Unità di misura
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Le unità di misura sono uno standard per la misurazione di quantità fisiche. In fisica e in metrologia, è necessaria una definizione chiara e univoca di tali quantità, al fine di garantire l'utilità e la riproducibilità dei risultati sperimentali, che è alla base del metodo scientifico. Per esempio, si misuri il peso di una mela con una bilancia, se la bilancia legge 100 e l'unità di misura in base alla quale è stata calibrata la bilancia sono i grammi, sapremo che la nostra mela pesa 100 grammi.
Allo scopo di facilitare le misurazioni è necessario definire dei sistemi di misure standard. I sistemi di misura scientifici, sono una formalizzazione del concetto di pesi e misure, che venne sviluppato in origine a fini commerciali, ovvero per creare una serie di strumenti con i quali venditori e acquirenti potessero concordare in maniera univoca la quantità delle merci trattate. È noto che per misurare una stessa grandezza, esistano molteplici unità di misura (ad esempio il peso può essere misurato in grammi e nei suoi multipli e sottomultipli, oppure in libbre, o in chilogrammi, newton, ecc.) a livello mondiale.
Esistono diversi sistemi ufficialmente accettati dalla comunità scientifica internazionale o comunque in voga nelle diversi parti del pianeta. Per ogni sistema ufficiale di unità di misura esistono organismi internazionali che si occupano di custodire i campioni delle unità di misura quando ne esistano o comunque di mantenere aggiornate le definizioni delle unità adottate.
Esistono diversi sistemi di misura, basati su differenti insiemi di unità di misura fondamentali. Il sistema di misura più ampiamente diffuso è il Sistema internazionale di unità di misura, solitamente indicato come SI, che è fondato su sette unità base (fondamentali), e in cui tutte le altre unità derivano da queste.
Esistono altri sistemi, utilizzati per vari scopi, tra i quali:
- le unità di misura CGS (centimetro-grammo-secondo)
- le unità di misura MKS (metro-chilogrammo-secondo)
- le unità di misura di Planck
- il sistema consuetudinario USA
- il sistema imperiale britannico
- altri sistemi locali attuali e obsoleti:
- le unità di misura cinesi
- le unità di misura giapponesi
- le unità di misura norvegesi
In Italia, pur vigendo il Sistema Internazionale, sono ancora di uso quotidiano alcune antiche unità di misura, diverse a livello locale in funzione dell'evoluzione storica di ciascun territorio.
Ogni valore di una quantità fisica viene espresso come confronto rispetto alla unità di tale quantità. Ad esempio, il valore di una quantità fisica Q, viene espresso come prodotto di una unità [Q] per un fattore numerico:
- Q = n * [Q] = n [Q]
Il segno di moltiplicazione viene generalmente tralasciato, così come accade nelle formule in notazione scientifica. Nelle formule l'unità [Q] può essere trattata come se fosse una specie di dimensione fisica.
Una distinzione deve essere fatta tra le unità e i campioni standard. Una unità è fissata per definizione, ed è indipendente da condizioni fisiche come la temperatura. Un campione standard, al contrario, è la materializzazione fisica di una unità, ed è soggetta alle condizioni fisiche. Ad esempio, il metro è una unità, mentre una barra metallica usata come campione standard varia la sua lunghezza con la temperatura (anche se per frazioni infinitesime).
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[modifica] Unità di misura fondamentali e derivate
Per molte quantità una unità di misura è assolutamente necessaria se si vuole comunicarne il valore. È ad esempio impossibile descrivere una lunghezza senza usare un qualche tipo di unità.
Ma non tutte le quantità richiedono una propria unità di misura. Tramite le leggi della fisica, l'unità di misura di una quantità può essere espressa come combinazione di unità di altre quantità. Quindi solo un piccolo insieme di unità di misura è necessario. Queste unità vengono definite come fondamentali, tutte le altre sono unità derivate. Le unità derivate sono usate solo per convenienza, in quanto possono essere espresse in termini di unità base. La scelta delle unità base è però arbitraria.
Le unità fondamentali del SI non costituiscono un insieme minimo. Ad esempio esistono sistemi nei quali il campo elettrico e il campo magnetico hanno la stessa unità di misura, grazie al fatto che le leggi della fisica mostrano che questi due campi sono manifestazioni differenti dello stesso fenomeno.
[modifica] Conversione delle unità di misura
La conversione delle unità di misura prevede la comparazione di valori standard differenti, per questo i fattori di conversione tra unità di misura hanno sempre un determinato livello di imprecisione.
[modifica] Prefissi delle unità SI
Nel SI alcune lettere corrispondono a valori numerici scelti opportunamente e possono essere usate come prefissi per qualsiasi unità.
Ad esempio, c = 0,01 (1/100), e quindi cm = 0,01 * m e cN = 0,01 * N
L'unica eccezione, dovuta a ragioni storiche, è l'unita di misura della massa, kg, che già contiene un prefisso; in questo caso il prefisso deve essere aggiunto a g.
L'uso dei prefissi non implica nessuna conversione, in quanto essi sono definiti come valori numerici. Ad esempio le espressioni 'cm' e '0,01 m' hanno lo stesso significato, ovvero sono equivalenti dal punto di vista matematico.
Per un elenco dei prefissi in uso nel Sistema internazionale di unità di misura si vedano gli articoli nella categoria Prefissi SI.
[modifica] Regole grafiche SI
I simboli delle unità di misura del SI sono scritte sempre con lettere minuscole tranne quando sono dedicate ad un personaggio storico; i prefissi seguono regole proprie:
- km
- kJ
- mg
- Mg
