La fisica studia il mondo attraverso grandezze che possiamo misurare con strumenti adeguati, esprimendo i risultati con un numero, un'unità di misura e un'indicazione dell'incertezza inevitabile.
Quando osserviamo un fenomeno naturale, dobbiamo trasformare le nostre osservazioni in dati confrontabili e comunicabili. Per farlo utilizziamo le grandezze fisiche, cioè tutte quelle caratteristiche di un oggetto o di un fenomeno che possono essere misurate attraverso un confronto con un campione di riferimento. La lunghezza di un banco, la massa di un libro, il volume di una bottiglia o la temperatura dell'aula sono tutti esempi di grandezze fisiche perché possiamo associare loro un valore numerico preciso. Esistono invece caratteristiche, come la bellezza di un paesaggio o la simpatia di una persona, che non sono grandezze fisiche perché non si possono misurare oggettivamente. La differenza fondamentale sta proprio nella possibilità di stabilire un'unità di misura condivisa che permetta a chiunque, nel mondo, di ottenere lo stesso risultato sperimentale.
Grandezze fondamentali e unità di misura
Nel 1960 la comunità scientifica internazionale ha adottato il Sistema Internazionale, abbreviato in SI, che fissa sette grandezze fondamentali e le rispettive unità di riferimento. Le grandezze che incontrerai più spesso quest'anno sono la lunghezza, misurata in metri (m), la massa, misurata in chilogrammi (kg), il tempo, misurato in secondi (s), e la temperatura, misurata in kelvin (K) oppure in gradi Celsius (°C) nella vita quotidiana. Accanto a queste esistono le grandezze derivate, che si ottengono combinando quelle fondamentali: il volume, per esempio, si ricava elevando al cubo una lunghezza e si esprime in metri cubi o, più comunemente, in litri. Per gestire valori molto grandi o molto piccoli si usano i multipli e i sottomultipli, identificati da prefissi come chilo (mille volte), centi (un centesimo), milli (un millesimo) e micro (un milionesimo). Un equivalenza tipica è quella tra litro e decimetro cubo: un litro corrisponde esattamente a un decimetro cubo, cioè a mille millilitri o mille centimetri cubi. Saper passare da un'unità all'altra è una competenza essenziale, perché permette di confrontare misure espresse in modi diversi senza commettere errori.
Strumenti, sensibilità e incertezza della misura
Misurare significa confrontare la grandezza con un campione, e per farlo servono strumenti adatti: il righello e il metro a nastro per le lunghezze, la bilancia per le masse, il cilindro graduato per i volumi, il termometro per le temperature. Ogni strumento è caratterizzato da una portata, cioè il valore massimo che può misurare, e da una sensibilità, ovvero la più piccola variazione che è in grado di rilevare. Un righello scolastico ha sensibilità di un millimetro, mentre un calibro arriva al decimo di millimetro: scegliere lo strumento giusto significa scegliere la sensibilità adeguata all'oggetto da misurare. Nessuna misura è mai perfetta, perché ogni operazione comporta una certa incertezza dovuta ai limiti dello strumento, alle condizioni ambientali e all'osservatore stesso. Per questo il risultato si scrive sempre nella forma valore ± errore, indicando l'intervallo entro cui il valore vero si trova con buona probabilità. Per esempio, se misuriamo la larghezza di un quaderno con un righello e leggiamo 21 cm, scriviamo correttamente (21,0 ± 0,1) cm, riconoscendo che l'ultima cifra non è certa.
Ricorda
- Una grandezza fisica è una proprietà misurabile e si esprime sempre con un numero seguito dall'unità di misura del Sistema Internazionale.
- Conoscere multipli, sottomultipli ed equivalenze è indispensabile per confrontare misure diverse, soprattutto quando si lavora con volumi e lunghezze.
- Ogni misura è affetta da un'incertezza legata alla sensibilità dello strumento: il risultato va scritto nella forma valore ± errore.
- Verifica attiva: sul quaderno, misura con il righello la lunghezza e la larghezza del tuo astuccio, scrivi i risultati in centimetri e poi convertili in millimetri e in metri, indicando anche l'incertezza dovuta alla sensibilità del righello.