Le unità di misura sono utilizzate per misurare una grandezza fisica, come la massa o la lunghezza. Nella scienza, le unità sono un riferimento stabilito che consente di definire la grandezza di una quantità.
Fig. 1 - Quando si pesa un prodotto, si misura la proprietà fisica del suo peso utilizzando l'unità di massa, come unità di misura standard si usa il chilogrammo.
La grandezza fisica è la proprietà che si misura, mentre le unità di misura sono il riferimento che permette ad altri di conoscere il valore di quella misura.
Due semplici esempi mostrano cosa si intende per misurazione di grandezze fisiche:
Il ramo di un albero ha una lunghezza di 2,3 metri. La lunghezza è una grandezza fisica del ramo; i metri sono le unità che ci dicono quanto è lungo rispetto a un riferimento. In questo caso, il nostro riferimento è un metro, quindi il ramo misura due volte più 0,3 volte la lunghezza di un metro.
Sono necessari 200 g di farina per preparare i pancake al mattino. Il peso della farina è la proprietà che si sta misurando, mentre i grammi sono le unità di misura che si usano come riferimento.
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.
Per spiegarlo meglio, utilizzeremo un semplice esempio:
Supponiamo di avere un pezzo di legno e di voler costruire una sedia. È necessario che ogni gamba sia della stessa lunghezza, altrimenti la sedia si ribalterà.
Per misurare sempre la stessa lunghezza, è necessario un modello. Supponiamo di usare una matita come riferimento e di usarla per misurare la lunghezza della prima gamba. La gamba è lunga quattro "matite". Potete facilmente usare la matita per misurare il legno delle altre tre gambe.
Ma cosa succede se volete dare istruzioni a un amico su come avete costruito la vostra sedia? Le istruzioni dicono che avete usato un pezzo di legno lungo quattro "matite".
Il vostro amico potrebbe avere una matita, ma la lunghezza della matita non è standardizzata. Altre matite saranno più corte o più lunghe della vostra, quindi le istruzioni per costruire la sedia non funzioneranno.
Cosa succederebbe se usassimo un riferimento standard per la sedia?
Supponiamo che questa volta usiate un righello per misurare il legno delle gambe della sedia, che, secondo voi, è lungo 45 cm. Ora il vostro amico può usare il proprio righello e riprodurre la sedia che avete realizzato.
Fig. 2 - Le unità di misura sono importanti quando si producono o si costruiscono oggetti, perché ci permettono di riprodurre il lavoro.
Le unità di misura sono ampiamente utilizzate nell'industria e nella vita quotidiana. Senza di esse, la vita moderna non sarebbe possibile.
Le unità del Sistema Internazionale?
Il Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI) è un sistema di misura unificato. È composto da sette unità che misurano le sette grandezze fisiche elementari. Il sistema SI è l'unico sistema di unità che ha uno status ufficiale in quasi tutti i Paesi.
Fig. 3 - L’ultimo dei metri originali, installato a Parigi nel 1796.
Quali sono le unità di misura del Sistema Internazionale e i loro simboli?
Le unità SI originali che misurano le grandezze fisiche fondamentali sono le seguenti:
Metro: usato per misurare la lunghezza; il suo simbolo è \(m\).
Secondo: usato per misurare il tempo; il suo simbolo è \(s\).
Chilogrammo: usato per misurare la massa; il suo simbolo è \(kg\).
Candela: usato per misurare la luminosità; il suo simbolo è \(cd\).
Ampere: usato per misurare l’intensità di corrente elettrica; il suo simbolo è \(A\).
Kelvin: usato per misurare la temperatura; il suo simbolo è \(K\).
Mole: usato per misurare la quantità di materia; il suo simbolo è \(mol\).
Le unità standard utilizzate dal SI sono state modificate negli ultimi decenni, passando dall'utilizzo di pesi e lunghezze standard a dipendere da quantità costanti. Un esempio è il chilogrammo, la cui definizione era la massa di un litro d'acqua. Dal 2018 il chilogrammo, l’Ampere, il kelvin e la mole sono stati ridefiniti sulla base di quantità fondamentali della fisica.
Quali sono le unità derivate nel Sistema Internazionale?
Le unità derivate sono quelle create dalla combinazione delle unità di base. Le unità derivate misurano quantità fisiche più complesse.
Con le unità di base possiamo misurare solo le sette grandezze fondamentali. Tuttavia, se combiniamo le unità di base, possiamo misurare cose più complesse. Per esempio, dopo aver combinato le unità di due misure diverse, possiamo determinare la velocità di movimento di un oggetto misurando la distanza percorsa e il tempo impiegato per percorrerla. L'elenco seguente presenta alcune unità derivate dal SI.
Unità derivata | Simbolo | Grandezza | Unità di misura |
pascal | \(Pa\) | Pressione | \(\frac{kg}{m\:s^2}\) |
joules | \(J\) | Energia | \(\frac{kg\:m^2}{s^2}\) |
newton | \(N\) | Forza | \(\frac{kg\:m}{s^2}\) |
hertz | \(Hz\) | Frequenza | \(\frac{1}{s}\) |
volt | \(V\) | Potenziale elettrico | \(\frac{kg \: m^2}{s^3 A}\) |
lux | \(lx\) | Illuminamento | \(\frac{cd}{m^2}\) |
ohm | \(\Omega\) | Resistenza elettrica | \(\frac{m^2 \: kg}{s^3\: A^2}\) |
becquerel | \(Bq\) | Attività di un radionuclide | \(\frac{1}{s}\) |
henry | \(H\) | Induttanza | \(\frac{m^2 \:kg}{s^2 \:A^2}\) |
weber | \(Wb\) | Flusso del campo magnetico | \(\frac{m^2 \: kg}{s^2 A}\) |
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