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Grandezze fisiche e unità di misura

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Le grandezze fisiche in fisica sono ciò che si può misurare di un oggetto o un fenomeno. Prendiamo una roccia come esempio.

Una roccia ha diverse proprietà, alcune possiamo percepirle con i nostri sensi:

  • Massa: la roccia è composta da atomi che hanno una massa. Quando la gravità agisce su questa massa, genera ciò che chiamiamo "peso".

  • Volume: se tieni la roccia in mano, questa prende spazio nelle mani. Lo spazio che occupa è il suo volume.

  • Lunghezza: puoi vedere quanto grande è la roccia - quanto è larga, lunga o alta

  • Temperatura: se la roccia viene esposta al sole in una giornata calda, puoi sentire il calore trasmesso dalla luce alla roccia. In una giornata fredda, potrai sentire l’opposto. La temperatura è una misura dell’energia termica dell’oggetto, che è legata all’energia cinetica delle molecole o atomi che la compongono.

Ci sono altre proprietà più complesse che si possono percepire, come la carica elettrica o la luminosità.

Grandezze fisiche e unità di misura. Massa. StudySmarter

Figura 1. La massa trascinata dalla forza gravitazionale (peso) è una delle proprietà più facili da percepire. Fonte: slgckgc, Flickr (CC BY 2.0).

Carica elettrica

Un'altra grandezza fisica che possiamo misurare è la carica elettrica di un oggetto.

Un esempio classico è quando strofini un maglione contro un palloncino. Attraverso l'attrito, un maglione scambia una carica con il palloncino. Le piccole cariche elettriche del palloncino si attaccheranno al maglione, che acquisterà più carica di quanta ne avesse prima.

Se si passa la mano sul maglione vicino a un oggetto metallico, la carica elettrica passerà al metallo e provocherà una piccola scossa. Ciò avviene a causa della differenza di carica tra il maglione e il metallo. Più si strofina il maglione contro il palloncino, più grande sarà la scarica elettrica a contatto con il metallo.

Questa piccola carica elettrica che si avverte è comunemente chiamata carica elettrostatica ed è definita come una mancanza o un eccesso di elettroni in un materiale, in questo caso il maglione.

Luminosità

La luminosità è un'altra proprietà che possiamo percepire con i nostri sensi, in questo caso con la vista.

Se vai a correre nel tardo pomeriggio, sentirai la differenza di luminosità ambientale. La fonte è il sole e gli occhi registrano la luminosità grazie a cellule sensibili alla luce.

Quando la luce si affievolisce verso il tramonto, gli occhi ricevono meno luce. Questa mancanza di luce provoca un segnale più basso alle cellule degli occhi, che ti fanno notare la variazione di luminosità.

Grandezze fisiche e unità di misura. Luminosità al tramonto. StudySmarterFigura 2. Possiamo sentire il cambio di luminosità al tramonto. Sorgente: Dawid Zawila, Unsplash.

Quantità di materia

Ci sono quantità che non possiamo percepire semplicemente, come il numero di molecole che compongono un oggetto, nota come ‘quantità di materia’. Si possono, però, sentire variazioni in questa quantità fisica attraverso qualche deduzione e usando il nostro intuito.

Sappiamo intuitivamente che un pezzo di ferro pesa più di un pezzo di carbonio. Potremmo prendere un campione di entrambi, che hanno lo stesso numero di atomi o "X". Osservando la tavola periodica, scopriamo che l'atomo di carbonio ha sei neutroni e sei protoni, mentre l'atomo di ferro ha 26 neutroni e protoni.

In chimica e fisica atomica, i neutroni e gli atomi sono le particelle che hanno la maggior parte della massa dell'atomo, il che significa che il campione di ferro pesa di più anche se ha lo stesso numero “X” di atomi dell'atomo di carbonio.

Questa quantità "X" nella scienza è nota come mole e diversi materiali contengono lo stesso numero di atomi in una mole.

È importante capire che la mole indica la quantità di una sostanza ed è scollegata dal concetto di peso, non si tratta, infatti, di una misura di massa.

Esiste un'altra proprietà che possiamo misurare e percepire, che non è legata ad alcun oggetto. Questa proprietà è il "tempo" e la sua unità di misura è il secondo.

Tempo

Il tempo è la proprietà che ci dice in che direzione devono andare i processi come negli esempi seguenti:

In una giornata fredda, una tazza di tè o caffè diventa fredda per il trasferimento di calore all’aria fredda circostante. Il processo va sempre dal caldo al freddo se non ci sono interferenze esterne. Il periodo che richiede per passare da caldo a freddo è quello che chiamiamo un lasso di tempo.

Il rompersi di una tazza avviene sempre in una direzione - da avere una tazza completa ad avere una tazza in cocci.

Grandezze fisiche e misure

In scienza e ingegneria, esistono diverse unità di misure delle proprietà di un oggetto (le sue grandezze fisiche). Nel mondo moderno, utilizziamo un sistema di unità di misura chiamato Sistema Internazionale (SI).

Unità di misura

Le unità di misura sono valori concordati che servono a confrontare le quantità fisiche di un oggetto. Esistono unità per ogni proprietà fisica, dalla massa alla quantità di materia. Le unità utilizzate per le sette proprietà fisiche fondamentali sono chiamate unità di base, una delle quali è il chilogrammo.

Grandezze fisiche e unità di misura

Le grandezze fisiche ci permettono di confrontare due o più oggetti o fenomeni in modo indiretto, utilizzando le unità di misura che conosciamo, come il metro o il chilogrammo. Ecco una semplice spiegazione:

Possiamo definire un'unica lunghezza o "lunghezza base" per confrontare tutte le altre lunghezze. Se facciamo in modo che tutti usino la stessa lunghezza, questa diventa un valore con cui misurare le altre lunghezze.

Questo valore è ciò che chiamiamo "unità" e il confronto di un oggetto con esso è ciò che conosciamo come "misurazione". Il confronto con un valore che conosciamo e che manteniamo costante è il modo in cui le unità ci aiutano a misurare. Facciamo un altro semplice esempio che ci sarà utile per definire un'unità molto nota.

Un sasso ha un certo peso, ma abbiamo bisogno di un riferimento con cui confrontarlo. Il riferimento, in questo caso, è il peso di un litro d'acqua. Il sasso può pesare una frazione di questa unità, oppure può pesare diverse volte di più.

Se la nostra roccia pesa 2,3 volte il peso del litro d'acqua, significa che il suo peso è due volte il litro d'acqua più il 30%.

Prima del 2019, il peso di un litro d'acqua era la base dell'unità che oggi chiamiamo "chilogrammo" nel sistema di unità di misura SI. Nell'esempio precedente, la roccia pesa quindi 2,3 chilogrammi. Oggi la definizione del chilogrammo è più complessa e rigorosa, essendo legata ad una quantità fondamentale della fisica.

Il Sistema Internazionale

Il Sistema Internazionale (SI) è uno standard che contiene unità per le sette proprietà fondamentali. Il sistema utilizza anche prefissi e notazioni matematiche (forme standard) per nominare e annotare rispettivamente i numeri grandi e piccoli.

I prefissi vengono anteposti al nome dell'unità per indicarne il valore. Ne sono un esempio il millimetro e il decametro.

I prefissi vengono anteposti al nome dell'unità per indicarne il valore. Ne sono un esempio il millimetro e il decametro.

La forma standard è un sistema di potenze usato per esprimere valori grandi e piccoli. Per esempio:

1 000 000 = 1*106

0,000 000 000 000 2 = 2*10-12

Grandezze fisiche fondamentali e loro unità nel SI

Tutte le grandezze fisiche che possiamo misurare sono state standardizzate e quindi ogni proprietà ha una relativa unità di misura:

  • Lunghezza, misurata in metri e suoi derivati.

  • Massa, misurata in chilogrammi e suoi derivati.

  • Temperatura, misurata in Kelvin.

  • Intensità di corrente, misurata in Ampere.

  • Luminosità, misurata in candele.

  • Quantità di materia, misurata in moli.

  • Tempo, misurato in secondi.

Unità derivate

Il sistema di unità SI contiene anche unità derivate che vengono utilizzate per misurare quantità più complesse. Le unità derivate sono una combinazione delle sette unità di base. Di seguito è riportato un breve elenco di alcune unità derivate:

  • Area, legata alla lunghezza.

  • Velocità, legata a lunghezza e tempo.

  • Volume, legato alla lunghezza.

  • Densità, legata a volume e massa.

  • Energia, legata a massa, tempo e lunghezza.

Ogni unità derivata misura una proprietà più complessa e alcune di esse hanno un nome proprio. Ad esempio, l'unità di misura dell'energia è il Joule, mentre l'unità di misura della pressione è il Pascal.

Analisi dimensionale

Le unità di misura possiedono dimensioni che coincidono con il nome delle grandezze fisiche che descrivono.

  • Metro, dimensione della lunghezza.

  • Chilogrammo, dimensione della massa.

  • Secondo, dimensione del tempo.

  • Kelvin, dimensione della temperatura.

  • Mole, dimensione della quantità di materia.

  • Ampere, dimensione della carica elettrica.

  • Candela, dimensione della luminosità.

Ogni unità derivata possiede una combinazione di dimensioni. Questa espressione è talvolta chiamata formula dimensionale ed esprime le proprietà che compongono le unità.

Analisi dimensionale delle unità derivate

Per esprimere una grandezza nella sua forma dimensionale, dobbiamo esprimerla nelle sue unità di base e poi sostituirle con le dimensioni. Di seguito sono riportati due esempi fondamentali:

Esprimere la velocità nella sua forma dimensionale. Dato che la velocità è espressa in metri al secondo o m/s, le sue dimensioni sono la lunghezza e il tempo, espresse come L e T.

Velocità = m/s = L / T=L * T-1

Esprimere la densità nella sua forma dimensionale. La densità è uguale ai chilogrammi per il volume; i chilogrammi hanno dimensioni di massa o M, mentre i volumi hanno dimensioni di metri cubi o lunghezza L alla terza potenza. Densità = M / L3 = M * L-3

Grandezze fisiche e unità di misura - Key takeaways

  • Le proprietà fisiche sono le cose che possiamo misurare in un oggetto, meglio note come proprietà di un oggetto.

  • Esistono sette proprietà fondamentali che possiamo percepire e misurare. Esse sono la temperatura, la massa, la lunghezza, la luminosità, l’intensità di corrente, il tempo e la quantità di sostanza di cui l'oggetto è composto.

  • Per misurare le proprietà di un oggetto, utilizziamo le unità di misura. I valori delle unità sono concordati e utilizzati per misurare le proprietà dell'oggetto.

  • Oggi utilizziamo il sistema SI, che è composto da unità per esprimere le sette proprietà di base e utilizza prefissi e notazioni matematiche per esprimere quantità grandi e piccole.

  • Esistono anche unità derivate dalle unità di base, utilizzate per esprimere comportamenti più complessi di un oggetto, come la velocità.

Domande frequenti riguardo Grandezze fisiche e unità di misura

Le grandezze fisiche in fisica sono ciò che si può misurare di un oggetto o un fenomeno, mentre le unità di misura sono valori concordati che servono a confrontare le quantità fisiche di un oggetto.

Le unità di misura sono valori concordati che servono a confrontare le quantità fisiche di un oggetto. Esistono unità per ogni proprietà fisica, dalla massa alla quantità di materia. 

Le sette grandezze fisiche fondamentali sono massa, tempo, lunghezza, quantità di materia, luminosità, intensità di corrente e temperatura.

Quiz Finale Grandezze fisiche e unità di misura

Quale tra i seguenti descrive un modo di verificare il peso di un oggetto?

Trasportando oggetti con masse diverse.

Come si può provare lo scorrere del tempo?

Tutte le risposte

Come si può spiegare lo scorrere del termo tramite la rottura di una tazza?

Il rompersi della tazza avviene sempre in una direzione - da intera a rotta.

Cosa sono le grandezze fisiche?

Le grandezze fisiche sono le proprietà di un oggetto che possiamo misurare.

Le grandezze fisiche sono...

...valori concordati che servono a confrontare le quantità fisiche di un oggetto.

Quali sono le grandezze fisiche fondamentali?

Lunghezza, massa, temperatura, intensità di corrente elettrica, luminosità, quantità di materia e tempo

Che differenza c'è tra grandezza fisica e unità di misura?

Le grandezze fisiche in fisica sono ciò che si può misurare di un oggetto o un fenomeno, mentre le unità di misura sono valori concordati che servono a confrontare le quantità fisiche di un oggetto.

Una combinazione di unità fondamentali è usata per misure più complesse. Qual è il nome di queste unità?

Unità derivate.

Qual è la grandezza fisica fondamentale presente nel SI ma che non è legata a un oggetto?

Il tempo.

Qual è il sistema più generalmente accettato per misrare le grandezze fisiche?

Il Sistema Internazionale

Cos'è un'unità di misura?

Un riferimento standard usato per le misurazioni.

Perché sono importanti le unità di misura?

Le unità di misura sono importanti perché ci permettono di riprodurre le stesse misure.

Cos'è il Sistema Internazionale?

Il SI è un sistema di unità di misura.

Quante unità di misura fondamentali ha il SI?

Il SI ha 7 unità di misura fondamentali

Qual è il vantaggio di usare unità di misura standard per le misure?

Le unità di misura forniscono un riferimento standardizzato che può essere riprodotto ovunque. Se si utilizzasse un riferimento arbitrario, lo stesso valore non potrebbe essere misurato con precisione due volte.

Qual è l'unità di misura della lunghezza?

Il metro.

Qual è l'unità di misura del tempo?

Il secondo.

Qual è l'unità di misura dell'intensità di corrente elettrica?

L'Ampere.

Le unità di misura sono...

... riferimenti che utilizziamo per misurare le proprietà di un oggetto.


L'hertz è l'unità derivata del...?

del secondo.

Come sono divise le grandezze fisiche?

In grandezze estensive e grandezze intensive.

La massa è una grandezza intensiva o estensiva?

Estensiva.

Cosa sono le grandezze derivate?

Le grandezze fisiche derivate sono le proprietà di un oggetto che risultano da due o più grandezze fisiche elementari.

Come sono collegate grandezze fisiche e unità di misura?

Le grandezze fisiche sono importanti perché ci permettono di descrivere un oggetto. Le unità sono i valori di riferimento che utilizziamo per misurare le proprietà degli oggetti.

Quante sono le grandezze fisiche fondamentali?

Le grandezze fisiche fondamentali sono sette: massa, tempo, temperatura, mole, lunghezza, luminosità e intensità di corrente.

Quali sono le grandezze scalari e vettoriali?


Le grandezze scalari sono quelle che non hanno una direzione, come ad esempio la massa, il volume o la quantità di materia, mentre quelle vettoriali hanno bisogno di una direzione per essere spiegate, come ad esempio la velocità o l’accelerazione.


Vero o Falso: Il tempo è una quantità scalare.

Vero.

Le proprietà intensive dipendono dalla massa o dimensione di un oggetto?

No.

Il tempo e la massa possono essere negativi?

No.

La massa e il peso sono la stessa cosa?

No.

Qual è il simbolo per il chilogrammo?

kg

Quali sono le sette unità fondamentali del SI?

sette: massa, tempo, temperatura, mole, lunghezza, luminosità e intensità di corrente.

Perché il SI è importante?

Fornisce uno standard di unità di misura.

Come si interpreta un pascal usando unità del SI?

Come un chilogrammo accelerato ad un metro al secondo.

Quanti strumenti fornisce il SI per rappresentare delle quantità?

Tre: prefissi, notazione scientifica e simboli.

Cosa sono i prefissi?

I prefissi sono parole usate nel SI per sostituire il nome completo di una quantità, per esempio un decametro (prefisso deca-) invece di dieci metri.

Qual è un esempio di prefisso?

Tutte le risposte.

"cm" è il prefisso o il simbolo per centimetri?

Il simbolo.

Cos'è la notazione scientifica?

La notazione scientifica è una forma compatta per esprimere quantità grandi e piccole.

Come si usa la notazione scientifica per esprimere numeri grandi?

Si moltiplica per 10 elevato ad una potenza positiva.

Come si usa la notazione scientifica per esprimere numeri piccoli?

Si moltiplica per 10 elevato ad una potenza negativa.

Come trasformare i numeri in notazione scientifica?

Per trasformare i numeri in notazione scientifica bisogna ridurli alla forma di un prodotto tra un numero tra 1 e 10 e una potenza di dieci (positiva o negativa). Il segno della potenza dipende dalla dimensione del numero. Se il numero è maggiore di 1, la potenza sarà positiva, se il numero è minore di 1, la potenza sarà negativa. L’esponente è decretato da quante volte bisogna spostare la virgola per portare il primo numero diverso da zero davanti alla virgola decimale.

a cosa equivale 100?

1.

Come possono essere riscritti 1000 metri in notazione scientifica?

Come 103m

Qual è il simbolo standard per "micro"?

μ.

Se un pendolo oscilla 100 volte al secondo, quanti hertz sono?

100 hertz.

Si possono convertire secondi i chilogrammi?

No.

Si può convertire un'unità di misura in un'altra?

Sì, ammesso che siano entrambe basate sulle stesse unità fondamentali.

Converti 25km/h in m/s.

6,94 m/s

Converti 32 m/s in km/h

115,2 km/h

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