Grandezza e unità di misura

Per poter definire in termini quantitativi il comportamento di un campione di materia occorre esprimere con una misura le sue proprietà. Le proprietà della materia che si possono misurare sono dette grandezze (lo sono per esempio, la massa, il volume, il peso, ma non la lucentezza o l'odore).

Per misurare una grandezza occorre confrontarla con una unità di misura, cioè con una grandezza di riferimento ad essa omogenea e di valore unitario. Per convenienza vengono stabilite le unità di misura solo di alcune grandezze fondamentali e da queste vengono ricavate le unità relative alle altre grandezze derivate. Il gruppo di unità di misura che nasce dall'adozione di alcune unità fondamentali si chiama sistema di unità di misura. Un tale sistema adottato universalmente in campo scientifico è chiamato Sistema Internazionale (SI) (v. tab. 1.1). Le grandezze fondamentali del SI attualmente sono sei: lunghezza, massa, tempo, intensità di corrente elettrica, temperatura e quantità di materia. Alcune unità derivate sono elencate nella tabella 1.2. In alcuni casi le unità di misura fondamentali e derivate sono troppo piccole o troppo grandi per l'uso pratico. Si utilizzano perciò, rispettivamente, dei loro multipli e sottomultipli, caratterizzati da prefissi. Così, per esempio, mille metri equivalgono a un chilometro e un miliardesimo di secondo a un nanosecondo (v. tab. 1.3).

Massa

Come già detto la massa (m) di un corpo è la misura della sua inerzia (in termini meno rigorosi è la quantità di materia del corpo). L'unità di misura della massa è il chilogrammomassa o semplicemente chilogrammo (kg). La misura delle masse si effettua per confronto con masse campione per mezzo di una bilancia.

Quantità di materia

L’unità di misura del SI è la mole (mol).

Intensità di corrente elettrica

La corrente elettrica è data da un flusso di particelle cariche ed è quindi esprimibile come la quantità di carica che si muove nell’unità di tempo. L’unità di misura nel SI è l’ampere (A).

Forza

Si intende per forza ( F) l'agente fisico capace di fare variare lo stato di quiete o di moto di un corpo di massa m, facendo sì che esso acquisti un'accelerazione a, secondo la relazione: F = m · a.

L'unità di misura della forza è il newton (N).

Il peso (P) è la forza con cui un corpo di massa m viene attratto dalla Terra, secondo la relazione: P = m · g, dove g è l'accelerazione di gravità (uguale per tutti i corpi in uno stesso luogo). Poiché peso e massa sono tra loro proporzionali, per due diversi corpi il rapporto tra i due rispettivi pesi è uguale al rapporto tra le due masse corrispondenti.

L' unità di misura del peso, in quanto forza, è il newton, ma nella pratica corrente si usa il chilogrammo che andrebbe a rigore specificato come chilogrammo-peso. Gli strumenti usati per misurare il peso sono il dinamometro e la bilancia a molla.

Pressione

La pressione ( P ) è definita come il rapporto tra una forza F che agisce perpendicolarmente a una superficie e l'area S della superficie stessa, secondo la relazione: P = F / S.

La pressione è una grandezza importante, in particolare nello studio dei gas (la pressione di un gas in un recipiente chiuso è dovuta agli urti che le singole particelle di gas, in continuo movimento, esercitano sulle pareti del recipiente).

L' unità di misura della pressione è il pascal (Pa); altre unità di misura in uso sono il bar e l' atmosfera (atm):

La pressione di un gas si misura con il manometro, mentre la pressione atmosferica si misura con il barometro (la pressione atmosferica in condizioni normali è quella esercitata a livello del mare da una colonna di mercurio barometrica alta 760 mm a 45° di latitudine e a 0 °C; tale pressione è pari a un’atmosfera).

Volume

Il volume ( V ) di un corpo è la porzione di spazio che esso occupa. L'unità di misura del volume è il metro cubo (m ³). Nelle operazioni correnti si usano spesso i sottomultipli, in particolare il decimetro cubo (dm ³ ), corrispondente al volume occupato da 1 kg di acqua alla temperatura di 4 °C (1 m ³ = 1000 dm ³). Nelle attività di laboratorio sono usate come unità di misura del volume il litro ( l ), corrispondente a 1 dm ³ , e il millilitro (ml) equivalente a un centimetro cubo (cm ³ ):

Gli strumenti di laboratorio di uso più frequente per la misura del volume di liquidi includono la buretta, la pipetta, il cilindro graduato e il matraccio graduato.

Densità

Si definisce densità assoluta ( d ) di un corpo la massa ( m ) della sua unità di volume ( V ) espressa dalla relazione:

La densità si misura in kilogrammi per metro cubo (kg/m ³) o, spesso, anche in grammi per centimetro cubo (g/cm ³). La densità dell’acqua distillata a 4 °C è pari a 1 ⋅ 103 kg/m ³, ossia 1kg/dm ³ = 1 g/cm ³.

Il peso specifico ( P_sp ) di un corpo è invece espresso dalrapporto tra il suo peso (P) e il suo volume (V):

La densità relativa di un corpo è data dal rapporto tra la sua massa e la massa di un volume uguale di acqua alla temperatura di 4 °C; essendo un rapporto tra due grandezze espresse dalla medesima unità di misura, la densità relativa è un numero puro (cioè una grandezza adimensionale).

Tabella 1.1 GRANDEZZE E UNITÀ FONDAMENTALI DEL SISTEMA INTERNAZIONALE (SI) grandezza unità simbolo lunghezza metro m massa chilogrammo kg intervallo di tempo secondo s intensità di corrente elettrica ampere A temperatura kelvin K quantità di sostanza mole mol intensità luminosa candela cd

Tabella 1.3 MULTIPLI SOTTOMULTIPLI DECIMALI NEL SI prefisso fattore di moltiplicazione simbolo tera 1012 T giga 109 G mega 106 M chilo 103 k etto 102 h deca 101 da dieci 10−1 d centi 10−2 c milli 10−3 m micro 10−6 μ nano 10−9 n pico 10−12 p femto 10−15 f atto 10−18 a