Il Sistema Internazionale delle unità di misura

Un linguaggio comune per la scienza

Le unità di misura non servono soltanto a dare significato ai numeri. Servono anche a fare in modo che tutti parlino la stessa lingua.

Se ogni persona usasse unità diverse, confrontare le misure sarebbe molto difficile. Un esperimento eseguito in una scuola, in un laboratorio o in un altro Paese dovrebbe poter essere compreso da tutti nello stesso modo.

La scienza ha bisogno proprio di questo: misure chiare, condivise e confrontabili. È per questo che nel tempo si è sentita la necessità di costruire un sistema comune di unità di misura, valido ovunque.

Che cos’è il Sistema Internazionale

Il Sistema Internazionale di unità di misura, abbreviato in SI, è il sistema standard usato in fisica e nelle scienze per esprimere le misure in modo chiaro, univoco e condiviso.

Nasce per mettere ordine e per stabilire unità comuni, riconosciute a livello internazionale. Grazie al Sistema Internazionale, un metro è uguale per tutti, un secondo è uguale per tutti, un chilogrammo è uguale per tutti.

In questo modo, una misura eseguita in Italia può essere compresa senza ambiguità anche in Giappone, in Brasile o in Canada.

Il Sistema Internazionale rende quindi la scienza più precisa, più affidabile e soprattutto universale.

Le grandezze fondamentali del Sistema Internazionale

Nel Sistema Internazionale esistono alcune grandezze fondamentali, cioè grandezze che vengono considerate di base e che hanno una propria unità di misura. Queste sono:

Le unità fondamentali sono importanti perché da esse si costruiscono anche molte altre unità.

Le unità derivate

Non tutte le grandezze fisiche hanno un’unità “di base”. Molte si ottengono combinando tra loro le grandezze fondamentali. Per questo si parla di unità derivate.

Per esempio:

• il volume si misura in metri cubi (m³)
• la velocità si misura in metri al secondo (m/s)
• l’area si misura in metri quadrati (m²)

Questo significa che alcune grandezze nascono dalla combinazione di altre. La velocità, per esempio, mette insieme una lunghezza e un intervallo di tempo. Dire che un corpo si muove a 10 m/s significa che percorre 10 metri ogni secondo.

Le unità derivate mostrano bene come in fisica tutto sia collegato: partendo da poche unità fondamentali si può costruire il linguaggio necessario per descrivere fenomeni molto diversi.

Multipli e sottomultipli

A volte l’unità di base è troppo grande o troppo piccola rispetto a ciò che vogliamo misurare. Per questo si usano i multipli e i sottomultipli.

Per esempio, per la lunghezza possiamo usare:

• chilometro (km) = 1000 m
• centimetro (cm) = 0,01 m
• millimetro (mm) = 0,001 m

Sarebbe scomodo dire che una matita è lunga 0,15 m: molto più naturale dire 15 cm. Allo stesso modo, per indicare la distanza tra due città, usare i metri sarebbe poco pratico: si preferiscono i chilometri.

I multipli e i sottomultipli servono proprio a rendere le misure più comode da leggere e da usare.

Alcuni esempi dal quotidiano

Le unità di misura fanno parte della nostra vita molto più di quanto pensiamo.

Le troviamo:

• sull’orologio, quando leggiamo i secondi e i minuti
• in cucina, quando pesiamo ingredienti in grammi
• per strada, quando leggiamo distanze in chilometri
• nel meteo, quando osserviamo la temperatura in gradi
• nello sport, quando misuriamo tempi e velocità

Questo ci fa capire che la fisica non usa qualcosa di astratto o lontano dalla realtà. Al contrario, prende strumenti e concetti che fanno già parte della nostra esperienza e li organizza in modo rigoroso.

Perché il Sistema Internazionale è così importante

Capire le unità di misura significa imparare uno dei primi alfabeti della fisica. Perché prima ancora di fare calcoli, la fisica chiede una cosa essenziale: sapere con precisione che cosa stiamo misurando e in quale unità lo stiamo esprimendo.

Se un ricercatore misura una lunghezza in metri e un altro usa lo stesso riferimento, i risultati possono essere confrontati senza equivoci. Se uno studente legge un problema di fisica, sa che dietro ogni numero c’è un’unità precisa e riconosciuta.

Il Sistema Internazionale non è solo una comodità. È ciò che permette alla scienza di essere davvero condivisa.

Un esempio famoso di quanto sia importante usare unità di misura condivise è quello della sonda Mars Climate Orbiter, perduta nel 1999 anche a causa di un errore dovuto all’uso incoerente di unità inglesi e metriche. Ne parlo meglio in questo approfondimento: Mars Climate Orbiter: quando un errore di unità di misura costò una missione spaziale.

Nel prossimo capitolo potremo fare un passo ulteriore e vedere che, anche quando usiamo unità corrette e strumenti adatti, una misura non è mai perfettamente esatta. Entreranno così in gioco la sensibilità degli strumenti, l’incertezza e una prima idea di errore sperimentale.

Un accenno storico

L’idea di costruire un sistema di misura uguale per tutti nacque alla fine del Settecento, nel clima della Rivoluzione francese. Fino ad allora, infatti, le unità di misura cambiavano da luogo a luogo: una stessa grandezza poteva essere espressa in modi diversi a seconda della città o della regione, creando confusione nei commerci, nella vita quotidiana e, naturalmente, anche nella scienza. La nascita del sistema metrico decimale fu il primo grande tentativo di superare questo problema e di introdurre misure uguali per tutti.

Uno dei passaggi simbolici di questa storia avvenne nel 1799, quando furono depositati a Parigi due campioni in platino che rappresentavano il metro e il chilogrammo. Quel momento viene spesso considerato uno dei primi passi verso il sistema moderno delle unità di misura.

Nel tempo, però, la scienza è diventata sempre più precisa e internazionale, e si è sentita la necessità di costruire un sistema ancora più solido e condiviso. Un passaggio decisivo arrivò con la Convenzione del Metro, firmata a Parigi il 20 maggio 1875, che portò alla nascita del BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), l’organismo incaricato di coordinare a livello internazionale il sistema delle misure.

Il Sistema Internazionale di unità di misura, cioè il SI, fu poi istituito formalmente nel 1960 dalla Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure. Da allora è diventato il linguaggio comune delle misure in tutto il mondo, usato nella scienza, nella tecnologia, nell’industria e nel commercio.

Oggi il BIPM ha sede a Sèvres, in Francia, e continua a svolgere un ruolo centrale nel mantenere e aggiornare i riferimenti del SI. Il sistema, infatti, non è qualcosa di immobile: si evolve insieme al progresso scientifico. Oggi il SI è definito a partire da costanti fondamentali della natura, in modo da rendere le unità sempre più stabili, precise e universali.