Bagaimana Peran Timbangan dalam Menentukan Kilogram?

Apa kamu yakin timbangan kamu menunjukkan angka yang benar? Gimana sih cara tau timbangan kita itu akurat? Cara yang paling mudah adalah kalibrasi, yaitu dengan menimbang beban 1 kilogram yang sudah ada lalu dicek apakah timbangan juga menunjukkan angka yang sama. Cara ini juga yang digunakan pabrik timbangan untuk men-setting timbangan baru.

Pertanyaannya, bagaimana kita tau beban yang kita gunakan tadi beratnya tepat 1 kilogram? Jawabannya dengan menimbangnya dengan timbangan yang ada. Pertanyaannya pun berbalik ke paragraf sebelumnya. Lalu, bagaimana berat 1 kg bermula? Bagaimana kita tahu timbangan kilogram di Jakarta dan di New York itu punya ukuran skala yang sama?

Penyataraan dan standardisasi kilogram sudah dianggap penting sejak lama, apalagi di kalangan ilmuwan, alat ukur harus tetap, berlaku universal, dan konsisten nilainya di mana pun. Mereka tidak ingin kilogram bernasib seperti pounds, yang memiliki beberapa versi misalnya avoirdupois pound (=0,454 kg), London pound (0,467 kg), dan merchant pound (0,437 kg). Tidak adanya standardisasi di masa lalu menyebabkan timbangan pounds bervariasi sedikit demi sedikit.

Standardisasi itu terealisasi pada sebuah artefak di Perancis yang dinamai International Prototype of the Kilogram (IPK). Artefak ini memiliki ukuran tepat 1 kilogram dan menjadi “sumber” pengukuran bagi beban dan timbangan di seluruh dunia. Secara kasar, IPK memiliki 6 replika yang semuanya disimpan di BIPM, Paris. Selain itu, prototipe 1 kilogram disebar ke beberapa negara, termasuk Indonesia, yang beratnya diverifikasi secara berkala. [1]

IPK, prototipe kilogram yang digunakan sebagai standar pengukuran kilogram di seluruh dunia, ditutupi berlapis pelindung agar beratnya tidak berubah. Sumber: https://www.bipm.org/en/bipm/mass/image-ipk.html

IPK berbentuk silinder yang terbuat dari Platinum-Iridium dan ditempatkan di guci kaca kedap udara. Dengan begini, berat IPK diharapkan tidak berubah sepanjang waktu. Namun, reaksi dengan udara dan peluruhan Platinum-Iridium tidak bisa dicegah secara penuh, sehingga berat IPK tidak bisa dijaga tetap sama persis.

Kebergantungan pada benda fisik memang tidak bisa diandalkan. Seawet apapun bahan yang digunakan pasti akan berubah termakan waktu. Ilmuwan mulai mencari cara mendefinisikan kilogram tanpa benda fisik, mengikuti satuan panjang dan waktu yang sudah memiliki standar non-fisis.

Sampai akhirnya ilmuwan dunia menetapkan definisi kilogram tanpa IPK atau prototipe fisik apapun melalui Konferensi Umum Berat dan Pengukuran ke-26 (26e Conference generale des poids et mesures, CGPM)[2] yang diadakan akhir 2018 lalu. Definisi ini melibatkan konstanta yang nilainya tetap di alam, yaitu konstanta Planck yang ditetapkan sebesar 6.62607015×10^−34. Definisi kilogram ini mengikuti definisi besaran fundamental fisis lain yang telah didefinisi tanpa prototipe fisik, yaitu meter dan detik.

Dari konstanta Planck yang ditetapkan, 1 kilogram dihitung dengan menghitung energi foton pada panjang gelombang tertentu. Energi yang didapatkan lalu dikonversi menjadi massa melalui rumus ekivalensi energi momentum. [2]

Dengan standar baru ini, umat manusia tidak lagi bergantung pada satu prototipe kilogram. Apabila semua timbangan atau prototipe beban di dunia musnah, manusia dapat membuat ukuran kilogram yang baru yang sama dengan ukuran sebelumnya.

Sumber:

[1] https://www.bipm.org/en/bipm/mass/ipk/

[2] Convocation of the General Conference on Weights and Measures. Versailles, 13-16 November 2018. https://www.bipm.org/utils/en/pdf/CGPM/Convocation-2018.pdf.