Grandezze fisiche e unità di misura

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Le grandezze fisiche si possono misurare attraverso unità di misura. Convenzionalmente si utilizzano le unità di misura del Sistema Internazionale.

Una unità di misura deve soddisfare questi requisiti:

• Deve essere adatta alla grandezza che si vuole misurare (né troppo grande né troppo piccola)
• Deve essere facilmente riproducibile
• Non deve cambiare nel tempo
• Deve essere utilizzabile da tutti

Tipi di sistemi di grandezze

Esistono a seconda del campo vari sistemi di grandezze che possono basarsi su altre unità di misura.

• Sistema internazionale di Unità (SI), il sistema più comune e riconosciuto a livello globale ,usato per tutta questa lezione
• Sistema CGS (Centimetro-Grammo-Secondo), ancora usato in alcuni campi di Fisica teorica

Sistemi di grandezze

Le grandezze fisiche si suddividono in due categorie

• Grandezze fondamentali (dette anche grandezze base); Sono grandezze che non dipendono da altre grandezze fisiche, grazie a queste si possono ricavare le grandezze derivate. Per la meccanica e la termodinamica sono:
  • Lunghezza: Metro ($m$)
  • Massa: Kilogrammo ($Kg$)
  • Tempo: Secondo ($s$)
  • Temperatura ($K$)

• Grandezze derivate Sono grandezze che derivano dalle grandezze fondamentali, alcune di queste sono:
  • Velocità: Metri al secondo $m/s$
  • Accelerazione: Metri su secondo quadro $m/s^2$
  • Peso: Kilogrammo per accelerazione gravitazionale $Kg\ast g$, che sulla Terra è assunto convenzionalmente $Kg\ast 9,81m/s^2$
  • Superficie: Metro quadro $m^2$
  • Volume: Metro cubo $m^3$

È possibile sottrarre e sommare grandezze con la stessa unità di misura.

Definizioni di unità di misura

La definizione delle unità di misura delle grandezze fondamentali ha sempre costituito un problema, proprio perché è sempre risultato difficile soddisfare ai requisiti sopra elencati, soprattutto a quelli dell'invariabilità nel tempo e della riproducibilità. Nel corso degli anni sono state adottate varie definizioni, ma attualmente quelle riconosciute sono:

• Metro: è la distanza percorsa dalla luce in 1/299.792.458 di secondo,
• Kilogrammo: è definito rispetto ad un campione, ma è allo studio una definizione più accurata,
• Secondo: è la durata di 9.192.631.770 periodi della radiazione corrispondente alla transizione tra due livelli iperfini, da (F=4, MF=0) a (F=3, MF=0), dello stato fondamentale dell'atomo di cesio-133.

Multipli e Sottomultipli

Multipli

I multipli delle unità di misura sono espressi convenzionalmente con:

• $10^{18}$ Exa- (E)
• $10^{15}$ Peta- (P)
• $10^{12}$ Tera- (T)
• $10^9$ Giga- (G)
• $10^6$ Mega- (M)
• $10^3$ Kilo- (k)
• $10^2$ Etto- (h)
• $10^1$ Deca- (D)

Sottomultipli

I sottomultipli delle unità di misura sono espressi convenzionalmente con:

• $10^{-1}$ Deci- (d)
• $10^{-2}$ Centi- (c)
• $10^{-3}$ Milli- (m)
• $10^{-6}$ Micro- (μ)
• $10^{-9}$ Nano- (n)
• $10^{-12}$ Pico- (p)
• $10^{-15}$ Femto- (f)
• $10^{-18}$ Atto- (a)