La misura
Come sappiamo, la fisica si occupa dello studio dei fenomeni naturali, delle loro cause e dei loro effetti, mediante leggi matematiche.
Per studiare un determinato fenomeno dobbiamo conoscere l’intensità del fenomeno stesso, cioè dobbiamo valutare quanto sia grande, intensa, la proprietà del fenomeno che andiamo a studiare.
La misurazione, quindi, è proprio quel processo che permette di stimare, dal punto di vista quantitativo, una qualità del fenomeno, e per farlo utilizza strumenti e unità di misura ben precisi.
Strumenti di misura
In base al tipo di fenomeno che è oggetto di studio, è possibile utilizzare strumenti di misurazione diversi.
In particolare, vediamo esempi di strumenti per misurazioni riguardanti:
masse : si utilizzano le bilance, che sfruttano la forza di gravità per determinare la forza peso con cui un corpo è attratto dalla Terra;
lunghezze : si utilizzano strumenti, come metri, o righelli, tarati su una precisa lunghezza standard, che può essere il metro o il centimetro;
temperature : gli strumenti utilizzati sono i termometri, che possono sfruttare principi diversi per determinare la temperatura: alcuni di essi utilizzano il mercurio, mentre i più recenti sfruttano i cristalli liquidi;
tempi : la durata di un fenomeno può essere calcolata con il cronometro;
velocità : nelle automobili, per esempio, si utilizza il tachimetro, che determina la velocità calcolando il rapporto tra i chilometri percorsi e le ore impiegate per percorrerli;
forze : tra gli strumenti che possono misurare l’intensità di una forza, troviamo il dinamometro a molla;
Sensibilità e precisione
In base al tipo di fenomeno che stiamo studiando, e all’intensità di tale fenomeno, dobbiamo utilizzare uno strumento che abbia una determinata sensibilità, precisione e portata.
Ad esempio, se dobbiamo misurare la distanza tra due città, non possiamo utilizzare un righello, la cui unità di misura è il centimetro; allo stesso modo, per misurare il tempo impiegato da un centometrista per tagliare il traguardo non possiamo utilizzare uno strumento come il tachimetro, tarato in km/h, perché non otterremo una misurazione precisa.
Alle misure, in ogni caso, è legato sempre un margine di errore, definito incertezza, e dovuto alla sensibilità, alla precisione e alla portata dello strumento.
La sensibilità di uno strumento è il minimo valore di una grandezza fisica che può essere riconosciuto da tale strumento. Di conseguenza, se il fenomeno in esame presenta una variazione di intensità minore della sensibilità dello strumenti, non noteremo variazioni di valore nello strumento stesso.
Ad esempio, se volessimo pesare la quantità di sale da aggiungere ad una ricetta con una bilancia pesapersone, non otterremmo variazioni di peso sulla bilancia stessa.
La precisione di uno strumento determina l’accuratezza del dato che ci viene fornito dallo strumento, e varia in base ai materiali di cui è fatto lo strumento stesso.
La portata di uno strumento è il valore massimo che tale strumento può misurare; oltre tale valore, lo strumento non fornisce una misurazione valida.
Ad esempio, solitamente le bilance da cucina hanno una portata di 5 kg, quindi possiamo determinare il peso di un oggetto fino ai 5 kg; oltre questo valore, non siamo in grado di determinare il peso dell’oggetto.
La misura diretta e indiretta
Molti fenomeni fisici possono essere studiati misurando direttamente le grandezze del fenomeno di interesse, cioè ottenendo il valore della grandezza direttamente dallo strumento, o confrontando l’entità del fenomeno con quella di un altro, che viene preso come unità di misura. Quando è possibile utilizzare questo tipo di misurazione, si parla di misura diretta.
Una misura diretta si ottiene, per esempio, misurando la lunghezza di un oggetto con un righello, cioè confrontando la lunghezza dell’oggetto con qualcosa la cui lunghezza è nota (cioè il righello).
Molto spesso, però, capita che si ottengano delle misure che sono legate al valore di ciò che stiamo misurando, ma che non sono omogenee alla grandezza di interesse. E’ necessario, quindi, conoscere i rapporti che legano tra loro queste grandezze. In questo caso si parla di misure indirette.
Per esempio, se dobbiamo misurare la capacità di un contenitore cilindrico, non possiamo ottenere direttamente il valore cercato, ma dobbiamo ricavarlo mediante formule matematiche che legano grandezze lineari (l’altezza del cilindro) a grandezze quadratiche (l’area della sua base) per ottenere grandezze cubiche (\(V = h ∙ Ab\)), e quindi il volume.
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