UNITÀ, Sistemi di
UNITÀ, Sistemi di (XXXIV, p. 714; App. III, 11, p. 1016)
La considerevole attività di ricerca dei laboratori metrologici a sostegno delle applicazioni scientifiche e tecniche si è riflessa nelle numerose modifiche apportate al Sistema Internazionale di u. (SI), quale adottato nella XI Conférence Générale des Poids et Mesures (CGPM) nell'ottobre del 1960.
Com'è noto, con la sigla SI s'intende internazionalmente il sistema che viene elaborato con le ricerche coordinate dal Comité international des poids et mesures e sanzionato, a livello diplomatico, dalla CGPM, alla quale aderiscono i paesi che hanno siglato la "Convenzione del metro". Il SI è una struttura flessibile, nel senso che l'adozione di una nuova definizione per l'u. di una delle grandezze fondamentali o l'introduzione di una nuova grandezza fondamentale non comportano nuove definizioni per le rimanenti unità. Si ricorda inoltre che le definizioni successive di una stessa u. fondamentale corrispondono a un miglioramento della precisione, senza alterazione tangibile della grandezza dell'unità.
Nello sviluppo del SI si è manifestata la tendenza a passare da campioni materiali o naturali a campioni che si fondano su fenomeni fisici. Per es., la definizione del metro ha abbandonato la nota barra di platino-iridio in favore di una radiazione elettromagnetica del cripto e quella del secondo è passata da una definizione astronomica a una che si deriva dall'energia di transizione tra due ben definiti livelli energetici dell'atomo del cesio; analoghi sviluppi si prevedono per le definizioni del campione della grandezza elettrica e di quella fotometrica del SI.
Per le considerazioni di carattere generale su: grandezze, calcolo dimensionale, sistemi di misura, razionalizzazione e per la tabella delle principali grandezze e u. derivate, v. unità, Sistema di, nella App. III, 11, p. 1016; a proposito delle tabelle riportate nella predetta App., si tenga presente che la proposta italiana di usare il bes per l'u. di massa non ha avuto sèguito in sede internazionale e pertanto il simbolo bes dev'essere ovunque sostituito con il simbolo kg (chilogrammo). La proposta italiana di abbandonare il nome chilogrammo e il simbolo kg erano ben motivate, in quanto nel nome e nel simbolo figurano il prefisso di un multiplo e il nome dell'u. di un altro sistema; si è preferito invece non alterare il nome dell'u. della grandezza più usata nelle transazioni commerciali.
Grandezze e unità fondamentali. - La tab. 1 riporta la situazione di tali grandezze e u. e indica anche la data e la Conferenza in cui le singole definizioni sono state adottate, e il nome del laboratorio italiano che conserva il campione primario e svolge i relativi servizi metrologici.
La definizione del metro si fonda sull'uso di una lampada campione di caratteristiche ben definite; l'imprecisione dell'attuazione del metro, usando metodi interferometrici di confronto, è di 4 • 10-9. L'introduzione delle sorgenti di luce coerente, i laser, la cui frequenza può essere misurata con mezzi radioelettrici nei confronti del campione di tempo, ha consentito una nuova determinazione del valore della velocità della luce, 299.792.458 m • sec-1. Questa nuova determinazione potrà costituire la base di una nuova definizione del metro.
La definizione dell'u. di massa resta quella fissata nel 1889; il chilogrammo è l'unico campione materiale rimasto nel SI; l'imprecisione dei confronti tra i chilogrammi campione è dell'ordine di 2 • 10-9.
La definizione del secondo è ritenuta soddisfacente, in quanto consente di disporre in laboratorio dell'u. con imprecisioni dell'ordine di 10-13; non sono pertanto da prevedere cambiamenti, che sono invece possibili per il campione d'intensità di corrente, la cui attuazione avviene con imprecisioni di 4 • 10-6. Recenti scoperte di elettronica quantistica (v. Josephson: Effetto J., in questa Appendice) lasciano prevedere che la grandezza elettrica del SI sia in futuro la tensione e che il campione relativo sia riferito, con una combinazione di costanti fisiche fondamentali, al campione di tempo.
Il kelvin, definito mediante il punto triplo dell'acqua - coesistenza delle fasi solido, liquido e vapore - si ottiene con un'incertezza di 4 • 10-7 nei dintorni di questo punto e con incertezze crescenti per temperature superiori o inferiori. Per le misure pratiche l'origine della scala di temperatura è posta a 273,15 K; si ha così il grado Celsius (simbolo °C), che, come u. di scala, coincide con kelvin. Si noti che il simbolo K del kelvin non porta il "cerchietto" del grado, che invece resta per il grado Celsius.
La realizzazione pratica della candela è soggetta a varie fonti di errore che ne limitano la precisione a circa 1 • 10-2. È pertanto possibile una nuova definizione, legata a considerazioni non di fotometria (che tengono conto cioè dei fenomeni fisiologici della visione) ma di fisica generale (radiometria).
Quando si usi, infine, la nuova grandezza fondamentale della quantità di materia, la mole, è necessario specificare la natura delle quantità elementari considerate (atomi, molecole, elettroni, ioni, ecc.).
Grandezze e unità derivate. - Le u. di misura delle grandezze derivate si ottengono dalle sette fondamentali (e dalle due supplementari radiante e steradiante) mediante un monomio con coefficiente numerico eguale a 1; in questo modo si assicura la coerenza del sistema, cioè la possibilità di usare le stesse relazioni analitiche per le grandezze e per le misure.
Tra le centinaia di u. derivate usate nella tecnica, ne esistono 17 alle quali sono stati attribuiti, per comodità, nomi e simboli propri: queste grandezze vengono riportate in tab. 2.
Prefissi di multipli e sottomultipli. - Ai prefissi noti, ne sono stati aggiunti dalla 15° CGPM, 1975, altri quattro, per cui i prefissi da adoperare con le u. SI sono dati in tab. 3. Le norme CNR-UNI 10003 e CEI 24-i (1972) indicano le regole di scrittura che devono essere seguite nell'uso dei simboli di unità e prefissi.
Unificazione delle unità. - Il SI è usato dagli enti normativi e tecnici internazionali, quali la International Standardisation Organisation (ISO) e la International Electrotechnical Commission (IEC), e dalle Unioni scientifiche internazionali. Un notevole passo verso l'unificazione dei sistemi di misura è stato compiuto nel 1965 quando la Gran Bretagna ha avviato un programma di metrication che ha il compito di convertire l'economia del paese al SI nel giro di dieci anni. Nel 1978 non avevano preso una decisione legislativa in favore dell'adozione del SI: Birmania, Gambia, Liberia, Oman, Sierra Leone, Stati Uniti, Tonga, Rep. Dem. Pop. dello Yemen.
Il Canada si è espresso nel 1970 in favore del sistema metrico, la cui introduzione, avviata nel 1974, dovrebbe terminare entro il 1980. Negli SUA, che ammisero l'uso del sistema metrico nel 1866, la metrication è oggetto di dibattito; il sistema SI è reso obbligatorio nelle forniture a taluni enti statali, si diffonde, in particolare per le misure di temperatura, ma non è obbligatorio per legge.
A livello europeo, il Consiglio delle Comunità europee ha emesso una direttiva "per il riavvicinamento delle legislazioni degli stati membri relativa alle u. di misura". Gli stati membri secondo tale direttiva avrebbero dovuto rendere obbligatorio, entro la fine del 1977, il SI e vietare, a partire dalla stessa data, l'uso di alcune unità di misura non coerenti nell'economia, nella sanità e sicurezza pubblica, nonché nelle operazioni di carattere amministrativo. L'Italia, a tutto il 1979, non ha emanato la relativa legge. Tra le u. non coerenti con il SI, figurano le u. di forza (chilogrammo-forza), di potenza (cavallo vapore), di quantità di calore (grande caloria, frigoria), di pressione (atmosfera tecnica, millimetro di mercurio, torr), che dovranno essere sostituite con le u. elencate nella tab. 2 delle grandezze derivate SI.
Esistono d'altra parte varie u. derivate non coerenti con il SI, quali l'ora, il minuto, il miglio marino, il chilowattore, il nodo, il chilometro/ora, tanto radicate nell'uso da far ritenere difficile, lenta, o impossibile, nel caso del minuto e dell'ora, la loro sostituzione.
Bibl.: U. Stille, Messen und Rechnen in der Physik, Braunschweig 1955; M. Danloux Dumesnils, Etude critique du système métrique, Parigi 1962; NBS (National Bureau of Standards), A metric America, Washington 1971; M. Fazio, Manuale delle unità di misura, Milano 1972; CNR-UNI, Norma 10003 CEI, Norma 24-1, 1972; BIPM, Le Système International d'unités (SI), Parigi 1973; G. Corbellini, Sistemi di grandezze e di unità di misura, Bologna 1974; H. Moreau, Le système métrique, Parigi 1975.