Strumenti di misura

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.

Fig. 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:

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.

Strumenti di misura: definizione

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

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.

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.

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.

Fig. 2 - Quando si usano strumenti a tacche, bisogna guardare le tacche perpendicolarmente allo strumento, in modo da evitare parallassi

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.

Fig. 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.