STORIA DELLE UNITÀ DI MISURA Un metro, un kilogrammo, un litro
L'evoluzione dei sistemi dalla Rivoluzione Francese a oggi
Ogni misura richiede un numero accompagnato dall'unità di misura.
Un esempio dei problemi affrontati per definire le unità di misura si può dare raccontando come si è giunti alla definizione del metro.
Il primo problema affrontato nello scegliere la definizione dell'unità e il relativo campione riguarda due differenti condizioni di disponibilità del campione corrispondenti ai campioni materiali (ora è tale solo il campione di massa: un cilindro di platino-iridio conservato al Bureau International des Poids et Mesures a Sèvres, che può essere disseminato solo tramite le sue copie ufficiali depositate presso gli Stati aderenti alla Convenzione del Metro) o ai campioni naturali.
Quando nacque il Sistema Metrico Decimale, nel periodo della rivoluzione francese, era politicamente inaccettabile l'utilizzazione di un campione materiale che qualche autorità costituita avrebbe dovuto conservare, mentre i campioni naturali erano in linea con le idee di uguaglianza della rivoluzione, per cui il metro fu definito nel 1793 come la quaranta milionesima parte (1/40.000.000) della lunghezza del meridiano terrestre. Ciò non consente, però, una definizione universale, poichè la lunghezza dei meridiani non è costante: fu necessario specificare che si trattava del meridiano passante per Barcellona e Dunkerque. La definizione consentiva a chi avesse la voglia e la capacità di fare le misure necessarie di ricavare il proprio campione del metro, ma nella pratica ciò era assai improbabile.
Le necessità pratiche furono, quindi, più forti delle considerazioni ideali, e nel 1799 venne definito un prototipo materiale di platino iridio in cui la lunghezza del metro era materializzata dalla distanza tra due facce piane e parallele, misurate quando la temperatura del prototipo era di 0°C.
Per ritornare ad un campione naturale bisogna attendere il 1960, anno in cui si passò a definire la lunghezza del metro come 1.650.763,63 lunghezze d'onda, nel vuoto, della radiazione corrispondente alla transizione fra i livelli 2p10 e 5d5 dell'atomo del cripto 86.
Ecco che, di nuovo, il campione del metro poteva essere realizzato ovunque con i mezzi disponibili in ogni laboratorio nazionale. Non è, però, ancora questa l'ultima definizione. Gli studi riguardanti le costanti fondamentali, ed in particolare la velocità della luce nel vuoto, hanno mostrato che è più conveniente utilizzare l'unità di tempo, di gran lunga più accurata, per la definizione del metro, che dal 1983 è la distanza percorsa nel vuoto dalla luce nell'intervallo di tempo di 1/299.792.485 secondi.
Nel 1960 la XI Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM) introdusse il Sistema Internazionale delle Unità di Misura (SI), dopo un lavoro fatto presso i 40 Paesi aderenti al trattato della Convenzione del Metro, con l'obiettivo di perfezionare il sistema metrico decimale allora esistente. In Italia ciò è stato ratificato da apposite leggi.
Si devono, quindi, rispettare alcune regole basilari, che in certi casi non sono neanche specifiche del SI, ma generali. Ad esempio l'uso dei corretti simboli delle unità di misura è una regola del SI (citiamo come errore ancora comune l'uso, per il secondo, del simbolo sec invece del simbolo corretto s), ma la regola che ai simboli non deve essere posto il punto di abbreviazione è del tutto generale: non si deve, quindi, scrivere m. come simbolo del metro.
Altra regola: le unità di misura, che hanno spesso tratto il nome da importanti scienziati, devono essere scritte con l'iniziale minuscola. Cosi si scriverà newton, volt, hertz, ampere, ma i simboli corrispondenti N, V, Hz, A, hanno l'iniziale maiuscola.
Le unità che non hanno nomi derivati da quelli di persona, come metro, kilogrammo, secondo, hanno, invece, simboli costituiti da lettere minuscole, ad eccezione del litro, per il quale è consentito l'uso della lettera maiuscola L per evitare la confusione tra la “l” minuscola ed il numero “1”.
Si noti, inoltre, che il simbolo viene usato solo quando è posto al seguito del numero che indica l'entità della grandezza, altrimenti bisogna usare il nome dell'unità scritta per esteso. Segnaliamo un errore molto comune, che potrebbe anche avere gravi implicazioni di carattere legale: lo scambio tra k e K. Per il SI vi è una forte differenza tra il significato del k minuscolo e quello del K maiuscolo. Il k minuscolo è il simbolo del multiplo kilo, che vuol dire 1000 (per cui 1kg = 1000 g, 1km = 1000 m) mentre il K maiuscolo è il simbolo dell'unità di temperatura kelvin.
È evidentemente come sia opportuno, in ogni caso, conformarsi alle regole del SI. Ciò implica l'eliminazione di quelle unità, tradizionali, ma non accettate dal SI, come il kilogrammo forza e la tonnellata forza nella misura delle forze, che devono invece essere misurate con gli opportuni multipli o sottomultipli del newton.
Rimangono, invece, in uso quei multipli e sottomultipli che consentono di applicare i fattori 10 (deca, simbolo da) e 100 (etto, simbolo h) e i sottomultipli 1/10 (deci, simbolo d) e 1/100 (centi, simbolo c), poichè l'unità, almeno per le unità fondamentali, è scelta, per cosi dire, a misura d'uomo, e quindi i multipli e sottomultipli piu' vicini sono maggiormente usati e spesso evitano di usare forme decimali di non immediata comprensione (provate ad andare a chiedere 0,2 kg di prosciutto al salumiere!).
Pertanto avendo deciso di adottare per legge il SI compreremo due etti (2 hg) di prosciutto e diremo che siamo alti 175 cm, oppure 1,75 m (1 m e 75 cm). Può essere utile descrivere la situazione attuale del SI un insieme razionale di unità di misura costituito da unità fondamentali, derivate e supplementari.
Nel 1995, in trentasei anni dalla sua introduzione, cioè nell'arco di dieci conferenze, la situazione del SI presenta diverse modifiche:
a) le unità fondamentali (o di base) da sei sono diventate sette, con l'introduzione della quantità di materia (mole);
b) è stata introdotta una nuova definizione di metro;
c) è possibile stabilire una relazione tra la definizione dell'unità di lunghezza e l'unità di tempo, grazie all'invenzione del laser;
d) è stato verificato per la terza volta (1988-1992) dalla sua adozione il valore dell'unità di massa, il kilogrammo, la cui definizione è rimasta quella introdotta nel 1901. Dalla verifica è risultato che il campione nazionale italiano di massa, conservato presso l'Ufficio Centrale Metrico del Ministero dell'Industria, del Commercio e dell'Artigianato e distinto col numero 5, è 64 ng maggiore del campione internazionale e che la massa del secondo prototipo italiano, distinto dal numero 62, conservato presso l'Istituto di Metrologia Colonnetti del CNR di Torino, è 907 ng minore del campione internazionale;
e) il kelvin, simbolo K, rimpiazza il grado kelvin, simbolo °K. L'unità di temperatura Celsius è il grado celsius, simbolo °C, eguale all'unità kelvin per definizione. La nuova definizione è unica sia per la temperatura termodinamica sia per l'unità di intervallo di temperatura. La Scala Internazionale di Temperatura del 1968 è stata sostituita da una nuova scala, la Scala Internazionale di Temperatura;
f) le definizioni dell'ampere (intensità corrente), della candela (intensità luminosa) e della mole (quantità di materia), sono dipendenti in quanto sono date in base alle definizioni delle prime quattro. Le unità derivate si fanno discendere dalle unità fondamentali utilizzando espressioni algebriche fra le grandezze. Se si confronta l'elenco delle unità derivate, dotate di nome proprio al momento della adozione del SI, con quello attuale, si nota che nel corso delle venti conferenze generali sono state adottate nuove unità che rispondono ad esigenze soprattutto pratiche.
g) Nel quadro delle ultime novità c'è da sottolineare la decisione (1995) di sopprimere le unità supplementari (radiante - angolo piano e steradiante - angolo solido) che sono diventate unità derivate.
h) Il numero di multipli e sottomultipli è stato aumentato per potere esprimere valori numerici molto grandi nel settore dell'astronomia, e valori molto piccoli, come nel settore della fisica delle particelle.
Questo è quanto ha deciso il Comitato consultivo delle unità che nel 1960 adottò per i multipli ed i sottomultipli i prefissi da 1012 a 10−12 iniziando dal prefisso deca (simbolo da) e passando ai prefissi etto (simbolo h), kilo (simbolo k), mega (simbolo M); giga (simbolo G) e tera (simbolo T) per i fattori positivi 101, 102, 103, 106, 109, 1012 ed i prefissi deci (simbolo d), centi (simbolo c), milli (simbolo m), micro (simbolo μ), nano (simbolo n) e pico (simbolo p) per i fattori negativi corrispondenti. Nel 1964 si aggiunse il quinto ed il sesto campo, con i prefissi peta ed exa per 1015 e 1018 e femto e atto per i valori negativi corrispondenti a 10−15 e 10−18. Infine nel 1991 si aggiunse il settimo e l’ottavo campo con i prefissi zetta e yotta per i multipli 1021e 1024 e con i prefissi zepto e yocto per i sottomultipli 10−21 e 10−24. I prefissi introdotti dopo la XI conferenza evocano i nomi greci dei numeri 5, 6, 7 e 8 dei corrispondenti campi di 103.
BRAY ATHOS (Tratto da Tuttoscienze - La Stampa)
