Satuan Pokok dan Satuan Turunan: Sistem SI, Imperial, CGS, dan Sistem Satuan Lainnya

Pengukuran adalah bagian penting dari sains dan teknologi. Untuk memastikan konsistensi, para ilmuwan mengembangkan standar satuan pengukuran. Sistem Satuan Internasional (SI) adalah sistem pengukuran yang paling banyak digunakan saat ini di seluruh dunia. Dalam SI, terdapat dua kategori utama satuan: satuan pokok dan satuan turunan. Artikel ini akan menjelaskan secara lengkap kedua jenis satuan ini, serta sejarah perkembangan satuan pengukuran.

Satuan Pokok

Satuan pokok adalah satuan dasar yang tidak bergantung pada satuan lainnya. Dalam Sistem Internasional, terdapat tujuh satuan pokok yang didefinisikan dengan akurasi tinggi untuk memastikan keseragaman global.

Berikut adalah tujuh satuan pokok SI:

1. Meter (m) – Satuan panjang

• Definisi: Panjang yang ditempuh cahaya dalam ruang hampa selama 1/299.792.458 detik.

1. Kilogram (kg) – Satuan massa

• Definisi: Didefinisikan berdasarkan konstanta Planck, ( h = 6.62607015 x 10^{-34} ) joule detik.

1. Sekon (s) – Satuan waktu

• Definisi: Durasi 9.192.631.770 periode radiasi yang berkaitan dengan transisi antara dua tingkat energi hiperhalus dari atom cesium-133.

1. Ampere (A) – Satuan arus listrik

• Definisi: Arus konstan yang menghasilkan gaya sebesar ( 2 x 10^{-7} ) newton per meter antara dua penghantar lurus sejajar yang panjang tak terbatas.

1. Kelvin (K) – Satuan suhu termodinamika

• Definisi: Fraksi 1/273,16 dari suhu termodinamika titik tripel air.

1. Mol (mol) – Satuan jumlah zat

• Definisi: Jumlah zat yang mengandung jumlah entitas dasar sebanyak 6,02214076 × 10²³ (Avogadro).

1. Kandela (cd) – Satuan intensitas cahaya

• Definisi: Intensitas cahaya dalam arah tertentu dari sumber yang memancarkan radiasi monokromatik dengan frekuensi 540 × 10¹² hertz.

Satuan Turunan

Satuan turunan adalah satuan yang dihasilkan dari kombinasi satuan pokok. Satuan-satuan ini digunakan untuk menggambarkan besaran fisik yang lebih kompleks seperti kecepatan, percepatan, gaya, tekanan, energi, dan sebagainya. Satuan turunan disusun menggunakan rumus matematis berdasarkan satuan pokok SI.

Contoh satuan turunan:

1. Newton (N) – Satuan gaya

• Rumus: ( N = kg m/s^2 )
• Newton didefinisikan sebagai gaya yang diperlukan untuk memberikan percepatan sebesar 1 meter per detik kuadrat pada massa 1 kilogram.

1. Joule (J) – Satuan energi

• Rumus: ( J = N m = kg m^2/s^2 )
• Joule adalah energi yang diperlukan untuk menggerakkan benda sejauh 1 meter dengan gaya 1 newton.

1. Pascal (Pa) – Satuan tekanan

• Rumus: ( Pa = N/m^2 )
• Pascal adalah tekanan yang dihasilkan oleh gaya 1 newton yang bekerja pada area seluas 1 meter persegi.

1. Watt (W) – Satuan daya

• Rumus: ( W = J/s = kg \m^2/s^3 )
• Watt adalah laju aliran energi sebesar 1 joule per detik.

1. Hertz (Hz) – Satuan frekuensi

• Rumus: ( Hz = 1/s )
• Hertz didefinisikan sebagai satu siklus per detik.

Sejarah Perkembangan Sistem Pengukuran

Sistem pengukuran memiliki sejarah panjang yang dimulai sejak peradaban kuno. Berbagai kebudayaan menggunakan sistem pengukuran yang berbeda untuk memenuhi kebutuhan sosial dan ekonomi mereka. Misalnya, orang Mesir kuno menggunakan unit panjang seperti hasta untuk mengukur bangunan dan tanah.

Pada abad ke-18, ketidaksesuaian antara berbagai satuan pengukuran di Eropa mulai dirasakan sebagai masalah besar. Setiap negara memiliki standar pengukuran yang berbeda, yang menghambat perdagangan dan kerjasama ilmiah.

Pada 1790-an, revolusi ilmiah di Prancis memulai upaya untuk menciptakan sistem pengukuran yang seragam dan universal. Hasilnya adalah pengembangan sistem metrik pada tahun 1799. Awalnya, meter didefinisikan sebagai seperseribu jarak dari kutub utara ke khatulistiwa. Namun, definisi ini diubah pada abad ke-20 dengan pengenalan definisi berbasis sifat fisika cahaya.

Pada tahun 1960, Konferensi Umum mengenai Berat dan Ukuran (CGPM) menyempurnakan sistem metrik menjadi Sistem Internasional Satuan (SI), yang sekarang digunakan secara luas di seluruh dunia. Definisi modern dari satuan-satuan pokok SI, yang banyak diambil dari fenomena alam dan konstanta fisika, mulai digunakan pada abad ke-21.

Sistem Satuan Lainnya

Selain Sistem Internasional (SI), terdapat beberapa sistem satuan lain yang digunakan dalam berbagai konteks dan wilayah, baik historis maupun modern. Berikut adalah beberapa sistem satuan yang cukup dikenal:

1. Sistem Imperial (Imperial System)

• Negara yang Menggunakan: Utamanya digunakan di Britania Raya dan beberapa bekas jajahannya, serta masih digunakan secara parsial di Amerika Serikat.
• Contoh Satuan:
  • Panjang: Inch, foot, yard, mile
  • Berat/Massa: Ounce, pound, stone, ton (Imperial ton)
  • Volume: Pint, quart, gallon (UK dan AS berbeda)
  • Suhu: Derajat Fahrenheit
• Catatan: Sistem ini berasal dari Inggris pada awal abad ke-19 dan banyak dipengaruhi oleh tradisi pengukuran yang lebih tua.

2. Sistem Satuan AS (United States Customary System)

• Negara yang Menggunakan: Amerika Serikat
• Mirip dengan: Sistem Imperial, tetapi ada beberapa perbedaan kecil dalam satuan volume dan massa.
• Contoh Satuan:
  • Panjang: Inch, foot, yard, mile
  • Berat/Massa: Ounce, pound, ton (US ton)
  • Volume: Fluid ounce, pint, quart, gallon (AS gallon lebih kecil dari UK gallon)
  • Suhu: Derajat Fahrenheit
• Catatan: Meskipun mirip dengan Sistem Imperial, satuan volume seperti pint, quart, dan gallon dalam sistem AS sedikit berbeda ukurannya.

3. Sistem CGS (Centimeter-Gram-Second)

• Penggunaan: Digunakan di berbagai bidang ilmiah, terutama dalam fisika, hingga digantikan oleh Sistem SI.
• Contoh Satuan:
  • Panjang: Centimeter (cm)
  • Massa: Gram (g)
  • Waktu: Second (s)
  • Gaya: Dyne
  • Energi: Erg
• Catatan: Sistem CGS lebih kecil dan sering digunakan dalam konteks teoretis karena satuan-satuan lebih kecil daripada SI, seperti erg (1 erg = 10⁻⁷ joule).

4. Sistem MKS (Meter-Kilogram-Second)

• Penggunaan: Pendahulu Sistem SI, banyak digunakan dalam fisika.
• Contoh Satuan:
  • Panjang: Meter (m)
  • Massa: Kilogram (kg)
  • Waktu: Second (s)
  • Gaya: Newton (N)
• Catatan: Sistem MKS merupakan dasar bagi Sistem SI saat ini. Satuan seperti newton untuk gaya berasal dari sistem ini.

5. Sistem Satuan Alamiah (Natural Units)

• Penggunaan: Digunakan dalam fisika teoretis, terutama dalam relativitas dan fisika kuantum.
• Prinsip Dasar: Dalam sistem ini, konstanta-konstanta fisika dasar seperti kecepatan cahaya c, konstanta Planck h, dan konstanta gravitasi Newton G diambil sebagai 1, menyederhanakan banyak persamaan.
• Contoh Penggunaan:
  • Kecepatan Cahaya (c): c=1
  • Konstanta Planck (h): h=1
• Catatan: Satuan ini digunakan untuk menyederhanakan perhitungan di fisika tingkat lanjut, khususnya dalam teori medan dan mekanika kuantum.

6. Sistem Satuan Teknik (Engineering Units)

• Penggunaan: Banyak digunakan dalam bidang teknik di Eropa sebelum adopsi penuh SI.
• Contoh Satuan:
  • Tenaga: Horsepower (daya kuda)
  • Gaya: Kilopond (kgf)
• Catatan: Kilopond adalah satuan yang didefinisikan sebagai gaya yang dihasilkan oleh massa 1 kg di medan gravitasi bumi. Meskipun banyak digunakan sebelumnya, satuan ini telah digantikan oleh satuan SI seperti newton.

7. Sistem Planck (Planck Units)

• Penggunaan: Sistem satuan alamiah yang didasarkan pada konstanta-konstanta alam seperti kecepatan cahaya, konstanta Planck, dan konstanta gravitasi.
• Contoh Satuan:

• Catatan: Satuan Planck digunakan terutama dalam fisika teoretis untuk memahami skala kuantum dan relativitas umum.

8. Sistem Tua dan Lokal (Historical and Local Units)

• Contoh Sistem:
  • Sistem Mesir Kuno: Hasta (cubit) digunakan sebagai satuan panjang.
  • Sistem Yunani Kuno: Stadia sebagai satuan panjang.
  • Sistem Romawi Kuno: Libra (pound) digunakan sebagai satuan berat.
• Catatan: Banyak dari sistem ini sudah tidak digunakan lagi secara luas, tetapi beberapa satuan masih bertahan dalam bentuk modern (misalnya, pound dalam Sistem Imperial berasal dari libra Romawi).

Kesimpulan

Satuan pokok dan satuan turunan adalah bagian integral dari Sistem Internasional Satuan yang memastikan konsistensi dan akurasi dalam pengukuran ilmiah dan teknologi di seluruh dunia. Satuan pokok didefinisikan secara independen, sedangkan satuan turunan dibentuk dari kombinasi satuan pokok. Sistem ini terus berkembang berdasarkan prinsip-prinsip ilmiah yang mendasari sifat alam semesta, memastikan keandalan dan keterukurannya dari waktu ke waktu.

Dengan memahami sejarah dan pentingnya satuan pokok serta turunan, kita dapat lebih menghargai peran pengukuran dalam kehidupan sehari-hari dan sains modern.