I sistemi di unità di misura: grandezze e unità di misura fondamentali (da finire)

Scheda a cura di Franco Luigi Fabbri

I termini che appaiono nelle leggi della fisica si dividono in a-dimensionali e dimensionali. I primi sono determinati unicamente da un valore numerico (ad esempio p) mentre gli altri, come - ad esempio - quelli che in una legge fisica rappresentano la massa o l’intervallo di tempo, necessitano di specifiche unità di misura alla quali riferirsi per quantificarli. Se G è la grandezza che si vuole rappresentare è Ug la corrispondente unità di misura, la quantificazione (misura) viene espressa dalla relazione G=nUg con n numero razionale. Per ogni grandezza sono utilizzabili varie unità di misura. Per misurare una lunghezza potremmo utilizzare il centimetro, il metro o anche l’anglosassone pollice. Le misure di una grandezza espressa in differenti unità di misura sono correlate tramite appropriati fattori di conversione.

ScienzaPerTutti_12autobus_costanti_small

Poster del progetto “Fisica in autobus” icona_linkesterno per il WYP2005 icona_wy2005 dedicato alle costanti della fisica 

L’insieme delle unità di misura utilizzate per descrivere le grandezze fisiche dimensionate del complesso di leggi fisiche che viene considerato costituisce il sistema di misura utilizzato. In un sistema di misura si distinguono le varie grandezze fisiche in fondamentali o derivate.

Le grandezze fondamentali, sono definite in maniera indipendente tra loro, facendo ricorso , per ognuna di esse, ad un campione dell’unità di misura di riferimento scelta (costitutito da un oggetto materiale generalmente conservato presso un centro internazionale dedicato – campione statico-, o realizzabile in ogni momento come risultato di uno specifico esperimento fisico -campione dinamico-). Istruttiva può essere la rivisitazione storica dell’avvento del sistema metrico decimale icona_pdf e dei campioni statici di metro icona_esperto[81] icona_pdf , chilogrammo icona_esperto[252] e secondo.

Le grandezze derivate sono invece definite partendo dalle fondamentali tramite una relazione fisica che le collega tra loro. Anche le loro unità di misura possono quindi essere espresse tramite le unità di misura scelte per le grandezze fondamentali. Come esempio prendiamo la lunghezza, l’intervallo di tempo e la velocità. E’ evidente che solo due di queste tre grandezze sono fondamentali; una volta scelte due qualunque, la terza si può univocamente definire tramite esse. La scelta più conveniente, dettata dalla pratica e dalla consuetudine, è ovviamente quella che adotta come grandezze fondamentali lunghezza (L) e tempo (T). In questo caso la velocità è una grandezza derivata, definità dalla relazione v = L/T (diremo che la velocità ha dimensioni LT-1) e si misura in metri al secondo (m/s). Teoricamente sarebbe però possibile scegliere come unità fondamentale la velocità e il tempo, in questo caso la lunghezza sarebbe una grandezza derivata.

Per definire un sistema di misura è necessario fissare sia grandezze fondamentali che loro unita di misura. Un sistema di misura è completo solo quando le grandezze fondamentali scelte sono sufficienti a rappresentare tutte le altre grandezze fisiche. La scelta di un sistema di unità di misura è, in certo senso, arbitraria ed è storicamente è stata dettata da criteri di convenienza in modo che le unità di misura delle grandezze fondamentali fossero intuitive, dirette e facilmente associabili ad un campione. Un’opportuna scelta delle grandezze fondamentali e delle loro unità di misura può peraltro contribuire a semplificare le leggi fisiche e ad esplicitarne nuovi aspetti, come nel caso del sistema di unità di misura naturali Sistema di misura di Plack proposto da Max Planck icona_biografia , In questo caso decade addirittura la necessità di campioni delle unità di misura delle grandezze fondamentali Sistema di misura di Planck.

scienzapertutti_scheda_sistemi_unitadimisura

L’adozione del metro come unità di lunghezza in Piemonte data 1848 (decreto regio di Carlo Alberto). La tabella mostra le unità di misura lineare utilizzate in vari periodi storici precedenti. Curiosa la presenza di un’ unità chiamata atomo corrispondente a circa 2 millimetri e mezzo ! (http://www.archeogat.it/zindex/Mostra%20Collina/collina%20torinese/pag_html/misura.htm ) Il sistema CGS (centimetro-grammo–secondo) e il sistema MKS (metro-chilogrammo-secondo) adottano le stesse grandezze fondamentali: lunghezza (L) , massa (M) e tempo (T) , ma differiscono nelle unità di misura utilizzate per lunghezza e massa. Il sistema CGS venne proposto dal matematico Carl Gauss nel 1832. Esso adottava 8 unità fondamentali ( lunghezza, massa, tempo, forza, energia, pressione, viscosità) ma era incompleto, poiché non consentiva di trattare le grandezze elettriche e magnetiche. Nel 1874 venne ampliato da Maxwell e Lord Kelvin che dimostrarono l’impossibilità di dedurre le grandezze dell’elettromagnetismo dalle grandezze fondamentali CGS. Malgrado ciò il sistema era tutt’altro che soddisfacente, in quanto creava vari problemi con gli ordini di grandezza in gioco nei più comuni processi fisici. Il sistema CGS venne quindi gradualmente abbandonato a partire dal 1880 a vantaggio del sistema MKS che venne poi assunto come il sistema standard della prima Conferenza Internazionale dei Pesi e delle Misure nel 1889. Due anni dopo fisico italiano Giovanni Giorgi ne propose un’integrazione con una grandezza elettrica (resistenza o intensità di corrente) per consentirne l’utilizzo in elettrotecnica. Solo nel 1946 questa proposta venne accettata con l’adozione da parte della Conferenza dei Pesi del sistema MKSΩ, detto anche Sistema di Misura Giorgi. Successivamente, la intensità di corrente elettrica misurata in ampere (A) sostituì la resistenza elettrica come grandezza fondamentale. Con le successive adozioni delle grandezze fondamentali di temperatura misurata in kelvin (K) , intensità luminosa misurata in candela (cd) e quantità di sostanza misurata in mole (mol), viene riconosciuto come Sistema Internazionale di unità di misura (SI) nel 1960. Ufficialmente il SI è stato adottato da tutti i paesi del mondo e costituisce oggi il più diffuso standar per ogni misura di una grandezza fisica. Malgrado ciò non è raro trovare ancora, specie nei paesi anglosassoni quantità espresse in yard (L), o pound (M) o galloni (unità di volume). Un completo armamentario per districarsi tra vari sistemi di misura e le varie tabelle di conversione è rintracciabile (in inglese) sul sito www.cleavebooks.co.uk/dictunit/index.htm.

© 2002 - 2021 ScienzaPerTutti - Grafica Francesca Cuicchio Ufficio Comunicazione INFN - powered by mspweb

PRIVACY POLICY