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Strumenti di misura

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Misurare significa confrontare la grandezza di una proprietà fisica di un oggetto o di un sistema rispetto a un modello o a uno standard in grado di dirci il suo valore. Le misure nella vita quotidiana includono:

  • Misurare il vento e le condizioni meteo per consentire agli aerei di volare.
  • Misurare la richiesta energetica di una regione, permettendo alla rete elettrica di funzionare senza problemi.
  • Misurare la domanda di prodotti in un supermercato.
  • Misurare il consumo di energia di un'abitazione, in modo che l'energia elettrica sappia quanto far pagare in bolletta.
  • Misurare la temperatura di una persona per verificare se è in buona salute.

Strumenti di misura Metro StudySmarterFig. 1 - Nastro metrato utilizzato per le misurazioni

Strumenti di misura e grandezze fisiche

Le unità di misura indicano il valore della grandezza fisica che stiamo misurando.

L'attività di misurazione viene effettuata su un oggetto per conoscerne le proprietà (o la quantità fisica) e poi confrontata con una norma accettata per ottenere un valore (l'unità). Vediamo un esempio:

Vogliamo conoscere il peso di un pacco. Il peso è la grandezza fisica che andremo a misurare, e per misurarla, andremo a confrontare il peso con un'unità di misura per conoscere quanto vale. L'unità di misura varia a seconda dei diversi sistemi di misura

Misurare usando diversi sistemi di misura

Esistono diversi sistemi di unità di misura. Il sistema di unità più universalmente accettato è il Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI). Altri sistemi di unità di misura sono il Sistema Doganale degli Stati Uniti e il Sistema Imperiale.

Le misure effettuate con sistemi diversi possono fornire valori diversi, poiché misurano le stesse grandezze fisiche con unità diverse. Un esempio è la definizione di temperatura per il sistema imperiale, che utilizza il Fahrenheit.

La temperatura di congelamento dell'acqua è 273,15 Kelvin nel sistema SI e 32°F nel sistema imperiale.

Strumenti di misura: definizione

Vediamo la definizione di cos'è uno strumento di misura:

Uno strumento di misura è un'oggetto con la funzione di comparare una qualche grandezza fisica a una nota in precedenza per rapportarla a eventi, fenomeni o altri oggetti.

In questo senso, possiamo capire che praticamente qualunque cosa può funzionare da strumento di misura, se non siamo interessati alla riproducibilità della misura: una matita, infatti, può essere uno strumento di misura, se vogliamo calcolare la lunghezza di qualcosa "in unità di matita", anche se probabilmente non sarà uno strumento di misura preciso, accurato o replicabile.

Strumenti di misura: esempi

Vediamo qualche esempio di grandezza fisica e relativi strumenti di misura.

  • Lunghezza: metro, calibro, micrometro, altimetro...
  • Tempo: cronometro, clessidra, orologio...
  • Temperatura: termometro
  • Velocità: tachimetro
  • Pressione: barometro
  • Massa: bilancia

Effettuare una misura

In generale, esistono due metodi di misurazione: uno è quello per confronto, mentre l'altro utilizza unità di misura standard.

Misura per confronto

Il principio è semplice: si prende un oggetto e lo si usa come riferimento per misurare una certa quantità.

Un esempio quotidiano è l'utilizzo di un cucchiaio per misurare lo zucchero per il caffè. Tuttavia, si può intuire l'origine dell problema: cucchiai diversi sono di dimensioni diverse oppure si potrebbe anche aggiungere più zucchero a seconda di quanto si riempie il cucchiaio.

Misura usando unità di misura standard

Questo metodo prevede l'utilizzo di uno standard in modo da poter riprodurre la misura ogni volta che se ne ha bisogno.

Supponiamo che servano 10 grammi di zucchero. Avremo bisogno di una bilancia, ora si può misurare esattamente 10 grammi di zucchero ogni volta. Si può aggiungere e togliere zucchero per ottenere la misura corretta e riprodurla ogni volta che si vuole un caffè.

La capacità di riprodurre i valori utilizzando uno strumento come riferimento è il motivo per cui i sistemi di unità di misura sono importanti.

Prendere misure accurate

La precisione è importante quando si effettuano le misurazioni. Per ottenerla, è necessario seguire le seguenti istruzioni:

  1. Impostare il punto zero dello strumento correttamente
  2. Se si usano strumenti con segni o tacche per leggere i risultati, leggere sempre il valore con gli occhi direttamente sopra i valori, non di lato. Se non si presta attenzione alla lettura dei valori, possono presentarsi errori di parallasse.
  3. Se necessario, ripetere le misurazioni. Molti errori derivano da misurazioni che contengono errori minori. È possibile ridurre alcuni errori misurando più volte e calcolando la media dei risultati.

Strumenti di misura Errore di parallasse StudySmarterFig. 2 - Quando si usano strumenti a tacche, bisogna guardare le tacche perpendicolarmente allo strumento, in modo da evitare parallassi

Quando si misura il tempo necessario a un pendolo per compiere un'oscillazione completa, se si utilizza un timer, il tempo misurato dipenderà dal tempo di reazione. In questo caso, è necessario effettuare più misurazioni per poter calcolare un valore più preciso.

Rappresentare graficamente le misurazioni

Per rappresentare graficamente le misure nella vita reale, si può utilizzare un grafico. I grafici sono disegni che utilizzano le variabili "x" e "y" per mettere in relazione la variazione di un valore con un altro. In altri termini, un grafico è la relazione grafica di due o più variabili. Di solito, x viene chiamata variabile indipendente e y variabile dipendente.

Vediamo un esempio: il seguente grafico rappresenta come il movimento di un pendolo diminuisca nel tempo.

Strumenti di misura Grafico del periodo di un pendolo StudySmarterFig. 3 - Il periodo di un pendolo diminuisce ad ogni ciclo, perciò ogni misura successiva mostrerà un tempo minore

La variabile "x" rappresenta la misura. Il primo punto è la prima misurazione, in cui il pendolo impiega 2 secondi per andare e venire. Dopo il primo valore misurato x1, si effettua una seconda misurazione x2, poi x3, x4 e così via.

Il secondo punto è la seconda misura x2. Il pendolo si muove meno fino a fermarsi lentamente. I segni sul grafico mostrano il decadimento dei valori nel tempo.

Misura e strumenti di misura - Key takeaways

  • Le misure confrontano la grandezza o il valore di una grandezza fisica con un modello o un'unità di misura.
  • Le misure sono importanti perché ci permettono di conoscere i valori delle variabili che utilizziamo nella vita quotidiana.
  • Possiamo misurare per confronto o utilizzando un sistema formale di unità di misura. Le misure che utilizzano un sistema di unità di misura con valori standard (come il SI) consentono di riprodurre i valori misurati.
  • Dobbiamo fare attenzione quando misuriamo i valori per non produrre errori dovuti al nostro modo di prendere le misure.

References

  1. Fig. 1: Measuring tape (1 meter - 3 foot), Oude Pekela (2019) 04.jpg (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Measuring_tape_(1_meter_-_3_foot),_Oude_Pekela_(2019)_04.jpg) by Donald Trung Quoc Don (Chữ Hán: 徵國單) (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Donald_Trung) is licensed by CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)

Domande frequenti riguardo Strumenti di misura

Si possono misurare tutte le grandezze fisiche estensive di un oggetto, a patto di avere lo strumento di misura corretto per farlo.

Effettuare una misura significa usare uno strumento come riferimento per valutare l'estensione di una grandezza fisica di un oggetto.

Quiz Finale Strumenti di misura

Qual è la differenza tra errori sistematici ed errori casuali?

Uno è il prodotto della casualità, l'altro è sempre presente nel sistema.

Quali solo le due sorgenti di limiti che si incontrano nelle misure?

Gli strumenti e le variazioni nella quantità misurata.

Cos'è un errore sistematico?

Un errore consistente e ricorrente nella misurazione.

Cos'è un errore casuale?

Un errore che varia ad ogni misuraizone.

Un errore casuale può essere introdotto da uno strumento?

Sì.

Un errore sistematico può essere introdotto da uno strumento?

Sì.

Cos'è la precisione?

La capacità di riprodurre sempre una stessa misura.

Cos'è l'accuratezza?

La capacità di produrre una misura vicina al valore vero.

Un sensore ha un improvviso malfunzionamento e produce una misurazione errata.
Di che tipo di errore si tratta?

Di un errore casuale.

Qual è la differenza tra accuratezza e precisione?

L'accuratezza è la proprietà di misurare un valore vicino a quello reale, mentre la precisione è la proprietà di ripetere costantemente lo stesso valore.

Quando una misura è precisa e accurata?

Una misura è precisa e accurata quando misura sempre un risultato molto vicino a quello reale.

Misuri la massa di un elettrone e il tuo risultato è 9,2 x 10-31kg. Il valore accettato è 9,101 x 10-31kg.
Calcola l'errore percentuale.

8,2%

Cosa sono gli errori

Effetti che causano deviazione nelle misurazioni.

Cos'è l'errore assoluto?

La differenza tra il valore atteso e quello misurato.

Come si riportano le incertezze nei grafici?

Con barre, chiamate barre d'errore.

Come si arrotonda 9,345 se tutti i numeri sono importanti?

9,35.

Calcola l'incertezza dovuta alla moltiplicazione di 45,3 per 4,5 ± 0.34 e arrotondalo a una cifra decimale.

203,8

Arrotonda 3,14156 a soli numeri interi.

3.

Arrotonda a 3,14156 a due cifre decimali

3,14

Arrotonda a 3,14156 a quattro cifre decimali.

3,1416

Se hai delle misure di una massa che sappiamo essere 1,5kg che sono 1,52kg, 1,53kg e 1,51kg qual è l'incertezza nelle misure?

± 0,03 kg

Cosa significa misurare?

Misurare significa confrontare la grandezza di una proprietà fisica di un oggetto o di un sistema rispetto a un modello o a uno standard in grado di dirci il suo valore.

Cosa indicano le unità di misura?

Il valore della grandezza fisica che stiamo misurando.

Qual è il sistema di misura più diffuso e accettato al mondo?

Il sistema internazionale.

Cos'è uno strumento di misura?

Uno strumento di misura è un'oggetto con la funzione di comparare una qualche grandezza fisica a una nota in precedenza per rapportarla a eventi, fenomeni o altri oggetti.


Indicare un esempio di strumento di misura per la velocità.

Il tachimetro.

Quali sono i due metodi di misurazione?

Misura per confronto o usando unità di misura standard.

Per prendere misure accurate con uno strumento a tacche bisogna...

Guardare le tacche stando direttamente perpendicolari allo strumento

Cosa si può utilizzare per rappresentare le misure?

Un grafico.

Cosa si può misurare?

Ogni grandezza fisica estensiva di un oggetto, a patto di avere lo strumento di misura corretto per farlo.

Vero o Falso: le misure confrontano la grandezza o il valore di una grandezza fisica con un modello o un'unità di misura.

Vero

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