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)
    La scelta delle grandezze fondamentali è comunque arbitraria. Si tratta di una convenzione adottata dalla comunità scientifica.
  • 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/s
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


 
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