Pengukuran

Pengukuran adalah proses pengukuran atribut suatu objek atau peristiwa, yang dapat digunakan untuk dibandingkan dengan objek atau peristiwa lain. Dengan kata lain, pengukuran adalah proses menentukan seberapa besar atau kecil kuantitas fisik dibandingkan dengan kuantitas referensi dasar yang sama. Ruang lingkup dan aplikasi pengukuran bergantung pada konteks dan disiplin tertentu. Dalam ilmu alam dan rekayasa, pengukuran tidak berlaku untuk properti nominal objek atau peristiwa, sesuai dengan pedoman dari International Vocabulary of Metrology (VIM) yang diterbitkan oleh International Bureau of Weights and Measures (BIPM). Namun, dalam bidang lain seperti statistik serta ilmu sosial dan perilaku, pengukuran dapat memiliki berbagai tingkatan, yang meliputi skala nominal, ordinal, interval, dan rasio.

Pengukuran adalah salah satu dasar perdagangan, ilmu pengetahuan, teknologi, dan penelitian kuantitatif dalam berbagai disiplin. Secara historis, banyak sistem pengukuran yang ada untuk berbagai bidang kehidupan manusia guna memfasilitasi perbandingan dalam bidang tersebut. Seringkali hal ini dicapai melalui kesepakatan lokal antara mitra perdagangan atau kolaborator. Sejak abad ke-18, perkembangan berlanjut menuju standar yang diterima secara luas yang menghasilkan Sistem Satuan Internasional (SI) modern. Sistem ini mengkonversi semua pengukuran fisik menjadi kombinasi matematis dari tujuh unit dasar. Ilmu pengukuran dikejar dalam bidang metrologi.

Pengukuran didefinisikan sebagai proses perbandingan kuantitas yang tidak diketahui dengan kuantitas yang diketahui atau standar.

Sejarah
Sistem bobot dan pengukuran tertua yang tercatat berasal dari milenium ke-3 atau ke-4 SM. Bahkan peradaban-peradaban paling awal membutuhkan pengukuran untuk keperluan pertanian, konstruksi, dan perdagangan. Unit standar awal mungkin hanya berlaku untuk satu komunitas atau wilayah kecil, dengan setiap daerah mengembangkan standar sendiri untuk panjang, luas, volume, dan massa. Sistem seperti itu seringkali terkait erat dengan satu bidang penggunaan, sehingga ukuran volume yang digunakan, misalnya, untuk biji-bijian kering tidak berhubungan dengan ukuran untuk cairan, dan tidak ada hubungan khusus dengan unit panjang yang digunakan untuk mengukur kain atau tanah. Dengan perkembangan teknologi manufaktur, dan semakin pentingnya perdagangan antara komunitas dan akhirnya di seluruh Bumi, standar bobot dan pengukuran menjadi kritis. Mulai abad ke-18, sistem bobot dan pengukuran yang dimodernisasi, disederhanakan, dan seragam dikembangkan, dengan unit dasar didefinisikan dengan metode yang semakin presisi dalam ilmu metrologi. Penemuan dan penerapan listrik adalah salah satu faktor yang mendorong pengembangan unit yang dapat diaplikasikan secara internasional yang telah disepakati.

Metodologi
Pengukuran suatu properti dapat dikategorikan berdasarkan kriteria berikut: jenis, magnitudo, unit, dan ketidakpastian. Mereka memungkinkan perbandingan yang jelas antara pengukuran Tingkat pengukuran adalah taksonomi untuk karakter metodologis dari suatu perbandingan. Misalnya, dua keadaan suatu properti dapat dibandingkan berdasarkan rasio, perbedaan, atau preferensi ordinal. Jenis biasanya tidak dinyatakan secara eksplisit, tetapi tersirat dalam definisi prosedur pengukuran. Magnitudo adalah nilai numerik dari karakterisasi, biasanya diperoleh dengan instrumen pengukuran yang dipilih dengan baik.

Satu unit memberikan faktor pembobotan matematis pada magnitudo yang diperoleh sebagai rasio terhadap properti dari artefak yang digunakan sebagai standar atau kuantitas fisik alami. Ketidakpastian mewakili kesalahan acak dan sistemik dari prosedur pengukuran; ini menunjukkan tingkat kepercayaan dalam pengukuran. Kesalahan dievaluasi dengan cara mengulang pengukuran secara metodis dan mempertimbangkan akurasi dan presisi instrumen pengukur.

Standarisasi unit pengukuran
Pengukuran umumnya menggunakan Sistem Satuan Internasional (SI) sebagai kerangka perbandingan. Sistem ini menetapkan tujuh unit dasar: kilogram, meter, kandela, detik, ampere, kelvin, dan mol. Semua unit ini didefinisikan tanpa merujuk pada objek fisik tertentu yang akan berfungsi sebagai standar. Definisi tanpa artefak mengunci pengukuran pada nilai yang pasti terkait dengan konstanta fisik atau fenomena alam yang tidak berubah, berbeda dengan ketergantungan pada artefak standar yang rentan terhadap kerusakan atau kehancuran. Sebagai gantinya, unit pengukuran hanya dapat berubah melalui peningkatan akurasi dalam menentukan nilai konstan yang terkait dengannya.

Usulan pertama untuk mengaitkan sebuah unit dasar SI dengan standar eksperimental yang independen dari fiat adalah oleh Charles Sanders Peirce (1839-1914), yang mengusulkan untuk mendefinisikan meter dalam hal panjang gelombang garis spektral. Ini secara langsung mempengaruhi eksperimen Michelson-Morley; Michelson dan Morley mengutip Peirce, dan meningkatkan metodenya.

Standar
Kecuali untuk beberapa konstanta kuantum fundamental, unit pengukuran berasal dari kesepakatan sejarah. Tidak ada yang melekat dalam alam yang menentukan bahwa satu inci harus memiliki panjang tertentu, atau bahwa satu mil adalah ukuran jarak yang lebih baik daripada satu kilometer. Namun, selama sejarah manusia, pertama-tama untuk kenyamanan dan kemudian karena kebutuhan, standar pengukuran berkembang sehingga komunitas memiliki benchmark tertentu yang sama. Hukum yang mengatur pengukuran awalnya dikembangkan untuk mencegah penipuan dalam perdagangan.

Unit pengukuran umumnya didefinisikan secara ilmiah, diawasi oleh lembaga pemerintah atau independen, dan didirikan dalam perjanjian internasional, yang terpenting adalah Konferensi Umum tentang Bobot dan Ukuran (CGPM), yang didirikan pada tahun 1875 oleh Konvensi Meter, mengawasi Sistem Satuan Internasional (SI). Sebagai contoh, meter didefinisikan ulang pada tahun 1983 oleh CGPM dalam hal kecepatan cahaya, kilogram didefinisikan ulang pada tahun 2019 dalam hal konstanta Planck, dan yard internasional didefinisikan pada tahun 1960 oleh pemerintah Amerika Serikat, Britania Raya, Australia, dan Afrika Selatan sebagai 0,9144 meter persis.

Di Amerika Serikat, National Institute of Standards and Technology (NIST), sebuah divisi dari Departemen Perdagangan Amerika Serikat, mengatur pengukuran komersial. Di Britania Raya, peran ini dilakukan oleh National Physical Laboratory (NPL), di Australia oleh National Measurement Institute, di Afrika Selatan oleh Council for Scientific and Industrial Research, dan di India National Physical Laboratory of India.

Satuan pengukuran dan Sistem pengukuran
Satuan adalah jumlah yang diketahui atau standar dalam hal jumlah fisik lain diukur. Botol susu bayi yang mengukur dalam tiga sistem pengukuran—metrik, imperial (Inggris), dan US customary 

Sistem pengukuran imperial dan US customary
Sebelum satuan SI secara luas diterima di seluruh dunia, sistem Inggris dari satuan Inggris dan kemudian satuan imperial digunakan di Inggris, Persemakmuran, dan Amerika Serikat. Sistem ini dikenal sebagai satuan US customary di Amerika Serikat dan masih digunakan di sana dan di beberapa negara Karibia. Sistem pengukuran yang berbeda ini kadang-kadang disebut sistem kaki-pound-detik setelah satuan Imperial untuk panjang, berat, dan waktu meskipun ton, hundredweights, galon, dan mil laut, misalnya, memiliki nilai yang berbeda dalam sistem AS dan imperial. Banyak satuan Imperial tetap digunakan di Inggris, yang secara resmi beralih ke sistem SI, dengan beberapa pengecualian seperti tanda jalan, di mana jarak jalan ditunjukkan dalam mil (atau dalam yard untuk jarak pendek) dan batas kecepatan dalam mil per jam. Bir dan cider harus dijual berdasarkan pint imperial, dan susu dalam botol yang dapat dikembalikan dapat dijual berdasarkan pint imperial. Banyak orang mengukur tinggi mereka dalam kaki dan inci dan berat badan mereka dalam batu dan pound, untuk memberikan hanya beberapa contoh. Satuan Imperial digunakan di banyak tempat lain: misalnya, di banyak negara Persemakmuran yang dianggap metrikasi, luas tanah diukur dalam acre dan ruang lantai dalam kaki persegi, khususnya untuk transaksi komersial (daripada statistik pemerintah). Demikian pula, bensin dijual per galon di banyak negara yang dianggap metrikasi.

Sistem metrik
Sistem metrik adalah sistem desimal pengukuran berdasarkan satuan untuk panjang, meter, dan untuk massa, kilogram. Ini ada dalam beberapa variasi, dengan pilihan satuan dasar yang berbeda, meskipun hal ini tidak memengaruhi penggunaannya sehari-hari. Sejak tahun 1960-an, Sistem Satuan Internasional (SI) adalah sistem metrik yang diakui secara internasional. Satuan metrik massa, panjang, dan listrik secara luas digunakan di seluruh dunia baik untuk keperluan sehari-hari maupun ilmiah.

Sistem Satuan Internasional
Sistem Satuan Internasional (disingkat SI dari nama bahasa Prancis Système International d'Unités) adalah revisi modern dari sistem metrik. Ini adalah sistem satuan yang paling banyak digunakan di dunia, baik dalam perdagangan sehari-hari maupun dalam ilmu pengetahuan. SI dikembangkan pada tahun 1960 dari sistem meter-kilogram-detik (MKS), bukan sistem sentimeter-gram-detik (CGS), yang pada gilirannya memiliki banyak varian. Satuan SI untuk tujuh besaran fisik dasar adalah:
Dalam SI, satuan dasar adalah pengukuran sederhana untuk waktu, panjang, massa, suhu, jumlah zat, arus listrik, dan intensitas cahaya. Satuan turunan dibangun dari satuan dasar: misalnya, watt, yaitu satuan untuk daya, didefinisikan dari satuan dasar sebagai m2·kg·s−3. Sifat fisik lainnya dapat diukur dalam satuan gabungan, seperti densitas material, diukur dalam kg·m−3.

Mengonversi awalan
SI memungkinkan perkalian yang mudah ketika beralih di antara satuan yang memiliki dasar yang sama tetapi awalan yang berbeda. Untuk mengonversi dari meter ke sentimeter, hanya perlu mengalikan jumlah meter dengan 100, karena ada 100 sentimeter dalam satu meter. Sebaliknya, untuk beralih dari sentimeter ke meter, seseorang mengalikan jumlah sentimeter dengan 0,01 atau membagi jumlah sentimeter dengan 100.

Sebatang pemangkat atau penggaris adalah alat yang digunakan dalam, misalnya, geometri, gambar teknik, rekayasa, dan tukang kayu, untuk mengukur panjang atau jarak atau untuk menggambar garis lurus. Secara ketat, pemangkat adalah alat yang digunakan untuk membuat garis lurus dan alat yang dikalibrasi digunakan untuk menentukan panjang disebut ukur, namun penggunaan umum menyebut kedua alat tersebut sebagai pemangkat dan nama khusus tepi lurus digunakan untuk pemangkat tanpa tanda. Penggunaan kata ukur, dalam arti alat pengukur, hanya bertahan dalam frasa pita ukur, alat yang dapat digunakan untuk mengukur namun tidak dapat digunakan untuk menggambar garis lurus. Seperti yang dapat dilihat dalam foto di halaman ini, pemangkat tukang kayu dua meter dapat dilipat menjadi panjang hanya 20 sentimeter, untuk mudah dimasukkan ke dalam saku, dan pita pengukur lima meter dengan mudah ditarik masuk ke dalam penutup kecil.

Waktu
Waktu adalah pengukuran abstrak dari perubahan elemen dalam kontinum non-spatial. Hal ini ditandai dengan angka dan/atau periode yang dinamai seperti jam, hari, minggu, bulan, dan tahun. Ini adalah serangkaian kejadian yang tampaknya tidak dapat dibalikkan dalam kontinum non-spatial ini. Ini juga digunakan untuk menunjukkan interval antara dua titik relatif dalam kontinum ini.

Massa
Massa merujuk pada sifat intrinsik semua benda material untuk menentang perubahan dalam momen mereka. Berat, di sisi lain, merujuk pada gaya ke bawah yang dihasilkan ketika massa berada dalam medan gravitasi. Dalam jatuh bebas (tanpa gaya gravitasi net) benda kehilangan berat tetapi tetap mempertahankan massa mereka. Unit Imperial untuk massa termasuk ons, pound, dan ton. Satuan metrik gram dan kilogram adalah satuan massa.

Salah satu perangkat untuk mengukur berat atau massa disebut sebagai timbangan atau, sering, hanya "timbangan". Timbangan pegas mengukur gaya tetapi bukan massa, keseimbangan membandingkan berat; keduanya memerlukan medan gravitasi untuk beroperasi. Beberapa instrumen yang paling akurat untuk mengukur berat atau massa didasarkan pada sel beban dengan tampilan digital, tetapi memerlukan medan gravitasi untuk berfungsi dan tidak akan berfungsi dalam jatuh bebas.

Ekonomi
Langkah-langkah yang digunakan dalam ekonomi adalah langkah-langkah fisik, nilai harga nominal, dan langkah-langkah harga riil. Langkah-langkah ini berbeda satu sama lain dengan variabel yang mereka ukur dan dengan variabel yang dikecualikan dari pengukuran.

Penelitian survei
Dalam bidang penelitian survei, langkah-langkah diambil dari sikap, nilai, dan perilaku individu menggunakan kuesioner sebagai instrumen pengukuran. Seperti semua pengukuran lainnya, pengukuran dalam penelitian survei juga rentan terhadap kesalahan pengukuran, yaitu penyimpangan dari nilai sebenarnya pengukuran dan nilai yang diberikan menggunakan instrumen pengukuran. Dalam penelitian survei substantif, kesalahan pengukuran dapat menyebabkan kesimpulan bias dan estimasi efek yang salah. Untuk mendapatkan hasil yang akurat, ketika kesalahan pengukuran muncul, hasilnya perlu diperbaiki untuk kesalahan pengukuran.

Penunjukan keakuratan
Aturan berikut umumnya berlaku untuk menampilkan keakuratan pengukuran:
Semua angka non-0 dan semua 0 yang muncul di antara mereka penting untuk keakuratan angka apa pun. Sebagai contoh, angka 12000 memiliki dua angka penting, dan memiliki batas tersirat 11500 dan 12500. 0 tambahan dapat ditambahkan setelah pemisah desimal untuk menunjukkan keakuratan yang lebih besar, meningkatkan jumlah desimal. Sebagai contoh, 1 memiliki batas tersirat 0,5 dan 1,5 sedangkan 1,0 memiliki batas tersirat 0,95 dan 1,05.

Kesulitan dalam pengukuran yang akurat sangat penting dalam banyak bidang, karena semua pengukuran pada dasarnya adalah perkiraan, banyak usaha yang harus dilakukan untuk membuat pengukuran seakurat mungkin. Sebagai contoh, pertimbangkan masalah pengukuran waktu yang dibutuhkan suatu objek untuk jatuh sejauh satu meter. Menggunakan fisika, dapat ditunjukkan bahwa dalam medan gravitasi Bumi, seharusnya membutuhkan waktu sekitar 0,45 detik bagi suatu objek untuk jatuh satu meter. Namun, berikut adalah beberapa sumber kesalahan yang muncul:

Perhitungan ini menggunakan percepatan gravitasi Bumi sebesar 9,8 meter per detik kuadrat. Namun, kedua angka ini tidak eksak, hanya presisi hingga dua digit signifikan. Medan gravitasi Bumi sedikit bervariasi tergantung pada ketinggian di atas permukaan laut dan faktor lain. Perhitungan 0,45 detik melibatkan pengambilan akar kuadrat, operasi matematika yang memerlukan pembulatan ke sejumlah digit signifikan, dalam hal ini dua digit signifikan.

Selain itu, sumber kesalahan eksperimental lainnya termasuk:

• kelalaian,
• penentuan waktu yang tepat saat objek dilepaskan dan waktu tepat saat mencapai tanah,
• pengukuran tinggi dan pengukuran waktu keduanya melibatkan sejumlah kesalahan,
• hambatan udara,
• postur peserta manusia.

Eksperimen ilmiah harus dilakukan dengan sangat hati-hati untuk menghilangkan sebanyak mungkin kesalahan, dan untuk menjaga estimasi kesalahan yang realistis.

Definisi dan teori

Definisi Klasik
Dalam definisi klasik, yang standar dalam ilmu fisika, pengukuran adalah penentuan atau estimasi rasio kuantitas. Kuantitas dan pengukuran saling terkait: atribut kuantitatif adalah atribut yang mungkin diukur, setidaknya dalam prinsipnya. Konsep kuantitas klasik dapat ditelusuri kembali ke John Wallis dan Isaac Newton, dan telah tercium dalam Elemen Euclid.

Teori Representasional
Dalam teori representasional, pengukuran didefinisikan sebagai "korelasi antara angka dengan entitas yang bukan angka". Bentuk teori representasional yang paling teknis adalah juga dikenal sebagai pengukuran konjoin aditif. Dalam bentuk teori representasional ini, angka ditugaskan berdasarkan korespondensi atau kesamaan antara struktur sistem angka dan struktur sistem kualitatif. Sebuah properti adalah kuantitatif jika kesamaan struktural semacam itu dapat didirikan. Dalam bentuk teori representasional yang lebih lemah, seperti yang tersirat dalam karya Stanley Smith Stevens, angka hanya perlu ditugaskan sesuai dengan suatu aturan.

Konsep pengukuran sering disalahpahami sebagai sekedar penugasan nilai, namun mungkin saja menugaskan nilai dengan cara yang bukan pengukuran sesuai dengan persyaratan teori pengukuran konjoin aditif. Seseorang dapat menugaskan nilai kepada tinggi seseorang, tetapi kecuali dapat dibuktikan bahwa ada korelasi antara pengukuran tinggi dan hubungan empiris, itu bukanlah sebuah pengukuran menurut teori pengukuran konjoin aditif. Demikian pula, menghitung dan menetapkan nilai sembarang, seperti "nilai buku" dari suatu aset dalam akuntansi, bukanlah sebuah pengukuran karena tidak memenuhi kriteria yang diperlukan.

Tiga jenis teori representasional

Hubungan Empiris
Dalam ilmu pengetahuan, hubungan empiris adalah hubungan atau korelasi berdasarkan hanya pada observasi daripada teori. Hubungan empiris hanya memerlukan data konfirmasi terlepas dari dasar teoritis.

Aturan Pemetaan
Dunia nyata adalah Domain pemetaan, dan dunia matematis adalah range. saat kita memetakan atribut ke sistem matematika, kita memiliki banyak pilihan untuk pemetaan dan range.

Kondisi Representasi Pengukuran Teori
Semua data tidak pasti dan bersifat statistik. Oleh karena itu, definisi pengukuran adalah: "Sejumlah observasi yang mengurangi ketidakpastian di mana hasilnya dinyatakan sebagai kuantitas." Definisi ini tersirat dalam apa yang sebenarnya dilakukan oleh ilmuwan ketika mereka mengukur sesuatu dan melaporkan baik rata-rata maupun statistik dari pengukuran tersebut. Secara praktis, seseorang mulai dengan perkiraan awal tentang nilai yang diharapkan dari suatu kuantitas, dan kemudian, menggunakan berbagai metode dan instrumen, mengurangi ketidakpastian dalam nilai tersebut. Dalam pandangan ini, berbeda dengan teori representasional positivist, semua pengukuran tidak pasti, sehingga daripada menetapkan satu nilai, rentang nilai ditetapkan untuk suatu pengukuran. Hal ini juga menyiratkan bahwa tidak ada batasan yang jelas antara estimasi dan pengukuran.

Mekanika Kuantum
Dalam mekanika kuantum, pengukuran adalah tindakan yang menentukan sifat tertentu (seperti posisi, momentum, atau energi) dari suatu sistem kuantum. Pengukuran kuantum selalu sampel statistik dari distribusi probabilitas; distribusi untuk banyak fenomena kuantum bersifat diskrit, bukan kontinu. Pengukuran kuantum mengubah keadaan kuantum dan namun pengukuran yang diulang pada suatu keadaan kuantum dapat direproduksi. Pengukuran tampaknya bertindak sebagai penyaring, mengubah keadaan kuantum menjadi satu dengan nilai kuantum tunggal yang diukur. Makna yang tak terbantahkan dari pengukuran kuantum adalah masalah fundamental yang belum terpecahkan dalam mekanika kuantum; interpretasi yang paling umum adalah bahwa saat suatu pengukuran dilakukan, fungsi gelombang dari sistem kuantum "runtuh" menjadi satu nilai tunggal, pasti.

Biologi
Dalam biologi, umumnya tidak ada teori pengukuran yang mapan. Namun, pentingnya konteks teoritis ditekankan. Selain itu, konteks teoritis yang berasal dari teori evolusi mengarah pada merumuskan teori pengukuran dan sejarah sebagai konsep mendasar. Di antara bidang pengukuran yang paling berkembang dalam biologi adalah pengukuran keragaman genetik dan keragaman spesies.