Ketidakpastian, Kesalahan, Akurasi, dan Presisi

Pada bagian ini kita akan mempelajari hal-hal yang berkaitan dengan ketidakpastian, kesalahan, akurasi, dan presisi dalam pengukuran fisika. Ketidakpastian adalah parameter terkait dengan hasil pengukuran, yang mencirikan dispersi dari nilai-nilai yang cukup dapat dikaitkan dengan objek yang diukur. ^[1] Ketidakpastian memiliki dasar probabilistik dan mencerminkan pengetahuan yang tidak lengkap dari besaran tersebut. Dengan kata sederhana, ketidakpastian adalah keraguan yang muncul tentang hasil setiap pengukuran.

Semua pengukuran besaran fisik selalu menghadapi ketidakpastian dalam pengukuran. Variabilitas dalam hasil pengukuran berulang muncul karena variabel yang dapat mempengaruhi hasil pengukuran tidak mungkin untuk dijaga konstan. Bahkan jika "keadaan" dapat dikendalikan dengan tepat, hasilnya masih akan terdapat kesalahan (error) yang terkait dengan hal itu. Hal ini terjadi karena skala pada alat ukur diproduksi dengan tingkat kualitas tertentu sehingga seringkali sulit untuk membaca skala secara sempurna. Tentu saja langkah-langkah dapat diambil untuk membatasi jumlah ketidakpastian, tetapi ketidakpastian akan selalu ada. ^[2]

Perbedaan Ketidakpastian dan Kesalahan (Error)

Sangat penting untuk tidak salah atau tertukar dalam menggunakan istilah ketidakpastian dan error.

• Error adalah perbedaan antara nilai hasil pengukuran dengan nilai sebenarnya dari objek yang diukur.
• Ketidakpastian adalah kuantifikasi dari keraguan tentang hasil pengukuran.

Sebisa mungkin kita mencoba untuk mengoreksi setiap error yang dikenal, misalnya dengan menerapkan koreksi dari sertifikat kalibrasi. Tapi error yang nilainya kita tidak tahu adalah sumber ketidakpastian. ^[3]

Perbedaan Kesalahan Sistematis dan Kesalahan Acak

Kesalahan sistematis (systematic error) cenderung menggeser semua pengukuran secara sistematis, sehingga dalam perjalanan dari sejumlah pengukuran, nilai rata-rata secara konstan bergeser atau bervariasi dalam cara yang dapat diprediksi. Penyebabnya dapat diketahui ataupun tidak diketahui, tetapi harus selalu dikoreksi ketika muncul. Misalnya, tidak ada alat ukur yang dapat dikalibrasi sempurna, sehingga ketika sekelompok pengukuran berbeda secara sistematis dari nilai standar acuan, penyesuaian nilai-nilai harus dilakukan. Kesalahan sistematis dapat diperbaiki hanya ketika "nilai sebenarnya" (seperti nilai yang diberikan untuk kalibrasi atau spesimen referensi) diketahui. Misalnya kalibrasi jarum timbangan yang secara sistematis memiliki kesalahan simpangan 100 gram.

Kesalahan acak (random error) adalah komponen dari kesalahan total (total error) yang dalam perjalanan dari sejumlah pengukuran, bervariasi dalam cara yang tak terduga. Karena itu tidak mungkin untuk mengoreksi kesalahan acak. Kesalahan acak dapat terjadi karena berbagai alasan, seperti:

• Kurangnya kepekaan (sensitivitas) peralatan: Sebuah alat mungkin tidak mampu merespon atau menunjukkan perubahan dalam beberapa kuantitas yang terlalu kecil atau pengamat mungkin tidak dapat membedakan perubahan tersebut.
• Kebisingan (noise) dalam pengukuran: kebisingan adalah gangguan asing yang tak terduga atau acak dan tidak bisa sepenuhnya dihitung.
• Definisi tidak tepat: Sulit untuk menentukan persis dimensi sebuah obyek. Sebagai contoh, sulit untuk menentukan panjang belalang. Dua orang mungkin dapat memilih dua titik awal dan akhir yang berbeda.

Perbedaan Akurasi (Ketelitian) dan Presisi (Ketepatan)

Akurasi dan presisi didefinisikan dalam hal kesalahan sistematis dan acak. Definisi umum mengaitkan akurasi dengan kesalahan sistematis dan presisi dengan kesalahan acak. Definisi lain, dikemukakan oleh ISO, mengaitkan trueness dengan kesalahan sistematis dan presisi dengan kesalahan acak, dan mendefinisikan akurasi sebagai kombinasi dari trueness dan presisi. ^[4]

Walaupun perbedaan definisi akan terus terjadi, hal definisi yang umumnya digunakan adalah:

• Akurasi adalah kedekatan nilai diukur dan nilai sebenarnya.
• Presisi adalah kedekatan nilai tiap pengukuran independen di bawah kondisi yang sama.

Untuk lebih memantapkan pengetahuan, mari kita tonton video animasi berikut ini.