Le grandezze in fisica
Le grandezze fisiche sono quantità misurabili composte da un valore numerico e da un'unità di misura.
Ogni legge fisica è una relazione tra grandezze scalari.
La comunità scientifica ha definito delle grandezze fisiche apposite per misurare ogni fenomeno fisico.
Esempio. Per misurare la lunghezza si utilizza un nastro lungo un metro (1 m) che rappresenta l'unità di misura (campione unitario) della grandezza fisica della lunghezza. Quindi, qualsiasi lunghezza è misurata come multiplo o sottomultiplo del metro.
Ovviamente la scelta delle grandezze fisiche è arbitrario. Per questo motivo ancora oggi esistono diversi sistemi di unità di misura.
Il Sistema Internazionale (S.I.) è quello più diffuso nel mondo.
Un altro sistema di misura è il sistema CGS (centimetro-grammo-secondo) e il sistema britannico.
Le grandezze fondamentali e derivate
Le grandezze sono suddivise in due classi:
- Grandezze fondamentali
Sono grandezze che non derivano da altre grandezze. Le grandezze fondamentali sono le seguenti:
- Lunghezza (l)
- Massa (m)
- Tempo (t)
- Intensità di corrente elettrica (i)
- Temperatura (T)
- Quantità di materia (n)
- Intensità luminosa (iv)
- Grandezze derivate
Sono grandezze derivate dalle grandezze fondamentali.Esempio. Un esempio di grandezza derivata è il volume che si misura in metri cubi (m3). Un altro esempio è la densità che si misura in kg per ogni metro cubo (kg/m3). La forza si misura in newton (N) ma un newton è una grandezza derivata perché N=kg m/s2. La velocità è il rapporto tra lunghezza e tempo, quindi si misura in metri al secondo m/s. E via dicendo.
Le unità di misura delle grandezze
Ogni grandezza viene misurata tramite un'unità di misura presa come riferimento, omogenea e di valore unitario.
Per evitare l'utilizzo di diverse unità di misura, la comunità scientifica ha definito alcune unità di misura standard con l'adozione del Sistema Internazionale (SI).
Le unità di misura delle grandezze fondamentali
Le grandezze fondamentali hanno una propria unità di misura mentre le grandezze derivate hanno un'unità di misura relativa.
| grandezza fondamentale |
simbolo grandezza |
unità di misura |
simbolo unità |
|---|---|---|---|
| lunghezza | l | metro | m |
| massa | m | chilogrammo | kg |
| tempo | t | secondo | s |
| intensità di corrente elettrica | i | ampere | A |
| temperatura | T | kelvin | K |
| quantità di sostanza | n | mole | mol |
| intensità luminosa | iv | candela | cd |
Le definizioni e i campioni delle unità di misura sono cambiati più volte nel corso del tempo con l'evoluzione delle tecniche di misura.
Ad esempio, dagli anni '80 il metro (m) è definito come la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 2,99792458·10-8 secondi.
Le unità di misura delle grandezze derivate
L'unità di misura di una grandezza derivata dipende dalle grandezze fisiche che definiscono la grandezza derivata.
Ecco alcuni esempi pratici di unità di misura delle grandezze derivate
| grandezza | unità di misura | simbolo | derivazione |
|---|---|---|---|
| area | metro quadrato | m2 | |
| volume | metro cubo | m3 | |
| densità | chilogrammo al metro cubo | kg/m3 | |
| forza | newton | N | N= kg· m/s2 |
| pressione | pascal | Pa | Pa=kg/m ⋅ s2 = N/m2 |
| energia, calore o lavoro | joule | J | J= kg ⋅ m2/s2 = N ⋅ m |
| velocità | metri al secondo | m/s | |
| potenza | watt | W | W = kg ⋅ m2/s3 = J/s |
| carica elettrica | coloumb | C | C = A ⋅ s |
| differenza di potenziale elettrico | volt | V | V = kg ⋅ m2/(A ⋅ s3) = J/C |
| frequenza | hertz | Hz | Hz=1/s |
Nella notazione scientifica per misurare le grandezze molto più grandi o molto più piccole rispetto all'unità di misura, si aggiunge un prefisso (senza spazio) per indicare il multiplo o il sottomultiplo dell'unità di misura.
Esempio. Il centimetro (cm) misura la centesima parte del metro. Il millimetro (mm) la millesima parte del metro. Il chilometro è il metro per 103.
E così via
