MISURARE
Premessa:
Lo scopo della fisica è lo studio dei fenomeni naturali, ossia di tutti gli eventi che possano essere
descritti, ovvero quantificati, attraverso grandezze fisiche opportune.
Tale obiettivo è stato raggiunto tramite l'applicazione rigorosa del metodo scientifico. Il fine del
metodo scientifico è fornire uno schema semplificato, o modello, del fenomeno descritto.
L’osservazione scientifica e l’osservazione non sono sinonimi..
Per compiere un’osservazione scientifica non basta usare i cinque sensi, per descrivere un
fenomeno non possiamo usare solo le informazioni qualitative, ma dall’osservazione dobbiamo
anche ricavare delle informazioni quantitative, ovvero misurare ciò che abbiamo osservato.
Ma tutto può essere misurato? La risposta è negativa.
Per studiare la natura dobbiamo passare dal soggettivo al quantitativo, ovvero trasformare la
realtà in dati numerici.
Quanto abbiamo detto è sempre possibile? La risposta è negativa.
Ci sono aspetti della realtà che non si lasciano facilmente quantificare in modo rigoroso e univoco,
ciò non permette di realizzare uno studio scientifico.
Per esempio, di fronte a un’opera d’arte come un campanile, una torre,… un fisico sarà senz’altro
affascinato dalla sua bellezza, ma la bellezza non è un parametro collocabile in uno studio
scientifico sulla stabilità del monumento, per il quale è necessario considerare per esempio
l’altezza o la massa.
La bellezza, infatti, è una grandezza soggettiva, e anche se dovessimo attribuirle dei punteggi
numerici questi dipenderebbero solo da chi osserva (Esempio: per te il campanile è un monumento
con una bellezza da 10 punti, per me da 8punti!)
In fisica si trattano soltanto le cosiddette grandezze fisiche, cioè quelle a cui si può attribuire un
valore numerico oggettivo. L’operazione attraverso la quale ciò avviene è detta misura.
Ma cos’è una grandezza fisica? E cosa significa misurare una grandezza fisica?
DEFINIZIONE:
“UNA GRANDEZZA FISICA E’ TUTTO CIO’ CHE SI PUO’ MISURARE, ATTRAVERSO
UNO STRUMENTO DI MISURA OPPORTUNO, ATTRIBUENDOLE COSI’ UN VALORE
NUMERICO OGGETTIVO.”
DEFINIZIONE:
“La sensibilità di uno strumento è il più piccolo valore della grandezza che lo strumento può
distinguere.”[A]
“Esempio: La sensibilità di un righello è di 1 mm: è il più piccolo valore della lunghezza che si
riesce a leggere sulla scala.”[A]
NOTA BENE:
le grandezze possono essere:
Omogenee: cioè dello stesso tipo, in tal caso si possono confrontare
(per esempio: la lunghezza del banco e la lunghezza di una macchina)
Non omogenee: cioè non sono dello stesso tipo, in tal caso non si possono confrontare
(per esempio: la lunghezza del banco e la massa di un libro)
DEFINIZIONE:
“MISURARE UNA GRANDEZZA FISICA VUOL DIRE CONFRONTARLA CON UNA
GRANDEZZA DI RIFERIMENTO” (OMOGENEA, OVVERO DELLO STESSO TIPO),
“DETTA UNITA’ DI MISURA”[A]
IL SISTEMA INTERNAZIONALE DI UNITÀ DI MISURA:
In passato, nei diversi paesi del mondo si usavano metodi differenti per misurare ad esempio la
lunghezza (palmo, piede, cubito,…). Si è sentita l’esigenza di uniformare le unità di misura, così si
sarebbero semplificati gli stessi scambi commerciali. Pertanto nacque in Francia nel 1775 il sistema
metrico decimale.
Analizziamo l’etimologia delle singole parole:
Si chiama metrico perché viene definito il metro come unità di misura di riferimento per definire
tutte le altre, e decimale perché è in base 10, cioè il prodotto tra i multipli e sottomultipli è sempre
10 o una sua potenza.
Tuttavia il sistema di misura non è rimasto sempre lo stesso, anzi si è evoluto e con esso anche le
unità di misura.
Il Sistema Internazionale di unità di misura, abbreviato in S.I. (Système International d'Unités), è
stato introdotto nel 1960 dalla XI Conferenza Generale dei Pesi e Misure, perfezionandosi nelle
Conferenze successive.
Il Sistema Internazionale di unità di misura è il più diffuso tra i sistemi di unità di misura. Esso è
basato su sette grandezze fisiche fondamentali, con le quali vengono definite le grandezze fisiche
derivate.
Le sette grandezze fisiche fondamentali sono:
Grandezze
fondamentali
Massa
Unità di misura
Simbolo
Kilogrammo
Kg
Lunghezza
Temperatura
Intensità luminosa
Corrente elettrica
Quantità di sostanza
Tempo
Metro
Kelvin
Candela
Ampere
Mole
Secondo
m
K
cd
A
mol
s
Strumenti
di
misura
Bilancia a bracci
uguali
Metro
Termometro
Amperometro
Orologio
Nel sistema internazionale le sue unità derivate si ricavano come prodotto(la moltiplicazione) o
rapporto(la divisione) di unità fondamentali.
Esempi di grandezze derivate sono:
Grandezze derivate Unità di misura
Simbolo
Strumenti di misura
Forza
Newton
N
Forza Peso
Newton
N
Dinamometro (bilancia pesa persone)
Area
Si applica una formula matematica se la
figura geometrica è un poligono noto
Volume
Densità
(quadrato, rettangolo,…), altrimenti si
usano delle approssimazioni se la figura
ha una forma irregolare (foglia,macchia
di olio…)
Metro cubo
Si applica una formula matematica se il
Oppure
OPPURE solido è noto (poliedro: cubo,…) o (solido
Litro
(per
la
di rotazione: cilindro,…), altrimenti si
l
materia allo stato
usano calcoli più complessi di analisi
liquido)
matematica.
Nel caso di corpi irregolari vedremo il
calcolo del volume con un esperimento.
Kilogrammo/
densimetro
Metro cubo
Analizziamo alcune grandezze fisiche fondamentali:
LA LUNGHEZZA:
la sua unità di misura, il metro, è stata modificata nel corso degli anni
a. Inizialmente il metro viene definito come la quarantamilionesima parte del
meridiano terrestre che congiunge il polo con l’equatore.
b. In seguito il metro è stato definito come la lunghezza di un campione di platino
ed iridio conservato al museo dei Pesi e Misure a Sèvres in Francia.
c. Tale definizione è stata abbandonata perché il campione poteva essere soggetto
a dilatazione, per cui nel 1983 il metro è stato definito come la distanza percorsa
dalla luce nel vuoto in circa 1/300.000.000.secondi.
LA MASSA:
DEFINIZIONE DI MASSA: Intuitivamente indica la quantità di materia presente in
un corpo, mentre Newton disse che la massa indica la tendenza di un corpo a restare
fermo quando lo si mette in movimento.
Prova tu: (Prova a spostare con una sola mano un libro e una scrivania, applicando la
stessa forza, cosa osservi?)
DEFINIZIONE DEL KILOGRAMMO: L’unità di misura della massa è il
chilogrammo. “Il chilogrammo viene definito come la massa di un campione cilindrico
di platino ed iridio alto e lungo 39mm, conservato al museo dei Pesi e Misure a Sèvres
in Francia.” [B]
IL TEMPO:
Fino al 1967 il secondo era definito come la 86 400-esima parte del giorno solare medio.
Poiché il moto di rotazione della Terra presenta delle irregolarità, fu necessario introdurre
una nuova definizione, che fa riferimento a una proprietà immutabile dell’atomo di cesio.
DEFINIZIONE DEL SECONDO: “L’unità di misura dell’intervallo di tempo è
il secondo (s), definito come l’intervallo di tempo impiegato da una particolare onda
elettromagnetica, emessa da atomi di cesio, per compiere 9 192 631 770 oscillazioni.” [A]
Analizziamo alcune grandezze fisiche derivate:
L’AREA:
DEFINIZIONE DI AREA: è la misura bidimensionale di una superficie.
L’unità di misura è il metro quadrato (
).
DEFINIZIONE DI
VOLUME:
DEFINIZIONE DI VOLUME: è la misura tridimensionale dello spazio occupato da un
corpo.
L’unità di misura è il metro cubo (
).
DEFINIZIONE DI
ATTENZIONE: MASSA E PESO NON SONO SINONIMI
Nel linguaggio comune tendiamo a confondere la massa con il peso e a usare per quest’ultimo il
kilogrammo come unità di misura!! In realtà le due grandezze sono profondamente diverse:
LA MASSA (Grandezza fisica fondamentale) è una caratteristica intrinseca della materia di
cui è fatto un oggetto.
La massa è la stessa indipendentemente dal luogo in cui l’oggetto si trova
La sua unità di misura è il kilogrammo
IL PESO (Grandezza fisica derivata) è la forza con cui tale oggetto è attratto dal campo
gravitazionale del pianeta sul quale esso si trova.
Il peso dunque varia a seconda della posizione occupata dal corpo rispetto al centro del
pianeta, e varia al variare dell’accelerazione di gravità.
La sua unità di misura è il Newton.
Il peso si calcola come P=m∙g
Per esempio sulla Terra una persona che ha una massa di 53kg ha un peso di
P=53∙9,81= 520 N
Prova tu: (Osserva la tabella dei valori di g sui pianeti del Sistema Solare a pag. 22 del
Book in Progress 1 di Scienze) Calcola il tuo peso su tali pianeti, è lo stesso ovunque?
Prova tu: Osserva quanto vale il tuo peso sugli altri pianeti del Sistema Solare e confrontalo
con i calcoli eseguiti: http://www.oacn.inaf.it/~brescia/virtual/
STRUMENTI DI MISURA DI MASSA E PESO
Anche gli strumenti per misurare massa e peso sono diversi!!!
“La massa si misura per confronto diretto con la bilancia a bracci uguali: quando su ciascun
piatto ci sono oggetti di uguale massa il giogo è in equilibrio in posizione orizzontale. Il
valore di una massa è dato dal numero di masse campione che bisogna mettere sull’altro
piatto di una bilancia a bracci uguali affinché sia verificata questa situazione di
equilibrio.”[A]
Per misurare il peso di un corpo si usa il dinamometro, in cui la misura del peso di un corpo
è data dal maggiore o dal minore allungamento della molla. La responsabile
dell’allungamento della molla è l’attrazione gravitazionale esercitata dal pianeta sul corpo.
Prova tu: L’allungamento del dinamometro sarà lo stesso sulla Luna?
La bilancia pesa persone è un esempio di dinamometro, non misura la massa ma il peso!!!
La bilancia analogica pesapersone è un esempio di strumento che funziona come dinamometro.
Essa, attraverso la deformazione di una molla, ricava il valore della forza applicata ad essa.
Come funziona nello specifico?
Vi è una molla collegata alla pedana, quando un corpo si colloca sopra di essa, la molla si comprime
finchè la forza elastica equilibra il peso del corpo.
Una volta determinato il peso, si determina la massa tramite la relazione m= , dove P è il peso, m la
massa e g l’accelerazione di gravità. (ovviamente sulla Terra le bilance sono tarate sul valore
dell’accelerazione di gravità terrestre g=9,81 m/ )
Sitografia:
([A] http://ebook.scuola.zanichelli.it/mandoliniparole/volume-1/grandezze-e-misure)
https://it.wikipedia.org/wiki/Bilancia
http://www.youmath.it/lezioni/fisica/unita-di-misura/sistema-metrico-decimale.html
Bibliografia:
([B] Book in Progress di Scienze volume 1)
