LE GRANDEZZE FISICHE

C'è un cagnolino, lo vedi e dici: "E' bellino!" poi lo metti sulla bilancia e dichiari: "il cagnolino ha una massa di 2,4kg". La bellezza e la massa sono due proprietà del cagnolino ma fra di loro cìè una grande differenza: quale? Pensaci... ecco la risposta! la massa è misurabile, la bellezza no.

Possiamo perciò affermare che le proprietà si distinguono in due categorie ben distinte: la categoria delle proprietà che possono essere misurate e quella delle proprietà che non possono essere misurate.Una proprietà che può essere misurata si chiama grandezza fisica. In altre parole:

una grandezza fisica è una qualsiasi proprietà che può essere misurata

Esempi di grandezze fisiche sono: la massa, il volume, la lunghezza, il tempo, la velocità, la temperatura...

All'opposto, esistono proprietà che non possono essere misurate: la simpatia, la bellezza, l'allegria... non sono misurabili e di conseguenza non sono ghrandezze fisiche.

Le grandezze fisiche si suddividono in "tipi" differenti che si chiamano "Dimensione"

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 grandezze 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 che hanno il nome di Dimensione. In base a come io percepisco la grandezza posso affermare che essa ha come dimensione la lunghezza , la massa, la velocità, ecc.. - cioè che appartiene alla categoria della "lunghezza", "massa", "velocità" - ecc... Ad esempio:

   L = 250cm ha la Dimensione della Lunghezza

   M = 420,6g ha la Dimensione della Massa

   W = 23km/h ha la Dimensione della Velocità

   V₁ = 340cm³ ha la Dimensione del Volume

   V₂ = 18 litri ha la Dimensione del Volume

Due grandezze che hanno la stessa Dimensione si chiamano grandezze omogenee. Nell'esempio sopra, V₁ e V₂ sono omogenee perché entrambe hanno la Dimensione del Volume (Hai dei dubbi su cosa siano due grandezze omogenee? Clicca qua e fattelo spiegare dal Professore!).

 

Cosa vuol dire "misurare"?

La misura di una grandezza fisica avviene attraverso il confronto con una grandezza omogenea, cioè con la stessa Dimensione (lunghezza con lunghezza , massa con massa , tempo con tempo , ecc.), che viene presa come riferimento, detta unità di misura.

La misura deve stabilire quante volte la grandezza da misurare è maggiore o minore della unità di misura. Il valore della grandezza fisica è rappresentata da un numero, seguito dal simbolo dell'unità di misura scelta per misurarla.

Se, per esempio, si vuole conoscere la lunghezza di un palo, occorre scegliere una unità di misura della lunghezza; 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 (campione = oggetto che rappresenta la grandezza. Il campione del metro è perciò un righello lungo 1m). Una volta effettuata questa operazione, se il palo risulta lungo come tre volte il campione si dirà che il palo misura tre metri e si scriverà 3m.

Se invece voglio misurare la massa devo scegliere una massa-campione: generalmente essa è il kilogrammo (kg) (in questo caso il campione è un oggetto che rappresenta il chilogrammo, cioè un oggetto la cui massa è esattamente 1kg). Se un oggetto risulta avere una massa 5 volte quella del campione si dirà che esso ha una massa di 5kg.

E’ indispensabile includere l’unità di misura insieme con il valore numerico: dichiarare ad esempio che il palo è lungo 3 senza altra specificazione è un’espressione priva di significato. Dire che invece esso è lungo 3m significa che è necessario unire insieme 3 oggetti ognuno lungo quanto l'unità di misura (il metro) per ottenerne la lunghezza totale.

Nota che una unità di misura è associata ad una sola Dimensione (ad es. il cm misura solo le lunghezze, il kg misura solo le masse, il grado centigrado misura solo le temperature, ecc.) mentre una particolare Dimensione può essere misurata con diverse unità di misura (ad es. la lunghezza può essere misurata in metri, cm, mm, km, piedi, yarde, miglio, ecc.). Nessuna unità di misura della stessa Dimensione è di principio migliore di un'altra: questo ha significato che nel passato -ed anche tuttoggi- sono esistite tantissime unità di misura diverse fra loro.

Le grandezze fisiche sono proprietà misurabili, quantitative ed oggettive

Abbiamo già detto che una grandezza fisica è una proprietà misurabile.

Nota che tutte le grandezze sono espresse con numeri (lunghezza = 3m, massa = 5kg). 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 e non dipende dal giudizio personale di chi giudica): 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.

Esistono altre proprietà che non sono misurabili (quali? Guarda i tuoi appunti al riguardo!) e perciò non sono esprimibili con numeri.
Di conseguenza esse non sono quantitative e si chiamano qualitative (proprietà qualitativa=che non è quantitativa, cioè che non è esprimibile con un numero).
Queste proprietà risultano essere soggettive in quanto dipendono anche dal giudizio personale (proprietà soggettiva=che dipende anche dal giudizio personale di chi giudica) e perciò cambiano da persona a persona.

 

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 è 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 è 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-.

 

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