fisica- definizione operativa di lunghezza massa e tempo
Ogni qualvolta vi è possibile misurare ed esprimere per mezzo di numeri l'argomento di cui state parlando voi conoscete effettivamente qualcosa; quando però ciò non è possibile o no ne siete capaci scarsa ed insoddisfacente è, da un punto di vista scientifico. la vostra conoscenza
Abbiamo riferito questa massima di Thompson un fisico inglese (1824-1927) per precisare che il metodo operativo, cioè l'operazione metrica di misura è il fondamento dello studio scientifico. Tutto ciò che è suscettibile di una determinazione quantitativa è una grandezza fisica
Ne sono esempi la lunghezza la massa il tempo ecc.
La definizione di grandezza, secondo il significato che si dà nel linguaggio comune, fa uso di sinonimi e quindi scientificamente non ha significato.
Non significa nulla per esempio definire la massa di un corpo come la quantità di materia.
Per definire le grandezze è necessario invece stabilire come esse si misurano e con quali dispositivi mettendole in relazione con altre grandezze già definite; in ciò consiste la definizione operativa.
Praticamente in luogo di una concezione per così dire filosofica delle grandezze, si può sostituire una definizione operativa che possa soddisfare un fisico. In definitiva non è necessario preoccuparci di definire la natura delle grandezze, ma solo di trovare metodi operativi per realizzare le unità in modo da confrontarle con grandezze da misurare.
Ogni misura viene effettuata per mezzo del confronto fra due grandezze una delle quali rappresenta la grandezza di riferimento campione e viene chiamata unità di misura.
L'unità di misura della lunghezza è il metro che introdotto verso la fine del 1700 venne inizialmente definito come la quaranta milionesima parte del meridiano terrestre,
Per poter poi fare riferimento a campioni concreti si costruì, con la massima precisione allora consentita , un metro prototipo, cioè una sbarra di platino iridio conservata alla temperatura costante di 0° nel Bureau International des pois et Misure a Sèvres presso Parigi.
Nonostante che successive misure geodetiche del meridiano terrestre eseguite con tecniche più raffinate mostrassero alcuni anni dopo che il campione non era più nel rapporto previsto si preferì rimanere fedeli al metro di Sevres sul quale erano ormai stati tarati tutti I campioni delle varie nazioni. Per stabilire maggiore garanzia di costanza nel tempo il metro prototipo è stato misurato con metodi ottici ottenendo così il metro come 1.650.763,73 lunghezze d'onda nel vuoto della riga rosso arancio del Kripton 86.
Anche la massa è definita operativamente. Essa è quella grandezza che si misura per mezzo di una bilancia confrontandola con l'unità chilogrammo uguale alla massa del campione di platino-iridio conservato pure a Sevres che corrisponde alla massa di un decimetro cubo di acqua distillata alla pressione normale di un'atmosfera ed alla temperatura di 4° C.
IL concetto di tempo ha dato origine da Aristotele ad Einstein a varie speculazioni filosofiche
Così ad esempio si esprime s: Agostino nelle confessioni:
Quid est tempus ? si nemo ex me quaerat, scio si quaerenti explicare velim nescio .
Riportiamo ora altre definizioni
Newton : il tempo assoluto vero e matematico per usa natura scorre allo stesso modo senza alcuna relazione con l'esterno e si chiama duration. Il tempo relativo apparente e volgare è la misura sensibile ed esterna desunta dal movmento di una parte qualunque di durata ; tali sono le misure delle ore dei giorni ecc. di cui ci si suole servire in luogo del tempo vero.
Leibniz : il tempoi è l'astrazione di tutte le relazioni di successione
I fisici oggi coerentemente con la definizione operativa delle grandezze non si preoccupano di rispondere alla domanda che cos'è il tempo ? ma piuttosto di misurarlo. Più precisamente s'interessano alla misura della durata di un fenomeno confrontandola con quella di un altro fenomeno assunta come unità di misura.
Per la scelta di un-unit' di misura occorre fare riferimento a fenomeni periodici fenomeni che si ripetono periodicamente uno di questi per esempio son il giorno e la notte.
Definiamo giorno solare l'intervallo di tempo che intercorre tra due successivi passaggi del Sole sullo stesso meridiano. IL giorno solare così definito non è però costante ma variabile nell'arco dell'anno. Per avere un campione standard ci si riferisce al giorno solare medio ciè il valor medio calcolato sulla base di un anno del giorno solare.
Definiamo secondo la 86.400esima parte del giorno solare medio. IL numero 86400 deriva dal fatto che un giorno solare medio formato da 24 ore ciascuna ora da 60 minuti e ciascun minuto 60 secondi.
Il secondo così definito non è sufficiente in misure di alta precisione. La definizione più precisa di tempo astronomico si basa sulla durata dell'anno tropico (intervallo di tempo tra due equinozi di primavera) Esattamente definiamo secondo (più precisamente secondo dell'effemeride ) 1/31.556925,974 dell'anno tropico 1900. Le due unità di misura del secondo erano incidenti ne 1900 ma ora non lo sono più a causa di anomalie nella velocità della terra.
sono stati costruiti degli orologi atomici con I quali è possibile effettuare misure di tempo con un errore di 1 secondo ogni 300 anni cioè misure fatte da due orologi atomici possono differire di 1 secondo se gli orologi misurano una durata di 300 anni.
questi orologi si basano sulla periodicità di fenomeni atomici
L'orologio ad ammoniaca sfrutta le vibrazioni dell'atomo di azoto rispetto al piano degli atomi di idrogeno in ogni secondo l'azoto compie 23.870 milioni di vibrazioni complete.
Nel 1967 è stata proposta un nuova definizione di secondo basata sul moto di pressione dell'isotopo 133 del cesio.
In esso sia il nucleo che l'elettrone più esterno ruotano intorno ad un asse mentre quest'ultimo descrive una superficie conica. Il periodo è lo stesso sia per il nucleo che per l'elettrone.
Si è definito secondo l'intervallo di tempo durante il quale avvengono 9.192.631.770 cicli completi
