LE GRANDEZZE FISICHE

Una grandezza fisica (o più brevemente, grandezza) è una qualunque proprietà che può essere misurata.

La misura di una grandezza fisica avviene attraverso il confronto con una grandezza omogenea (dello stesso tipo: lunghezza con lunghezza , massa con massa , tempo con tempo , ecc.) che viene presa come riferimento, detta unità di misura. L'operazione di confronto deve stabilire quante volte la grandezza di riferimento è maggiore o minore della grandezza da misurare. La misura della grandezza fisica è rappresentata da un valore numerico, seguito dal simbolo dell'unità di misura scelta per misurarla.
(Hai dei dubbi su cosa siano due grandezze omogenee? Clicca qua e fattelo spiegare dal Professore!)


Se, per esempio, si vuole conoscere la lunghezza di un oggetto, occorre scegliere una lunghezza campione; generalmente si utilizza il metro (definito più avanti), il cui simbolo è m, e la misura consiste nel confrontare l'oggetto da misurare con un campione del metro. Una volta effettuata questa operazione, se l'oggetto risulta lungo come tre volte il campione si dirà che l'oggetto misura tre metri e si scriverà 3 m.

Se invece voglio misurare la massa devo scegliere una massa-campione: generalmente essa è il kilogrammo (kg). Se un oggetto risulta avere una massa 5 volte quella del campione si dirà che esso ha una massa di 5kg.

Nota che tutte le grandezze sono espresse con numeri ("3" per la lunghezza, "5" per la massa). Una proprietà che si esprime attraverso i numeri (o attraverso enti geometrici, come vedremo fa qualche lezione) si chiama proprietà quantitativa: di conseguenza le grandezze fisiche sono tutte proprietà quantitative.

Inoltre: tutte le proprietà ottenute con una misura (cioè: tutte le grandezze fisiche) hanno il pregio di essere oggettive, cioè si riferiscono ad una proprietà appartenente all'oggetto misurato (proprietà oggettiva=che si riferisce a qualcosa di proprio dell'oggetto): perciò esse non dipendono dall'opinione di chi fa la misura ma sono uguali per tutti gli uomini.

In conclusione: le grandezze fisiche sono proprietà misurabili, quantitative ed oggettive e sono identiche per tutte le persone.

All'opposto, esistono altre proprietà che non sono misurabili (quali? Guarda i tuoi appunti al riguardo!). Le proprietà che non sono esprimibili con numeri -cioè: le proprietà che non sono quantitative- si chiamano qualitative (proprietà qualitative=che non è quantitativa, cioè non è esprimibile con un numero). Queste proprietà risultano essere soggettive in quanto dipendono dal giudizio personale (proprietà soggettiva=che dipende dal giudizio personale di chi giudica): di conseguenza cambiano da persona a persona.

 

Dimensioni delle grandezze fisiche

Le grandezze fisiche spesso non ci appaiono simili fra loro: se io dico: "questa sbarra misura 3 metri di lunghezza, ha una massa di 8 chili ed una temperatura di 20 °C" descrivo tre diverse proprietà che sono tutte quantitative ma che appaiono ben distinte fra loro. Infatti, nessuno affermerebbe che una lunghezza è la stessa cosa di una massa o di una temperatura!

Dunque, le grandezze fisiche si raccolgono in "tipi" differenti. Il "tipo" di una grandezza fisica, cioè la categoria a cui appartiene, ha il nome di dimensione. In base a come io percepisco una grandezza fisica posso affermare che essa ha come dimensione la lunghezza , la massa, la velocità, ecc.. - cioè che appartiene alla categoria della "lunghezza", "massa", "velocità" - ecc... Grandezze che appartengono allo stessa categoria -cioè che hanno la stessa dimensione- si chiamano omogenee.

 

Grandezze fondamentali e derivate

Non tutte le grandezze fisiche hanno la stessa importanza. In Natura esistono alcune grandezze fisiche indipendenti dette grandezze fondamentali. Esse sono dette così perché si possono ottenere solo e soltanto dalla osservazione diretta dei fenomeni fisici. Da queste possibile ricavare tutte le altre grandezze fisiche dette grandezze derivate attraverso opportune operazioni matematiche. Ad esempio, la lunghezza ed il tempo sono grandezze fondamentali perché sono state dedotte dalla percezione dello spazio (la lunghezza) e dall'osservazione del movimento e della mutazione dei corpi (il tempo). La velocità invece è una grandezza derivata in quanto è ottenuta dal rapporto fra due grandezze fondamentali: lo spazio ed il tempo.

 

Le grandezze fondamentali sono enti primitivi

E' da notare un evidente parallelo fra la Fisica da una parte e la Geometria e la Matematica dall'altra. Quest'ultime materie si basano su oggetti che hanno il nome di enti primitivi come ad esempio il punto, la retta e il piano (Geometria) o gli insiemi e le operazioni di calcolo (Matematica). Tali enti hanno il nome di "primitivi" in quanto non sono dimostrabili o ricavabili in qualche modo: essi sono dati come presupposti, cioè come già presenti nella nostra mente e quindi non sono ulteriormente definibili.

Allo stesso modo, le grandezze fondamentali in Fisica non sono definibili. Infatti, non è possibile spiegare cosa sia una lunghezza o una massa: o una persona lo capisce da solo o non lo capirà mai. Dunque, le grandezze fondamentali sono gli enti primitivi della Fisica: ciò che le distingue dai concetti primitivi della geometria e delle matematica è che quest'ultimi appaiono essere concettuali, cioè nascono nella nostra mente, mentre quelli della Fisica sono ottenuti dalla osservazione del mondo che ci circonda.

 

Le grandezze fondamentali sono attualmente sette

Il numero delle grandezze fisiche fondamentali è andato via via aumentando con l'ampliarsi delle conoscenze scientifiche. Attualmente, il Sistema Internazionale riconosce sette differenti grandezze fondamentali ma non è detto che in futuro altre possano essere scoperte! Tali grandezze sono:

Nome
Unità di misura
Dimensione
Massa
Chilo (kg)
[M]
Lunghezza
Metro (m)
[L]
Tempo
Secondo (s)
[T]
Corrente elettrica
Ampere (A)
[I]
Temperatura
Kelvin (°K)
[q]
Quantità di sostanza
Mole (mol)
-- *
Intensità luminosa
Candela (cd)
--*
  * non esiste un simbolo specifico per queste dimensioni

Il fatto che il numero delle grandezze fondamentali sia proprio sette non stata una scelta arbitraria degli scienziati ma un fatto sperimentale. In altre parole: gli scienziati hanno visto che con queste sette grandezze erano in grado di ottenere tutte le altre attualmente conosciute. Magari in futuro scopriremo che qualche grandezza che ritenevamo fondamentale in realtà può essere derivata da altre -ed allora il numero di grandezze fondamentali diminuirà- o forse scopriremo qualche altra grandezza a tutt'oggi sconosciuta -ed allora il numero delle grandezze fondamentali aumenterà-.

 


Breve storia delle grandezze fondamentali  
Unità di misura: introduzione      
Le unità di misura di lunghezza, di massa e di tempo