Le misure fisiche

#1  Una misurazione diretta di una grandezza fisica è ottenuta confrontando direttamente la grandezza con un'altra della stessa specie. Un esempio è la misura di lunghezza di un oggetto realizzata con una riga graduata, con tacche equidistanziate: la riga viene accostata all'oggetto e si contano quante tacche stanno tra l'inzio e la fine dell'oggetto. Vedi I numeri.

    Un altro esempio è la misura della massa di un corpo mediante un confronto diretto attraverso una bilancia a due piatti con un insieme di masse campione.

    Una misurazione indiretta di una grandezza è invece ottenuta misurando altre grandezze legate ad essa da una legge matematica. Un esempio tipico è la misura dell'intensità di una forza mediante il rilevamento dell'accorciamento di una molla con essa schiacciata: sapendo che, se la forza non è troppo grande, l'accorciamento della molla è proporzionale alla intensità della forza, si misura l'accorciamento e da questo si ricava, appunto, l'intensità della forza. Le bilance a molla (ad esempio quelle impiegate per pesare le persone) sono poi spesso dotate di un'altro meccanismo di trasformazione: l'accorciamento della molla provoca una rotazione proporzionale di un dispositivo collegato, per cui quella che si legge sullo strumento, al posto dell'allungamento della molla, è un angolo di rotazione. Vedi Calcolo approssimato.

    Un altro esempio è il termometro a bulbo. Vedi I numeri.

    La misurazione delle diverse grandezze fisiche presenta difficoltà tecniche e concettuali di vario genere e, nella storia dell'umanità, è evoluta anche attraverso lo sviluppo di adeguati strumenti matematici. Vedi (per le misure di lunghezza, capacitÓ e tempo, e volume) Il volume.

    Abbiamo visto come le misure possono essere a bassa sensibilità (vedi Calcolo approssimato) e ad alta sensibilità (vedi I limiti in probabilità), e come si trattano matematicamente le une e le altre.

#2  Ora accenniamo a qualche questione legata alla strumentazione che si impiega per effettuare le misurazioni.

    La bilancia pesapersone a molla è un esempio di trasduttore, cioè di dispositivo che converte un segnale da una forma in un'altra. In questo caso converte il peso della persona in energia potenziale della molla compressa, che si manifesta attraverso la rotazione dell'ago di lettura dalla posizione iniziale in una nuova posizione.

    Per un altro esempio di trasduzione si pensi alla trasformazione del suono in tensione elettrica (vedi Il calcolatore-4), che caratterizza tutti i microfoni magnetici.

    Altri esempi sono offerti dalle strumentazioni per misure elettriche. Ad esempio in un amperometro analogico (vedi Il calcolatore-4), come la corrente passante per le spire aumenta, lo stantuffo viene attirato ulteriormente nella bobina e il puntatore devia verso destra: vedi la figura sottostante a sinistra.

    Sopra a destra è raffigurato il pannello frontale di un oscilloscopio, con le principali manopole di controllo. Un oscilloscopio consente di misurare segnali elettrici che variano rapidamente nel tempo (sull'asse orizzontale viene rappresentato il tempo, su quello verticale la tensione). Le linee del reticolo sono distanziate tra di loro di 1 cm.
    La manopola a destra regola la velocità di scansione. Nella figura è di 0.2 ms/cm: il punto luminoso sullo schermo percorre, da sinistra a destra, 1 cm in 0.2 ms, ovvero viaggia a 10/0.2 = 50 m/s.
    Il segnale studiato viene inviato all'oscilloscopio (attraverso i terminali) e, quindi, amplificato mediante la manopola posta a sinistra. Nella figura è posizionata su 100 mV/cm: uno spostamento verticale di 1 cm sullo schermo corrisponde ad una differenza di potenziale di 100 mV tra i terminali di ingresso.
    Nel caso della traccia oscilloscopica sopra raffigurata la tensione V, da picco a picco, è di 0.27 V mentre il periodo T è di 0.6 ms.

#3  In Fisica, oltre a grandezze che vengono misurate, ve ne sono altre a cui viene assegnato un valore costante a priori. Ve ne sono diverse. Accenniamo solo a due delle più famose:
  la velocità c della luce nel vuoto, pari (esattamente) a 2.99792458·108 m/s (valore fissato nel 1975);
  la costante di Coulomb k, pari (esattamente) a 8.9875517873681764·109 N·m²/C² (N: newton, C: coulomb, m: metri)  [8.9875517873681764·109 = 299792458²·10−7]  che è la costante di proporzionalità tra la forza con cui interagiscono due cariche elettriche e il rapporto tra il prodotto delle due cariche e il quadrato della loro distanza  (il valore è stato fissato nel 1948).  È più facile ricordare il valore come, circa, 9·109 N·m²/C²
    Per un elenco delle principali costanti fisiche vedi qui.

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