Sistema internazionale delle unità di misura

Il Sistema Internazionale di unità di misura (SI) è un sistema adottato nella maggior parte del mondo creato con l’intenzione di unificare le unità di misura per le grandezze fisiche fondamentali.

Oltre alle unità di misura fondamentali, la loro composizione permette al SI di coprire anche grandezze fisiche derivate e più complesse che possono essere convertite in unità di base per comprenderne il significato. Altri strumenti del sistema SI sono i prefissi, la forma standard e i simboli che ci permettono di esprimere le unità più facilmente.

Unità derivate del SI

Le unità derivate del sistema SI, che derivano dalla combinazione di quelle di base, sono utilizzate per spiegare processi più complessi, come la pressione, la velocità, l'area, la capacità, il lavoro, ecc. Esempi di unità derivate sono i seguenti:

• Pressione: misurata in Pascal (\(Pa\)) e utilizzata per descrivere la quantità di forza applicata su un'area. È pari a Newton su metri quadrati (\(N \:m^{-2}\)).

• Forza: misurata in Newton (\(N\)) e utilizzata per descrivere l'accelerazione di una massa a 1 metro al secondo quadrato, utilizzando i chilogrammi al metro al secondo quadrato (\(kg\: m\:s^{-2}\)).

• Area: misurato in metri quadrati (\(m^2\)) e rappresenta la superficie all'interno di un perimetro.

Qualsiasi unità derivata può essere convertita nelle sue unità di base.

Convertire le unità derivate in unità fondamentali

Per convertire le unità derivate in unità di base, è necessario conoscere l'equivalenza di ogni unità derivata. Sostituendo tutte le unità derivate con le loro unità di base si ottengono espressioni che utilizzano solo le sette unità elementari. Si vedano i due esempi seguenti.

Il sistema SI prevede diversi modi per esprimere le quantità, tra cui prefissi, la forma standard e i simboli.

• Prefissi: un esempio di utilizzo di un prefisso è quello di dire che un milione di Newton è uguale a un Meganewton, con Mega come prefisso.

• Forma standard: usa esponenti per accorciare i numeri. Per esempio, 1 milione di Newton può essere espresso come \(1\times 10^6\) Newton.

• Simboli: possono sostituire sia i prefissi che la forma standard. Per esempio, 1 milione di Newton equivale a 1MN, con M che significa Mega e N che è il simbolo dei Newton.

Fig. 1 - Su un righello, cm è il nome abbreviato dell'unità "centimetro". È anche il simbolo dell'unità di misura del centimetro nel sistema SI.

Quali sono gli usi delle unità di misura del SI?

Il sistema SI non viene utilizzato solo per misurare, ma anche per produrre. Misurando una volta, possiamo usare quelle misure per produrre lo stesso pezzo più volte. Il sistema SI è utilizzato per scambiare e vendere merci in tutto il mondo. Anche la scienza e la ricerca utilizzano le unità SI per misurare le quantità scientifiche.

Altri sistemi di unità di misura

Il sistema SI, che è lo standard mondiale per il commercio, la tecnologia e l'economia, è il sistema di fatto utilizzato in tutto il mondo. Tuttavia, in alcuni Paesi, tra cui Stati Uniti, Regno Unito, Thailandia e Liberia, sono in uso altri due sistemi in combinazione con il SI. Si tratta del Sistema Imperiale e del Sistema Doganale degli Stati Uniti (USCS), che utilizzano unità di misura diverse.

Storia del sistema SI

Il sistema SI è stato inizialmente creato nella Francia del XIX secolo per unificare le misure. Prima di allora, il sistema di misurazione francese consisteva in molte unità senza un modo semplice per convertirle l'una nell'altra. Questo rendeva le cose molto difficili nella vita quotidiana e anche nella scienza e nel commercio.

Durante la rivoluzione francese, l'Assemblea Nazionale fu organizzata da un gruppo di rivoluzionari, pensatori e lavoratori liberi, noto come terzo stato. Uno dei molti obiettivi del gruppo era quello di creare un sistema moderno di unità di misura per la Nuova Repubblica francese. Il nostro moderno sistema SI si basa sul sistema sviluppato da quel gruppo.

Conferenza Generale dei pesi e delle misure (1860)

Nel 1875, diciassette Paesi firmarono un trattato diplomatico. Questo stabilì il sistema SI come sistema di misura standard. Il trattato firmato introduceva i prototipi del metro e del chilogrammo, ma mancava di grandezze come l'ampere, la mole, la candela e il kelvin.

Modifiche al sistema SI

L'unità di misura della temperatura utilizzata nel XVIII secolo era il Celsius, che rimase in uso fino alla 10a Conferenza generale dei pesi e delle misure, dove fu adottato il kelvin. Nel 1948 fu introdotta la candela come unità di misura della luminosità di un oggetto. Nel 1960 fu adottato il secondo come una frazione del tempo di rotazione della Terra.

Ridefinizione del sistema SI

Il sistema metrico, che è alla base del sistema SI, utilizzava una serie di oggetti con un peso di un chilogrammo e una lunghezza di un metro. Poiché le copie di questi oggetti presentano lievi variazioni di lunghezza/peso, sono state modificate in nuove definizioni che utilizzano costanti universali.

Le nuove definizioni introdotte successivamente utilizzano costanti universali come la massa del cilindro di platino-iridio conservato a Parigi per definire il chilogrammo e la lunghezza percorsa dalla velocità della luce per definire il metro.

Nel 2018, durante la 26a Conferenza Generale, è stato ancora una volta rivoluzionata la definizione di alcune unità di misura, tra cui il chilogrammo utilizzando come riferimento la costante di Planck, la mole sulla base del numero di Avogadro, il kelvin mediante la costante di Boltzmann e l’ampere attraverso la carica dell’elettrone.