran massa dan volume berbagai benda uji, diperoleh bahwa besarnya massa jenis sangat bergantung pada ketelitian pengukuran kedua besaran tersebut. Pada balok kayu, massa rata-rata sebesar 169,82 g dan volume sebesar 189,17 cm³ menghasilkan massa jenis sekitar 0,898 g/cm³.
Nilai ini sedikit lebih besar dari massa jenis acuan kayu (0,8 g/cm³), yang kemungkinan disebabkan oleh ketidakpastian pengukuran dimensi balok, terutama karena perbedaan hasil pengukuran panjang, lebar, dan tinggi pada tiap pengulangan.
Ketidakpastian tersebut mengakibatkan volume balok sedikit lebih kecil dari seharusnya, sehingga nilai massa jenis terukur menjadi lebih besar. Sementara itu, pada bola baja, massa rata-rata 28,4 g dan volume 3,537 cm³ memberikan massa jenis sebesar 8,03 g/cm³ yang cukup mendekati nilai acuan 7,85 g/cm³.
Perbedaan kecil ini terutama dipengaruhi ketidakpastian pengukuran diameter bola, karena sedikit kesalahan pembacaan diameter akan memberikan perubahan besar pada volume akibat sifat kubik dari rumus volume bola.
Untuk pengukuran cairan, massa jenis air diperoleh sebesar 0,975 g/mL yang lebih rendah dari nilai acuan 1,00 g/mL. Hal ini dapat terjadi karena pembacaan volume pada gelas ukur memiliki ketelitian yang rendah dan sangat dipengaruhi oleh posisi meniskus serta sudut pandang pengamat.
Pada minyak dan oli, massa jenis masing-masing terukur sebesar 1,003 g/mL dan 0,780 g/mL, di mana keduanya menunjukkan selisih yang cukup besar dibandingkan nilai acuan.
Hal ini dapat dijelaskan oleh ketidakpastian volume yang relatif besar terhadap volume total serta adanya kemungkinan variasi massa antar pengulangan, termasuk nilai yang tampak sebagai outlier pada data oli.
Secara umum, seluruh hasil menunjukkan bahwa ketelitian alat ukur, konsistensi pembacaan, serta penanganan data pengukuran sangat memengaruhi akurasi penentuan massa jenis.
Dengan meningkatkan ketelitian volume (misalnya dengan menggunakan pipet atau buret) dan memastikan stabilitas pembacaan massa, hasil pengukuran diharapkan dapat lebih mendekati nilai acuan.
Kesimpulan
Dalam mengukur dimensi panjang balok kayu dengan menggunakan jangka sorong, dilakukan pengecekan ketelitian sebanyak lima kali. Rentang hasil pengukuran panjang balok berada pada nilai antara nol koma dua sentimeter hingga nol koma tiga satu sentimeter.
Ketelitian pengukuran dihitung dengan cara membandingkan selisih nilai pengamatan terhadap nilai rujukan, kemudian dinyatakan dalam bentuk persentase. Dari pengolahan data, balok kayu pada percobaan ini memiliki tingkat ketelitian sekitar sembilan puluh sembilan koma enam persen.
Rumus yang digunakan untuk mengukur volume balok kayu pada dasarnya merupakan perkalian antara panjang, lebar, dan tinggi benda. Untuk benda berbentuk bola, volumenya ditentukan berdasarkan kelipatan tertentu dari nilai jari-jari bola.
Sementara itu, untuk air atau minyak, volumenya diperoleh dengan melihat seberapa banyak zat cair yang digunakan selama percobaan.
Pengukuran massa benda dengan neraca harus dilakukan dengan sangat teliti agar hasil pengukuran maupun perhitungan ketelitian menjadi akurat dan dapat dipercaya.
Untuk menentukan massa jenis zat padat maupun cair, digunakan perbandingan antara massa benda dengan volumenya.
Sementara itu, penyebaran ketidakpastian massa jenis dapat dihitung dengan mempertimbangkan ketidakpastian massa serta ketidakpastian volume secara bersamaan, lalu dinyatakan dalam bentuk pengaruh keduanya terhadap nilai massa jenis akhir.
Penulis:
1. Desak Nyoman Indira Chandra Bawani (2508521005)
2. Ni Kadek Desika Maharani (2508521006)
3. Ni Kadek Bintang Meilan Sari (2508521007)
4. Ni Putu Fina Budiani (2508521008)
5. Nadin Adya Viska (2508521015)
6. Ni Putu Mirah Purnama Nandini (2508521016)
Mahasiswa Prodi Fisika, Universitas Udayana
Dosen Pengampu: Eirenne Pridari Sinsya Dewi, S.S., M.Ed.
Daftar Pustaka
[1] Amani, R., & Arief, M. (2015). Pengukuran massa dan dimensi benda padat menggunakan alat ukur presisi. Penerbit Sains Nusantara.
[2] Arif, A., & Kurniawan, B. (2017). Neraca Ohaus dan prinsip pengukuran massa dalam eksperimen fisika. Pustaka Fisika Indonesia.
[3] Hidayat, R., Suryana, D., & Mahfud, F. (2022). Analisis pengukuran densitas fluida dengan metode ultrasonik dan metode konvensional. Jurnal Fisika Terapan, 14(2), 115–123.
[4] Prawira, T., & Rouf, A. (2018). Kalibrasi alat ukur dan pengaruh kondisi lingkungan terhadap hasil pengukuran fisika. Jurnal Metrologi dan Instrumentasi, 6(1), 22–30.
[5] Tim Asdos Fisika. (2025). Modul Praktikum Fisika Dasar: Pengukuran Massa Jenis. Laboratorium Fisika Dasar, Universitas Udayana.
[6] Hidayat, A. (2019). Fisika Dasar 1: Mekanika dan Termodinamika. Bandung: Alfabeta.
[7] Purnomo, I. (2021). Konsep massa jenis dalam fisika SMA kelas XI. Zenius Blog.
[8] Utomo, S. (2021). Fisika Dasar untuk Mahasiswa Sains dan Teknik. Jakarta: Prenadamedia Group.
[9] Prasetyo, B. (2020). Konsep Massa Jenis dan Hukum Archimedes dalam Pembelajaran Fisika SMA. Yogyakarta: Deepublish.
[10] Sari, D. (2022). Praktikum Fisika: Pengukuran Massa Jenis dan Viskositas. Malang: Universitas Negeri Malang Press.
[11] Gunawan, I., Pranowo, W. S., & Sukoco, N. B. (2022). Studi karakteristik massa air laut di Perairan Timur Indonesia dengan memanfaatkan data Argo Float. Jurnal Chart Datum, 5(2), 130-143. https://doi.org/10.37875/chartdatum.v5i2.151
[12] Rosdiana, A. R., Sudarti. & Albertus, D.L. (2017), ‘Pengaruh Paparan Medan Magnet Extremely Low Frequency (ELF) Terhadap Massa Jenis Tomat Ranti’, UMMAT Scientific Journal, Universitas Jember .
[13] Roshinta, A. P., Hidayat, R., Saptono, S., & Dwinagara, B. (2022, November). Analisis korelasi antara massa jenis dan kuat tekan uniaksial pada batu andesit di Kecamatan Bagelen, Kabupaten Purworejo, Jawa Tengah. Prosiding Nasional Rekayasa Teknologi Industri dan Informasi XVII (ReTII), 563–567. ISSN 1907-5995. https://journal.itny.ac.id/index.php/ReTII/article/download/3706/1500/10264
[14] Elisa, K., Aminullah. (2016), ‘Pengaruh Massa Jenis Benda Terhadap Tekanan Hidrostatis’, Jurnal Pendidikan Geosfer Vol 1 Nomor 1 2016, Universitas Syiah Kuala.
[15] Basyar Imanullah, M. A. (2017). Formulasi massa jenis timbal cair sebagai fungsi temperatur dan tekanan menggunakan simulasi dinamika molekul (Tugas akhir). Universitas Jember. ( https://repository.unej.ac.id/handle/123456789/82840.
Editor: Siti Sajidah El-Zahra
Bahasa: Rahmat Al Kafi
Ikuti berita terbaru Media Mahasiswa Indonesia di Google News
⚡ Baca Lebih Cepat Artikel MMI di Ponsel Anda!
Ikuti Channel WhatsApp
Media Mahasiswa Indonesia (MMI):
KLIK DI SINI
