L'importanza della metrologia nella scienza e nell'industria moderna

In questo appunto viene descritta la disciplina della metrologia, ovvero quella disciplina inerente alla misurazione delle grandezze fisiche, del calcolo dimensionale e alla scelta di quelli che sono i sistemi di unità di misura.

La metrologia

Fin dalla nascita veniamo a contatto con il mondo della misura, tutti noi veniamo sottoposti a misure di peso di lunghezza di tempo e di temperatura. Continuando nella nostra esistenza quotidiana siamo soggetti oppure oggetti di misurazione. Un automobilista alla guida compie in genere delle osservazioni che sono sostanzialmente delle misurazioni. Ecco un caso in cui l’uomo è un soggetto misurante. Leggendo le indicazioni della bilancia l’uomo è anche oggetto della misurazione. Nella produzione industriale di una società avanzata è grandissima l’importanza della misura. In una grande azienda metalmeccanica le macchine forniscono informazioni estremamente precise che verranno utilizzate per la costruzione di elementi di carrozzeria. Per questo motivo si è sentita l'esigenza di creare la disciplina della metrologia.

Definizione di metrologia

La metrologia, ovvero la scienza della misura, è dunque essa stessa oggetto di ricerca. La ricerca metrologica viene svolta in istituti specializzati. All’istituto di metrologia “Colonnetti” di Torino lo Stato assegna il compito di realizzare, disseminare e migliorare la precisione dei campioni dell’unità di massa e volume, lunghezza, temperatura, forza e grandezze derivate.

Sezione lunghezze

Nei laboratori della sezione lunghezze si realizza il campione dell’unità di lunghezza, costruendo speciali laser stabilizzati. Inoltre usando il comparatore di lunghezze in situazioni di controllo ambientale ci si occupa di trasferire il campione naturale che è rappresentato dalla frequenza del laser stabilizzato ad un campione materiale, in forma di regolo metallico graduato mediante interferometria laser.

Sezione masse

Nella sezione masse - nel campo della metrologia - e volumi si conservano i campioni del chilogrammo di platino, iridio ed acciaio. Si realizzano e si conservano i sottomultipli, infine si confrontano i campioni di lavoro con quelli di platino iridio mediante una speciale bilancia detta comparatore di masse.

Sezione termometrica

Nella sezione termometrica, fra le varie ricerche, si realizzano punti fissi in contenitori speciali, dove coesistono tre fasi: solida, liquida e vapore. Questi punti fissi costituiscono temperature di riferimento per la taratura di termometri e termocopie. Poi si studiano le proprietà termofisiche dei materiali. Si eseguono numerose tarature per i laboratori industriali. Infine nella sezione di nanometrica si realizzano, fra l’altro, macchine campioni di forza, utili per tarare i dinamometri, speciali apparecchiature in cui si misurano pressioni elevate e si tarano i sensori secondari, impianti per pressioni molto basse, ottenute rarefacendo il gas atmosferico nell’interno di speciali contenitori. Si determina anche la durezza dei materiali, misurando l’impronta lasciata su di essi da un penetratore di diamante.
Oltre all’istituto “Colonnetti”, altri tre istituti si occupano di misure primarie a livello scientifico e precisamente: l’Istituto Nazionale Galileo Ferraris, esegue misure di tempo di grandezze elettriche, acustiche e fotometriche, mentre l’Istituto Superiore di Sanità e l’Ente Nazionale Energie alternative, si occupano delle misure che riguardano le radiazioni ionizzanti del settore industriale e sanitario. L’uomo da sempre ha sentito la necessità di effettuare delle misurazioni, l’attuale livello di conoscenza e di sviluppo della metrologia è stato raggiunto in tappe. L’intervallo di tempo è stata una delle prime grandezze fisiche che l’uomo ha cercato di misurare, dato che la natura gli forniva un’unità alla portata di tutti: il giorno. Al periodo di tempo compreso tra un’alba e un tramonto all’unità di tempo sono state associate unità di misura di superfici agricole; i Romani per esempio usavano lo iugero, ossia l’area della superficie di terreno arabile in un giorno da una coppia di buoi, ma ben presto esigenze commerciali, tecniche, giuridiche imposero alcune definizioni più sicure delle unità di misura. Le bilance furono originariamente realizzate soprattutto per pesare determinate quantità di metalli preziosi, costituenti le monete necessarie per ogni scambio commerciale. Furono dunque attività commerciali e tecniche a condizionare lo sviluppo della metrologia, ma ben presto la metrologia dovette svilupparsi più intensamente. In seguito alle accresciute esigenze del mondo scientifico e tecnico, infatti, lo studio dei fenomeni naturali implica la misura, la quale consente di determinare quelle regolarità matematiche che sono alla base delle leggi fisiche.

Galilei e Newton

Tutte le attività scientifiche hanno come fondamento le misure. Furono pazienti misurazioni oltre a geniali intuizioni a condurre Galileo alla formulazione delle leggi generali sulla caduta dei gravi. Non potendo, per carenza dei mezzi tecnici a disposizione, misurare praticamente la costanza del rapporto tra lo spazio percorso da un grave in caduta libera e il quadrato del tempo impiegato a percorrerlo. Galileo rallentò il fenomeno per poterlo studiare e misurò spazio e tempo facendo rotolare una sfera lungo un piano inclinato, infatti, al limite, quando l’angolo formato dal piano inclinato con il piano orizzontale di riferimento è di 90° si ha il corpo in caduta libera. Con Newton si incominciò a dare una spiegazione sull’accelerazione costante dei corpi di qualsiasi forma e peso. Oggi quel rapporto, ossia l’accelerazione di gravità locale si misura in modo più preciso sempre riferendosi ad un grave in caduta libera. Si tratta però di un grave speciale a forma di rientro, le cui facce sono degli specchi su cui incide la luce di un laser, lo spazio percorso del grave si determina contando le frange di interferenza che sfilano di fronte ad un particolare rivelatore. L’intervallo di tempo si misura con un orologio atomico, si ottiene così il valore medio dell’accelerazione di gravità locale G come il risultato di numerosissime misurazioni effettuate su un grave in caduta libera in vuoto.
Progetto Alternanza Scuola Lavoro.