Misure: concetti e definizioni

Dopo i concetti di grandezza e di valore di una grandezza, possiamo introdurre quello di misura^1.4 come l'insieme di operazioni che hanno come scopo la determinazione del valore del misurando, ovvero della grandezza sottoposta a misura. È molto importante definire acccuratamente il misurando, ed eventualmente dare delle indicazioni riguardanti altre grandezze da cui può dipendere il suo valore. Per esempio nel definire i misurandi ``densità dell'acqua'' o ``lunghezza di una certa barretta di allumio'' è necessario specificare a quale temperatura essi sono riferiti. Le grandezze che possono condizionare il valore del misurando sono chiamate variabili di influenza.

Il principio che costituisce la base scientifica della misura è chiamato il principio di misura. Esso può essere un principio fisico, chimico, biologico, etc. Ad esempio: il principio fisico della dilatazione di un corpo con la temperatura sta a base della misura di temperatura effettuata mediante un termometro a mercurio; l'effetto Doppler può essere utilizzato per misurare la velocità di un corpo, mentre la legge dell'elasticità per pesare un oggetto mediante un dinamometro; la colorazione di una cartina al tornasole permette di valutare il $pH$ di una soluzione; e così via.

Per metodo di misura si intende invece la successione logica delle operazioni, descritte un maniera generica, messe in atto nell'eseguire la misura. Esso può essere classificato in diversi modi, come ad esempio: per confronto; per sostituzione; metodo differenziale; metodo di zero.

I metodi di misura sono classificati anche in diretti e indiretti. Nei metodi di misura diretti il valore misurato è espresso in termini della grandezza fisica del misurando e, nella maggior parte dei casi, esso è fornito direttamente dall'indicazione di uno strumento di misura^1.5; nei metodi indiretti invece il valore misurato è espresso in termini di altre grandezze (misurate direttamente) e il valore di interesseè ottenuto mediante relazioni note. Ad esempio la misura della velocità istantanea di una vettura può essere determinata dal tempo che essa impiega a percorrere la distanza fra due traguardi posti molto vicini (misura indiretta) oppure dalla lettura del tachimetro (misura diretta). È da notare che, mentre tradizionalmente si tendeva a definire misure dirette quelle ottenuto per diretto confronto con un campione di misura, e indirette le altre, oggi si preferisce chiamare dirette semplicemente quelle misure realizzate con strumenti che hanno un'uscita (``output") diretta, nel senso che verrà definito nel paragrafo .

Per definizione operativa di misura (o procedura della misura) si intende invece l'insieme delle operazioni eseguite nell'effettuare le misure. Esse devono essere descritte ad un livello di dettaglio tale da permettere ad un altro sperimentatore di effettuare le misure senza ulteriori informazioni.

Molto spesso il risultato della misura viene ottenuto determinando il valore di un segnale di misura, ovvero una grandezza che rappresenta il misurando e a cui è legato mediante una funzione. Ad esempio una tensione o una corrente elettrica possono rappresentare il segnale di una misura proveniente da un trasduttore di pressione o dal sensore di un flussimetro di massa. Il segnale in ingresso a un sistema di misura è anche chiamato stimolo (o sollecitazione) e il segnale in uscita risposta.

Figura: Esempio di catena di misura in uno strumento a uscita diretta analogica. È anche indicato schematicamente il deterioramento della qualità del segnale di misura durante il percorso dal sensore al cervello dello sperimentatore. L'effetto globale di deterioramento nei singoli stadi è descritto dalla così detta propagazione degli errori.

In figura è mostrato il percorso compiuto dal segnale di misura nei diversi stadi di un termometro. Si noti come l'occhio dello sperimentatore non è l'ultimo stadio di questo processo di misura, ma è seguito dalla trasmissione attraverso le connessioni nervose fino al cervello, dove avviene l'elaborazione finale dell'informazione. E` importante abituarsi a pensare che nella maggior parte dei casi lo sperimentatore sia parte integrante del sistema di misura.

Anche le operazioni di conteggio, sia eseguite manualmente che con strumenti, sono misure. Si pensi, ad esempio, al conteggio di linfociti in un campione di sangue, del numero di decadimenti di una sostanza radioattiva in un certo intervallo di tempo o del numero di oggetti celesti osservabili a occhio nudo in una regione di cielo.