Atmosfer
atm — satuan di luar SI · besaran: tekanan · tepat 101 325 Pa
Para penggali sumur di Firenze mengeluh bahwa tidak ada pompa yang mampu menaikkan air lebih dari sepuluh setengah meter, sekeras apa pun mereka berusaha. Galileo berseloroh bahwa alam agaknya kehabisan rasa takutnya pada kehampaan. Muridnya, Torricelli, ingin mengujinya dengan sungguh-sungguh dan mengganti air dengan raksa — empat belas kali lebih berat, jadi kolomnya akan lebih pendek dan muat di atas meja. Raksa dalam tabung tersegel berhenti pada tujuh puluh enam sentimeter, dan di atasnya tersisa kehampaan yang seharusnya tidak ada. Jadi pompa tidak mengisap apa pun: udaralah yang mendorong air ke dalam pipa, dan mendorong tepat dengan gaya yang dapat diimbangi kolom itu. Kita hidup, tulis Torricelli, terbenam di dasar samudra udara.
01 · Definisi
Atmosfer adalah satuan tekanan di luar SI yang besarnya tepat 101 325 pascal. Angka itu bukan hasil pengukuran, melainkan ditetapkan: itulah tekanan kolom raksa setinggi 760 mm pada nol derajat dengan percepatan gravitasi baku, dihitung sekali dan sejak 1954 dikukuhkan sebagai definisi.
Perhatikan apa yang terjadi pada logikanya. Mula-mula satuan itu adalah sebuah benda: kolom raksa yang bisa dituang, diukur dengan penggaris, dan dilihat dengan mata. Kemudian benda itu dihitung melalui kerapatan raksa dan gaya berat, keluarlah angka lima digit — dan angka itu sendiri dinyatakan sebagai satuan. Setelah itu raksa tidak diperlukan lagi: jika besok ternyata kerapatannya diketahui sedikit lebih tepat, atmosfer tidak bergeming, sebab ia bukan lagi tentang raksa.
Yang menyesatkan pada satuan ini hanyalah paruh kedua namanya. Atmosfer «baku» tidak mengatakan apa pun tentang keadaan di luar jendela: tekanan sebenarnya di permukaan berayun dari 870 hektopascal di mata topan hingga 1085 di atas Siberia musim dingin, dan tepat satu atmosfer terjadi, sejujurnya, secara kebetulan. Ia adalah titik acuan, bukan pengukuran: volume gas dikembalikan padanya, suhu didih dihitung darinya, manometer dikalibrasi dengannya — dan karena kebiasaan ia disebut «tekanan normal», padahal tekanan normal tidak ada di alam.
Dari angka yang ditetapkan itu mengalir seluruh aritmetika lembar ini: atmosfer tepat 760 kali milimeter kolom raksa, 1,013 25 kali bar, dan 1,033 kali atmosfer teknis — «at» yang itu, kilogram-gaya per sentimeter persegi, yang hingga kini dikelirukan dengan yang asli. Selisihnya tiga persen: cukup untuk merusak perhitungan, dan terlalu kecil untuk terlihat pada manometer.
Satu atmosfer adalah sepuluh ton tiga ratus tiga puluh kilogram udara yang bertumpu pada tiap meter persegi: sekitar enam ratus kilogram di bahu orang dewasa, seratus lima puluh di telapak tangan. Ia tidak meremukkan kita karena menekan dari luar sekaligus dari dalam — tetapi begitu setengahnya diambil dari satu sisi, selisihnya menjadi gaya yang benar-benar terasa. Karet isap, sedotan, pengangkat vakum untuk kaca, dan rongga dada saat menarik napas bekerja dengan cara yang sama: turunkan sedikit tekanan di satu sisi dan biarkan atmosfer yang mengerjakan sisanya.
02 · Konversi
Masukkan sebuah nilai — lembar ini akan mengubahnya ke satuan lain
Tiga keluarga: skala tekanan itu sendiri, benda-benda yang akrab di bawah tekanan tersebut, dan kondisi baku yang ditetapkan oleh atmosfer.
Jebakan utamanya bukan pada koefisien, melainkan pada acuan penghitungan. Manometer rumahan — untuk ban, untuk kompresor, yang mana pun dengan jarum — menunjukkan tekanan lebih, yaitu selisih terhadap udara sekitar; «dua setengah di ban» berarti tiga setengah absolut. Rumus hukum gas, suhu didih, dan kelarutan menuntut tekanan absolut. Dari sinilah dua huruf dalam katalog berbahasa Inggris, psig dan psia, dan dari sini pula separuh perhitungan yang rusak: mengelirukan keduanya berarti meleset tepat satu atmosfer, yang pada tekanan rendah lebih besar daripada besaran yang diukur itu sendiri.
| Penulisan | Apa artinya | Nilai | Di mana dijumpai |
|---|---|---|---|
| atm | atmosfer baku | 1,0000 | kimia, penyelaman |
| Pa | pascal, satuan SI | 101325 Pa | standar dan perhitungan |
| kPa | kilopascal | 101,325 | ban, teknik dalam SI |
| bar | bar | 1,01325 | hidraulika, penyelaman |
| hPa | hektopascal, alias milibar | 1013,3 | prakiraan cuaca |
| mmHg | torr | 760,00 | kedokteran, teknologi vakum |
| at | teknis, kgf/cm² | 1,0332 | dokumentasi lama |
| psi | pon per inci persegi | 14,696 | teknik Anglo-Sakson |
| mmHg | Tekanan darah | 101325 Pa | 120 mm — sistolik pada orang dewasa sehat |
| bar | Ban mobil penumpang | 101325 Pa | 2,5 bar pada manometer |
| atm | Tabung selam | 101325 Pa | 200 atmosfer dalam tabung baja |
| hPa | Prakiraan cuaca | 101325 Pa | 1013 hPa di permukaan |
| atm | Kondisi baku IUPAC | 101325 Pa | 1 bar sejak 1982, sebelumnya atmosfer |
| kPa | Kondisi normal | 101325 Pa | 101,325 kPa dan 0 °C |
| mmHg | Kalibrasi barometrik | 101325 Pa | 760 mm pada 0 °C dan g₀ |
Konversinya eksak: semua satuan ini didefinisikan lewat pascal dengan koefisien bulat, dan tak satu pun di antaranya dikoreksi oleh percobaan. Satu-satunya angka yang hidup dalam tabel adalah hektopascal: ia berimpit dengan milibar, dan karena itu meteorologi bisa berganti satuan tanpa melatih ulang para pengamat dan tanpa menggambar ulang peta.
03 · Orde besaran
logaritma desimal tekanan, atmosferRentang layak huni dan teknik sehari-hari
04 · Alat ukur
Dengan apa atmosfer diukur
Tabung kaca sepanjang satu meter, tersegel di satu ujung, diisi raksa dan dibalikkan ke dalam cawan: raksa turun sampai berhenti pada ketinggian setimbang, dan di atasnya tersisa kehampaan Torricelli — vakum pertama yang dibuat tangan manusia. Alat ini sangat teliti sekaligus benar-benar merepotkan: ia berat, tak tahan kemiringan, dan menuntut koreksi untuk suhu raksa serta gravitasi setempat. Sebagai gantinya ia tidak butuh kalibrasi — penggarisnya sendiri adalah skalanya.
Prinsip yang sama dibawa sampai ke metrologi: cawan ditutup di bawah dengan kantong kulit, dan dengan sekrup permukaannya setiap kali dibawa ke nol skala — ke ujung gading yang harus nyaris menyentuh bayangannya sendiri di raksa. Baru setelah itu puncak kolom dibaca dengan nonius sampai sepersepuluh milimeter. Dengan barometer semacam itu tekanan ditetapkan di bangku kalibrasi hingga pertengahan abad ke-20, dan justru dari pembacaannya, yang direduksi ke nol derajat dan gravitasi baku, tumbuh angka 101 325.
Alih-alih raksa, sebuah kotak pipih bergelombang yang udaranya telah disedot: ia sedikit memipih ketika tekanan naik dan menegak ketika tekanan turun. Langkah dindingnya hanya sepersepuluh milimeter, dan seluruh kecerdikan alat ini terletak pada tuas-tuas yang memperbesar gerak itu hingga menjadi ayunan jarum. Aneroid boleh dibawa-bawa, dijatuhkan, dan digantung di ruang depan, tetapi lama-kelamaan ia berbohong: pegasnya lelah dan ia harus dibandingkan dengan barometer raksa. Begitulah satu besaran yang sama memperoleh alat yang «benar» dan alat yang «nyaman».
Di dalam telepon hidup membran silikon sebesar butir pasir: ia melengkung karena tekanan, dan bersama lengkungan itu berubahlah kapasitansi atau hambatan pengukur regangan di tepinya. Kepekaannya sekitar sepuluh pascal, yaitu kurang dari satu meter ketinggian, dan karena itu navigasi bisa membedakan lantai satu dari lantai tiga. Barometer di dunia kini lebih banyak daripada termometer, dan pembacaannya, yang dikumpulkan dari jutaan telepon, sudah dimasukkan ke model prakiraan cuaca.
05 · Aturan penulisan
Tiga huruf kecil dan satu catatan
Satuan ini tidak dinamai menurut nama orang, karena itu lambangnya ditulis dengan huruf kecil; awalan tidak dilekatkan padanya.
Huruf «A» besar muncul dalam katalog peralatan impor dan selalu menandakan kecerobohan, bukan satuan lain. Bar berbeda dari atmosfer sebesar 1,3 persen dan diperkenalkan justru agar diperoleh angka pascal yang bulat; meteorologi meninggalkan atmosfer demi bar sejak tahun tiga puluhan, dan laporan cuaca memakai hektopascal yang secara angka sama dengan milibar. «At» teknis adalah kilogram-gaya per sentimeter persegi, tiga persen lebih kecil daripada yang asli, dan dalam dokumentasi lama ia lebih sering muncul daripada atm. Baris terakhir di kanan berbicara tentang yang hilang: tanpa keterangan «absolut» atau «lebih», sebuah angka tekanan tidaklah lengkap, dan inilah satu-satunya catatan yang tak boleh dihilangkan.
07 · Bagian sejarah
Bagaimana kehampaan menjadi satuan
Percobaannya berlangsung semenit, tetapi diperdebatkan dua puluh tahun: di atas raksa dalam tabung ternyata ada kehampaan yang, menurut keyakinan umum, tidak mungkin ada. Torricelli menjelaskan semuanya sekaligus: kolom itu ditopang berat udara, dan tingginya tidak tetap — ia berubah dari hari ke hari. Alat yang dirancang demi perdebatan filsafat seketika menjadi peramal cuaca, dan inilah satu-satunya kasus ketika meteorologi lahir dari kehampaan.
Blaise Pascal menalar: jika udara menopang kolom itu, maka di gunung udaranya lebih sedikit dan kolom itu pasti turun. Ia sendiri terlalu lemah kesehatannya, sehingga ke Puy de Dôme naiklah iparnya, Florin Périer, dengan dua tabung: satu ditinggalkan di kaki gunung dalam pengawasan seorang biarawan, satu lagi dibawa ke atas. Di puncak raksa turun tiga inci dan satu garis. Perdebatan selesai: udara punya berat, dan beratnya makin kecil seiring pendakian.
Wali kota Magdeburg, Otto von Guericke, menyatukan dua belahan bola tembaga, mengisap udaranya dengan pompa buatannya sendiri, dan menantang pasangan kuda untuk memisahkannya. Delapan kuda di tiap sisi tidak sanggup; pada diameter setengah meter atmosfer menahan bola itu dengan gaya sekitar dua ton. Perhitungannya jelas bagi siapa pun yang bisa mengalikan luas dengan tekanan, tetapi tontonan itu menjelaskannya lebih baik daripada penurunan rumus mana pun — dan masuk ke buku pelajaran selama empat abad.
Menjelang pertengahan abad ke-20 muncul hal yang merepotkan: definisi lewat 760 milimeter raksa menyeret serta kerapatan raksa dan gravitasi setempat, sementara kedua besaran itu terus diperbaiki. Konferensi Umum Timbangan dan Ukuran yang kesepuluh memotong simpul itu dengan menyatakan atmosfer sama dengan 101 325 pascal menurut definisi. Satuan itu kehilangan kaitannya dengan zat dan menjadi sekadar pengali — dengan cara yang sama seperti kemudian meter, lalu kilogram, dilepaskan dari bendanya.
Satuan yang dihapuskan tetapi tak bisa disingkirkan
Atmosfer tidak termasuk SI dan penggunaannya tidak dianjurkan: tekanan sudah punya pascal, dan untuk nilai besar ada awalan-awalannya. Meski begitu satuan ini bertahan di tempat-tempat yang mementingkan bukan angkanya, melainkan perbandingan dengan udara di luar jendela. Ahli kimia menulis «reaksi pada 3 atm» karena yang penting baginya berapa kali lipat dari tekanan udara; penyelam menghitung kedalaman dalam atmosfer karena setiap sepuluh meter air menambah tepat satu, dan itulah hitungan paling praktis dalam pekerjaannya; manometer ban berskala bar dan atm, sebab selisih keduanya lebih kecil daripada galat alat. Paradoks metrologisnya: setelah 1954 atmosfer berhenti menjadi pengukuran dan berubah menjadi pengali yang eksak — yakni tepat sesuatu yang nyaman dipakai dan tepat sesuatu yang tak bisa diuji lewat percobaan. Yang bisa diuji adalah barometer, bukan satuan; dan barometer yang dikalibrasi dalam pascal hanya akan menunjukkan satu atmosfer karena kebetulan yang jarang. Kerabatnya bernasib serupa: milimeter kolom raksa juga didefinisikan lewat pascal dan juga masih hidup — dalam kedokteran, tempat tekanan darah diukur dengannya, dan tak satu pun anjuran mengubah hal itu.
Katalog · satuan ukuran
Satu lembar untuk tiap besaran
Tujuh satuan dasar SI, dua puluh dua satuan turunan bernama sendiri, dan satuan di luar SI yang tak bisa ditinggalkan baik oleh teknik maupun kehidupan sehari-hari. Masing-masing punya lembar sendiri: definisi, konversi, alat ukur, aturan penulisan. Dalam 36 bahasa.
Tekanan: satuan-satuannya dan alasannya
satu besaran, sepuluhan skalaSatuan dasar SI
kilogram, meter, sekonBahasa lembar
36 bahasa. Lambang atm bersifat internasional, tetapi skala yang biasa dipakai tidak: dalam terjemahan, tabel disesuaikan dengan praktik setempat.