Kesalahan (error) adalah penyimpangan nilai yang diukur dari nilai benar akibat kesalahan pada peralatan atau personal. Adapun ketidakpastian (uncertainty) adalah suatu kisaran atau rentang (range) nilai-nilai di sekitar suatu pengukuran tempat nilai benar diharapkan berada, dan ini adalah suatu perkiraan (taksiran). Secara umum terdapat dua jenis kesalahan dalam pengukuran, yaitu kesalahan sistematik dan kesalahan acak.

• Kesalahan Sistematik

Kesalahan sistematik (systematic error) adalah kesalahan yang cenderung dalam satu arah, positif saja (lebih besar dari nilai benar) atau negatif saja (lebih kecil dari nilai benar). Kesalahan sistematik dapat terjadi ketika terdapat ketidaksempurnaan dalam melakukan prosedur percobaan.

• Kesalahan Acak

Kesalahan acak (random error) adalah kesalahan-kesalahan yang terjadi secara acak (tidak beraturan), baik besar maupun tandanya. Sehingga kesalahan acak menghasilkan simpangan yang tidak dapat diprediksi (diperkirakan) terhadap nilai benar. Kesalahan acak bisa muncul karena fluktuasi-fluktuasi acak dan tak dapat diperkirakan pada kondisi-kondisi saat percobaan dan pengukuran dilakukan.

Ketepatan dan ketelitian adalah dua aspek pengukuran yang penting. Ketepatan (akurasi) adalah aspek pengukuran yang menyatakan tingkat pendekatan nilai pengukuran terhadap nilai benar dari besaran yang diukur. Makin dekat nilai pengukuran terhadap nilai benarnya, makin tepat (akurat) pengukuran tersebut. Makin jauh nilai pengukuran terhadap nilai benarnya, makin kurang tepat pengukuran tersebut.

Ketelitian (presisi) adalah aspek pengukuraan yanng menyatakan kemampuan alat ukur unruk memberikan hasil pengukuran sama pada pengukuran berulang.

Ilustrasi berikut akan mempermudah untuk membedakan ketepatan dan ketelitian:

Gambar 4.1 Ilustrasi Perbedaan antara Ketepatan dan Ketelitian

Sumber: portaspecs.com/precision-and-accuracy

Sesuai dengan ilustrasi pada Gambar 4.1 nilai pengukuran memiliki ketepatan tinggi (akurat) jika hasilnya mendekati, yang berarti ketidakpastian mutlak mendekati nol atau sangat kecil. Adapun agar sejumlah hasil pengukuran berulang berkumpul saling berdekatan, dikatakan pengukuran dengan ketelitian tinggi (presisi) adalah jika ketidakpastian relatifnya sangat kecil.

Kesalahan-kesalahan dalam pengukuran menyebabkan hasil pengukuran tidak bisa dipastikan sempurna. Dengan kata lain, terdapat suatu ketidakpastian dalam pengukuran. Dalam menyusun laporan hasil praktikum fisika, hasil pengukuran yang kalian lakukan harus dituliskan sebagai:

Keterangan: 

X_n  = hasil pengukuran

X₀  = pendekatan terhadap nilai benar

Δx  = nilai ketidakpastian

Arti dari penulisan tersebut adalah hasil pengukuran (x) yang benar berada di antara X₀ - Δx dan X₀ + Δx . Penentuan X₀ dan Δx tergantung pada pengukuran tunggal atau pengukuran berulang.

• Ketidakpastian dalam pengukuran tunggal

Jika mengukur panjang meja dengan sebuah penggaris, kalian mungkin akan mengukurnya satu kali saja. Pengukuran yang kalian lakukan ini disebut pengukuran tunggal. Dalam pengukuran tunggal, pengganti nilai benar (x₀) adalah nilai pengukuran itu sendiri. Apabila kalian perhatikan, setiap alat ukur atau instrumen mempunyai skala yang berdekatan yang disebut skala terkecil. Nilai ketidakpastian (Δx) pada pengukuran tunggal diperhitungkan dari skala terkecil alat ukur yang dipakai. Nilai dari ketidakpastian pada pengukuran tunggal adalah setengah dari skala terkecil pada alat ukur.

• Ketidakpastian dalam pengukuran berulang

Dalam praktikum fisika, terkadang pengukuran besaran tidak cukup jika hanya dilakukan satu kali. Ada kalanya kita mengukur besaran secara berulang-ulang. Ini dilakukan untuk mendapatkan nilai terbaik dari pengukuran tersebut. Pengukuran berulang adalah pengukuran yang dilakukan beberapa kali atau berulang-ulang. Dalam pengukuran berulang, pengganti nilai benar adalah nilai rata-rata dari hasil pengukuran. Jika suatu besaran fisis diukur sebanyak N kali, maka nilai rata-rata dari pengukuran tersebut dicari dengan rumus sebagai berikut:

Nilai ketidakpastian dalam pengukuran berulang dinyatakan sebagai simpangan baku, yang dapat dicari dengan rumus:

Keterangan:

N        = Banyaknya data

x_i        = Data ke-i

x_i²      = Data ke-i dikuadratkan

∑x_i     = Penjumlahan seluruh data ke-i

∑x_i²    = Penjumlahan seluruh kuadrat data ke-i

(∑x_i)² = Kuadrat penjumlahan seluruh data ke-i

Dengan adanya ketidakpastian dalam pengukuran, maka tingkat ketelitian hasil pengukuran dapat dilihat dari ketidakpastian relatif. Ketidakpastian relatif dapat dicari dengan rumus:

Aturan penulisan pengolahan data berdasarkan ketidakpastian relatif:

• Jika persentase ketidakpastian relatif kurang dari 0,1 %, jumlah angka hasil pengolahan data yang dituliskan 4 angka;
• Jika persentase ketidakpastian relatif kurang dari 1 %, jumlah angka hasil pengolahan data yang dituliskan 3 angka;
• Jika persentase ketidakpastian relatif kurang dari 10 %, jumlah angka hasil pengolahan data yang dituliskan 2 angka.