Le leggi della fisica sono espresse in termini di quantità che richiedono una chiara definizione. In meccanica, le tre quantità fondamentali sono
- lunghezza (L)
- tempo (T)
- massa (M)
Tutte le altre quantità fisiche possono essere espresse in termini di queste tre quantità fondamentali.
Le unità di misura
Per indicare una misura è necessario definire un campione rispetto al quale rapportare la nostra misura. Nel 1960 fu stabilito il Sistema Internazionale di unità (SI) nel quale:
- l'unità di massa è il kilogrammo
- l'unità di lunghezza è il metro
- l'unità di tempo è il secondo
Massa e kilogrammo
Il kilogrammo (kg) è definito come la massa del cilindro in lega di platino-iridio conservato all'International Bureau di Pesi e Misure di Sevres, in Francia. Fu stabilito che fosse il campione della massa nel 1901 e da allora non è stato cambiato in quanto la lega di platino - iridio è stabile
Tabella 1 - Massa di alcuni corpi (valori approssimati)
| massa (kg) | |
| Via Lattea | 7 x 1041 |
| Sole | 2 x 1030 |
| Terra | 6 x 1024 |
| Luna | 7 x 1022 |
| Squalo | 1 x 104 |
| Uomo | 7 x 101 |
| Rana | 1 x 10-1 |
| Zanzara | 1 x 10-5 |
| Batterio | 1 x 10-15 |
| Atomo di idrogeno | 1,67 x 10-27 |
| Elettrone | 9,11 x 10-31 |
Lunghezza e metro
Prima del 1960 il campione di lunghezza, il metro (m), era definito come la distanza tra due tacche su una barra in platino - iridio mantenuta in condizioni controllate. E' stata però abbandonata in quanto la misura della distanza tra le due tacche non rispettava i criteri di accuratezza necessari. Pertanto ora è definito metro (m) la distanza percorsa dalla luce nel vuoto in 1 / 299.792.458 secondi.
Tabella 2 - Valori approssimati di alcune lunghezze
| lunghezza (m) | |
| Distanza Terra - Galassia Andromeda | 2 x 1022 |
| Anno luce | 9,46 x 1015 |
| Raggio orbitale medio della Terra | 1,5 x 1011 |
| Distanza media Terra - Luna | 3,8 x 108 |
| Raggio medio della Terra | 6,4 x 106 |
| Lunghezza campo di calcio | 9,1 x 101 |
| Lunghezza di una mosca | 5 x 10-3 |
| Diametro atomo di idrogeno | 1 x 10-10 |
| Diametro di un nucleo atomico | 1 x 10-14 |
Tempo e secondo
Dopo varie definizioni via via più precise, nel 1967 è stato definito secondo (s) il tempo richiesto da un atomo di cesio-133 per compiere 9.192.631.770 vibrazioni. Questo campione ha il vantaggio di essere indistruttibile e riproducibile.
Tabella 3 - Valori approssimati di alcuni intervalli di tempo
| intervallo (s) | |
| Età dell'Universo | 5 x 1017 |
| Età della Terra | 1,3 x 1017 |
| Un anno | 3,2 x 107 |
| Un giorno | 8,6 x 104 |
| Tempo fra normali battiti cardiaci consecutivi | 8 x 10-1 |
| Durata di una collisione nucleare | 1 x 10-22 |
Proposta di esercizio
Supponiamo che due quantità A e B abbiano dimensioni differenti. Determinare quale delle seguenti operazioni aritmetiche potrebbe essere fisicamente significativa:
- (a) A + B
- (b) A/B
- (c) B - A
- (d) AB
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