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Unità di misura, Sistema Internazionale (SI)

Il Sistema Internazionale di Unità di Misura (SI) Storia – Problematiche – Possibili sviluppi Cronologia della nascita e della adozione, in Francia, del Sistema Metrico Decimale

1788 - Lavoisier impiega una libbra divisa in senso decimale.

1788 Agosto - Convocazione degli Stati Generali in Francia. Raccolta dei "Cahiers de Doléances";

di cui, qui di seguito, si riporta la pagina con le prime delle 250 segnalazioni della necessità di

stabilire "l'uniformità dei pesi, delle lunghezze e degli strumenti di misura" in tutto il regno

1789 5 maggio - Apertura degli Stati Generali.

1789 27 giugno - Gli Stati Generali si trasformano in Assemblea nazionale costituente. Una

commissione dell’Accademia, composta da Brisson, Coulomb, Laplace, Lavoisier, Le Roy e

Tillet, è incaricata di studiare l’uniformazione dei pesi e delle misure, e di avanzare proposte al

riguardo.

1790 5 febbraio - Prieur presenta all’Assemblea nazionale “Memoria” sulla necessità e i mezzi per

rendere uniformi, nel Regno, tutte le misure di lunghezza e di peso, di regolarne tutti i multipli e

le suddivisioni secondo l’ordine decuplo.

Lez.1 Unità di Misura.docx 1/18


1790 8 maggio - L’Assemblea propone di adottare come campione di misura la lunghezza del

pendolo che batte il secondo alla latitudine di 45°(sarebbe lungo circa 0,995m).

1791 16 febbraio - Borda propone che l’Accademia nomini una commissione «incaricata di

discutere le basi su cui costruire l’uniformità dei pesi e delle misure ».

1791 30 marzo - Accogliendo le proposte del rapporto presentato da Borda, Lagrange, Laplace,

Monge e Condorcet, sulla scelta di una unità di misura, l'Assemblea adotta il decimilionesimo

del quarto di meridiano terrestre come base del nuovo sistema di misura, così come la scala

decimale per l’intero sistema

1791 13 aprile - Nomina di cinque commissari per procedere all’esecuzione dei lavori inerenti

all’instaurazione del sistema metrico decimale (SMD). Vengono inviati Méchain verso sud e

Delambre verso nord col compito di misurare il meridiano terrestre tra Dunkerque e Barcellona.

1792 2 aprile – il ministro dell’Interno Roland chiede all’Assemblea di decretare d’urgenza «un

mezzo provvisorio» per far cessare la diversità delle misure.

1793 Gennaio - Lavoisier e Haûy determinano il valore della nuova unità di peso: il grave.

1793 10 agosto - Legge della Convenzione che stabilisce l’uniformità dei pesi e delle misure sul

territorio della Repubblica. Essa istituisce un sistema metrico provvisorio. La lunghezza del

metro provvisorio è fissata dall’Accademia delle Scienze a 36 pollici, 11 linee e 44 centesimi

della tesa del Perù, e l’unità di massa, il grave, a 2 libbre, 5 gros, 49 grani (o 18.841 gram) della

pila di Carlo Magno.

1793 24 novembre - La legge del 4 Frimaio anno II rende obbligatoria la divisione decimale del

giorno.

1794 9 febbraio (21 Piovoso anno II) - Concorso sui mezzi di organizzare gli orologi e i pendoli con

le divisioni decimali:

- anno di 10 mesi

- mese di 30 giorni

- giorno di 10 ore

- ora di 100 minuti

- minuto di 100 secondi



Orologio con le nuove e le vecchie divisioni

1795 7 aprile (18 Germinale anno III) - Legge che istituisce effettivamente il sistema metrico

decimale. Le nuove misure sono dette repubblicane.

Articolo 2: «Non ci sarà che un solo campione di pesi e misure in tutta la Francia; sarà una sbarra di

platino sulla quale verrà tracciato il metro, il quale è stato adottato come unità fondamentale di

tutto il sistema di misure. Le misure verranno marchiate con lo stemma della Repubblica. Per

questo, in ogni distretto vi sarà un verificatore incaricato di apporre il marchio»

1795 25 settembre - Art. 1: «Il primo Nevoso prossimo, l’uso del metro sarà sostituito a quello

dell’auna nel Comune di Parigi, e dieci giorni dopo nell’intero dipartimento della Senna»

1797 25 dicembre - Carnot, proscritto, viene rimpiazzato da Napoleone Bonaparte all’Istituto.

1798 16 ottobre (25 Vendemmiaio anno VI) - Una Commissione internazionale è incaricata di

verificare le misure e i calcoli della meridiana e di proclamare i risultati.

1799 22 giugno (4 Messidoro anno VII) - Proclamazione dei risultati e deposito dei campioni presso

gli Archivi di Francia.

1800 4 novembre (13 Brumaio anno IX) - Un’ordinanza dei Consoli autorizza l’impiego dei vecchi

nomi di misura.

1812 12 febbraio - Decreto che istituisce un sistema di misure dette usuali. Abbandono del SMD.

Art. 1: « E' permesso impiegare per usi commerciali: una misura di lunghezza pari a due metri

che prenderà il nome di tesa e che sarà divisa in sei piedi». «Una misura pari al terzo del metro



o al sesto della tesa, che prenderà il nome di piede, sarà divisibile in dodici pollici, e il pollice in

dodici linee».

Art. 2: «Le misurazioni di tele e stoffe potranno farsi con una misura pari a dodici centimetri,

che prenderà il nome di auna. Questa misura sarà divisibile in mezzi, quarti, ottavi e sedicesimi,

come pure in terzi, sesti e dodicesimi».

1837 4 luglio - Legge che abroga le legge del 12 febbraio 1812 ed istituisce in Francia il sistema

metrico a partire dal 1° gennaio 1840

1840 1° gennaio - Il sistema metrico decimale torna obbligatorio sull’intero territorio francese.

Il Sistema Metrico decimale in Europa

1820 - L'Olanda adotta il Sistema metrico

1840 6 aprile – legge che introduce il sistema metrico decimale nel regno delle due Sicilie

1850 1° gennaio - Il regno di Sardegna adotta il sistema metrico decimale.

Vedere: Sistema-SI-Regno di Sardegna.pdf

1867 - La Conferenza geodetica internazionale riunita a Berlino propone la costruzione di un nuovo

prototipo del metro europeo, la cui lunghezza deve differire il meno possibile da quella del

metro conservato negli Archivi di Parigi, e nella costruzione del quale si dovrà tener conto della

facilità e dell’esattezza con cui si possono eseguire i confronti necessari.

1889 28 settembre - La Commissione internazionale dei pesi e delle misure adotta nuovi prototipi in

lega platino-iridio per il metro e per il chilogrammo. Essi vengono conservati dentro forzieri

posti in fondo ai sotterranei del padiglione di Breteuil a Sèvres.

1901 - viene messa fine alla ambiguità nelle unità fondamentali fra forza e massa: la unità

fondamentale è la unità di massa

http://www.bipm.org/fr/convention/cgpm/comptes_rendus.html

Déclaration relative à l'unité de masse et à la définition du poids ; valeur conventionnelle de gn* (1)

Vu la décision du Comité international des poids et mesures du 15 octobre 1887, par laquelle le kilogramme a été défini comme unité de masse ;

Vu la décision contenue dans la formule de sanction des prototypes du Système métrique, acceptée à l'unanimité par la Conférence générale des poids et mesures dans sa réunion du 26 septembre 1889 ;

Considérant la nécessité de faire cesser l'ambiguïté qui existe encore dans l'usage courant sur la signification du terme poids, employé tantôt dans le


http://www.bipm.org/fr/CGPM/db/3/1/�

http://misure.mecc.polimi.it/homepage_corsi/MMT_Gasparetto/Sistema-SI-Regno%20di%20Sardegna.pdf

http://www.bipm.org/fr/CGPM/db/3/2/#notes

http://www.bipm.org/fr/CGPM/db/3/1/


sens du terme masse, tantôt dans le sens du terme effort mécanique ;

La Conférence déclare :

1. Le kilogramme est l'unité de masse ; il est égal à la masse du prototype international dukilogramme ;

2. Le terme poids désigne une grandeur de la même nature qu'une force ; le poids d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération de la pesanteur ; en particulier, le poidsnormal d'un corps est le produit de la masse de ce corps par l'accélération normale de lapesanteur ;

3. Le nombre adopté dans le Service international des Poids et Mesures pour la valeur del'accélération normale de la pesanteur est 980,665 cm/s2, nombre sanctionné déjà par quelques législations.

Référence : Comptes rendus de la 3e CGPM (1901), 1901, 70

Note 1: Cette valeur de gn est la valeur conventionnelle de référence pour le calcul de l'unité kilogramme-force maintenant abolie.

1960 14 agosto - L’XI Conferenza dei pesi e delle misure adotta una nuova definizione del metro:

«1.650.763,73 volte la lunghezza d’onda, nel vuoto, della radiazione arancione dell’atomo di

cripto-86». La sua precisione è cinquanta volte superiore a quella del prototipo del 1889.

1983 - La XVII Conferenza generale dei pesi e delle misure adotta una nuova definizione del metro,

la quarta: « Lunghezza della traiettoria percorsa dalla luce nel vuoto in 1/299.792.458 di

secondo». La sua precisione è trenta volte superiore a quella del prototipo del 1960.

2015? – Sono in competizione due proposte per sostituire l'unità di massa:

a- con una sfera di silicio 28 b- tramite la assegnazione della costante di Plank; The kilogram, unit of mass, is such that the

Planck constant is equal to exactly 6.626 068 96 x10−34 joule second.


http://www.bipm.org/en/si/si_brochure/�


Attuale campione di massa: “Prototipo Internazionale del kilogrammo” Cilindro di lega Platino-90% Iridio-10% a base circolare avente diametro 39mm ed altezza 39mm



La Misura del tempo e la sua sincronizzazione:

Il secondo – (sincronizzazione su http://www.inrim.it/ntp/webclock_i.shtml) definizione 1: (storica, fino al 1967): la durata del giorno 0 gennaio1900 è esattamente di 86 400

secondi; il secondo corrisponde quindi ad 1/31 556 925,974 7 dell'anno tropico 1900 (=365,2421897 giorni =365 - 1/4 + 1/100 - 1/400 (+1/2000?))

definizione 2 (attuale): Il secondo è la durata di 9 192 631 770 periodi della radiazione

corrispondente alla transizione fra i due livelli iperfini dello stato fondamentale dell’atomo di cesio-133. [13a CGPM (1967), Risoluzione 1]

problema 1: la terra rallenta la propria velocità di rotazione e quindi il giorno “medio” si allunga;

col passare degli anni o si corregge la definizione di secondo (pratica utilizzata sino al 1968) o, ogni tanto bisogna, similmente alla pratica degli anni bisestili, togliere un secondo per non sfasare le ore del giorno (pratica utilizzata dopo il 1968)

problema 2: non potendo inserire secondi nel sistema GPS, l’orario GPS si sta sfasando nel tempo

rispetto all’orario UTC Tempo Universale Coordinato; ad oggi lo sfasamento è di 16 secondi (GPS segna 16 secondi in più)



prospettive: si sta discutendo se continuare ad aggiungere 1 secondo ogni tanto o se fare la correzione a date fisse (ad esempio ogni cento anni)

Il secondo intercalare (http://www.inrim.it/res/tf/secondo_i.shtml) Intorno al 1970, dopo la definizione della scala atomica di riferimento internazionale, la scala di tempo UTC venne adottata come riferimento anche per gli usi civili oltre che per quelli scientifici e fu definita come la scala di tempo con unità pari al secondo atomico, ma mantenuta in stretto accordo con UT1 mediante periodici aggiustamenti discreti che consistono nell'aggiungere o eliminare un secondo. Il secondo di correzione, detto secondo intercalare, viene inserito solo quando necessario e solo in date precise. La tabella riporta le correzioni alla scala di tempo UTC:

Data (alle 0 h UTC) Correzioni di frequenza [Hz] Correzioni di tempo [s]

1961 gennaio 1 -1.50E-08 0

1961 agosto 1 -1.50E-08 0.05

1968 febbraio 1 -3.00E-08 -0.1

1972 gennaio 1 0 -0.107758

1972 luglio 1 0 -1

1980 gennaio 1 0 -1

1981 luglio 1 0 -1

1982 luglio 1 0 -1

1983 luglio 1 0 -1

1985 luglio 1 0 -1

1988 gennaio 1 0 -1

1990 gennaio 1 0 -1

1991 luglio 1 0 -1

1992 luglio 1 0 -1

1993 luglio 1 0 -1

1994 luglio 1 0 -1

1996 gennaio 1 0 -1

1997 luglio 1 0 -1

1999 gennaio 1 0 -1

2006 gennaio 1 0 -1

2009 gennaio 1 0 -1

2012 luglio 1 0 -1

La figura riporta un esempio di scarto di tempo accumulato tra UT1 e TAI e l'introduzione dei secondi intercalari che generano UTC.



PROPOSTE DI CAMBIAMENTO del sistema SI: http://www.bipm.org/en/CGPM/db/24/1/

Resolution 1 of the 24th meeting of the CGPM (2011) On the possible future revision of the International System of Units, the SI The General Conference on Weights and Measures (CGPM), at its 24th meeting, considering the international consensus on the importance, value, and potential benefits of a redefinition of a number of units of the International System of Units (SI), that the national metrology institutes (NMIs) as well as the International Bureau of Weights and Measures (BIPM) have rightfully expended significant effort during the last several decades to advance the International System of Units (SI) by extending the frontiers of metrology so that SI base units can be defined in terms of the invariants of nature - the fundamental physical constants or properties of atoms, that a prominent example of the success of such efforts is the current definition of the SI unit of length, the metre (17th meeting of the CGPM, 1983, Resolution 1), which links it to an exact value of the speed of light in vacuum c, namely, 299 792 458 metre per second, that of the seven base units of the SI, only the kilogram is still defined in terms of a material artefact, namely, the international prototype of the kilogram (1st meeting of the CGPM, 1889, 3rd meeting of the CGPM, 1901), and that the definitions of the ampere, mole and candela depend on the kilogram, that although the international prototype has served science and technology well since it was sanctioned by the CGPM at its 1st meeting in 1889, it has a number of important limitations, one of the most significant being that its mass is not explicitly linked to an invariant of nature and in consequence its long-term stability is not assured, that the CGPM at its 21st meeting in 1999 adopted Resolution 7 in which it recommended that "national laboratories continue their efforts to refine experiments that link the unit of mass to fundamental or atomic constants with a view to a future redefinition of the kilogram", that many advances have been made in recent years in relating the mass of the international prototype to the Planck constant h, by methods which include watt balances and measurements of the mass of a silicon atom, that the uncertainties of all SI electrical units realized directly or indirectly by means of the Josephson and quantum Hall effects together with the SI values of the Josephson and von Klitzing constants KJ and RK could be significantly reduced if the kilogram were redefined so as to be linked to an exact numerical value of h, and if the ampere were to be redefined so as to be linked to an exact numerical value of the elementary charge e, that the kelvin is currently defined in terms of an intrinsic property of water that, while being an invariant of nature, in practice depends on the purity and isotopic composition of the water used, that it is possible to redefine the kelvin so that it is linked to an exact numerical value of the Boltzmann constant k, that it is also possible to redefine the mole so that it is linked to an exact numerical value of the Avogadro constant NA, and is thus no longer dependent on the definition of the kilogram even when the kilogram is defined so that it is linked to an exact numerical value of h, thereby emphasizing the distinction between amount of substance and mass, that the uncertainties of the values of many other important fundamental constants and energy conversion factors would be eliminated or greatly reduced if h, e, k and NA had exact numerical values when expressed in SI units, that the General Conference, at its 23rd meeting in 2007, adopted Resolution 12 in which it outlined the work that should be carried out by the NMIs, the BIPM and the International Committee for Weights


http://www.bipm.org/en/CGPM/db/24/1/





and Measures (CIPM) together with its Consultative Committees (CCs) so that new definitions of the kilogram, ampere, kelvin, and mole in terms of fundamental constants could be adopted, that, although this work has progressed well, not all the requirements set out in Resolution 12 adopted by the General Conference at its 23rd meeting in 2007 have been satisfied and so the International Committee for Weights and Measures is not yet ready to make a final proposal, that, nevertheless, a clear and detailed explanation of what is likely to be proposed can now be presented, takes note of the intention of the International Committee for Weights and Measures to propose a revision of the SI as follows: the International System of Units, the SI, will be the system of units in which:

the ground state hyperfine splitting frequency of the caesium 133 atom Δν(133Cs)hfs is exactly 9 192 631 770 hertz,

the speed of light in vacuum c is exactly 299 792 458 metre per second, the Planck constant h is exactly 6.626 06X ×10-34 joule second, the elementary charge e is exactly 1.602 17X ×10-19 coulomb, the Boltzmann constant k is exactly 1.380 6X ×10-23 joule per kelvin, the Avogadro constant NA is exactly 6.022 14X ×1023 reciprocal mole, the luminous efficacy Kcd of monochromatic radiation of frequency 540 ×1012 Hz is

exactly 683 lumen per watt,

where (i) the hertz, joule, coulomb, lumen, and watt, with unit symbols Hz, J, C, lm, and W, respectively, are related to the units second, metre, kilogram, ampere, kelvin, mole, and candela, with unit symbols s, m, kg, A, K, mol, and cd, respectively, according to Hz = s-1, J = m2 kg s-2, C = s A, lm = cd m2 m-2 = cd sr, and W = m2 kg s-3, (ii) the symbol X in this Draft Resolution represents one or more additional digits to be added to the numerical values of h, e, k, and NA, using values based on the most recent CODATA adjustment, from which it follows that the SI will continue to have the present set of seven base units, in particular

the kilogram will continue to be the unit of mass, but its magnitude will be set by fixing the numerical value of the Planck constant to be equal to exactly 6.626 06X ×10-34 when it is expressed in the SI unit m2 kg s-1, which is equal to J s,

the ampere will continue to be the unit of electric current, but its magnitude will be set by fixing the numerical value of the elementary charge to be equal to exactly 1.602 17X ×10-19 when it is expressed in the SI unit s A, which is equal to C,

the kelvin will continue to be the unit of thermodynamic temperature, but its magnitude will be set by fixing the numerical value of the Boltzmann constant to be equal to exactly 1.380 6X ×10-23 when it is expressed in the SI unit m2 kg s-2 K-1, which is equal to J K-1,

the mole will continue to be the unit of amount of substance of a specified elementary entity, which may be an atom, molecule, ion, electron, any other particle or a specified group of such particles, but its magnitude will be set by fixing the numerical value of the Avogadro constant to be equal to exactly 6.022 14X ×1023 when it is expressed in the SI unit mol-1.

The General Conference on Weights and Measures further notes that since the new definitions of the kilogram, ampere, kelvin and mole are intended to be of the explicit-constant type, that is, a definition in which the unit is defined indirectly by specifying explicitly an exact value for a well-recognized fundamental constant,




the existing definition of the metre is linked to an exact value of the speed of light in vacuum, which is also a well-recognized fundamental constant, the existing definition of the second is linked to an exact value of a well-defined property of the caesium atom, which is also an invariant of nature, although the existing definition of the candela is not linked to a fundamental constant, it may be viewed as being linked to an exact value of an invariant of nature, it would enhance the understandability of the International System if all of its base units were of similar wording, the International Committee for Weights and Measures will also propose the reformulation of the existing definitions of the second, metre and candela in completely equivalent forms, which might be the following:

the second, symbol s, is the unit of time; its magnitude is set by fixing the numerical value of the ground state hyperfine splitting frequency of the caesium 133 atom, at rest and at a temperature of 0 K, to be equal to exactly 9 192 631 770 when it is expressed in the SI unit s-1, which is equal to Hz,

the metre, symbol m, is the unit of length; its magnitude is set by fixing the numerical value of the speed of light in vacuum to be equal to exactly 299 792 458 when it is expressed in the SI unit m s-1,

the candela, symbol cd, is the unit of luminous intensity in a given direction; its magnitude is set by fixing the numerical value of the luminous efficacy of monochromatic radiation of frequency 540 ×1012 Hz to be equal to exactly 683 when it is expressed in the SI unit m-2 kg-1 s3 cd sr, or cd sr W-1, which is equal to lm W-1.

In this way, the definitions of all seven base units will be seen to follow naturally from the set of seven constants given above. In consequence, on the date chosen for the implementation of the revision of the SI:

the definition of the kilogram in force since 1889 based upon the mass of the international prototype of the kilogram (1st meeting of the CGPM, 1889, 3rd meeting of the CGPM, 1901) will be abrogated,

the definition of the ampere in force since 1948 (9th meeting of the CGPM, 1948) based upon the definition proposed by the International Committee (CIPM, 1946, Resolution 2) will be abrogated,

the conventional values of the Josephson constant KJ-90 and of the von Klitzing constant RK-90 adopted by the International Committee (CIPM, 1988, Recommendations 1 and 2) at the request of the General Conference (18th meeting of the CGPM, 1987, Resolution 6) for the establishment of representations of the volt and the ohm using the Josephson and quantum Hall effects, respectively, will be abrogated,

the definition of the kelvin in force since 1967/68 (13th meeting of the CGPM, 1967/68, Resolution 4) based upon a less explicit, earlier definition (10th meeting of the CGPM, 1954, Resolution 3) will be abrogated,

the definition of the mole in force since 1971 (14th meeting of the CGPM, 1971, Resolution 3) based upon a definition whereby the molar mass of carbon 12 had the exact value 0.012 kg mol-1 will be abrogated,

the existing definitions of the metre, second and candela in force since they were adopted by the CGPM at its 17th (1983, Resolution 1), 13th (1967/68, Resolution 1) and 16th (1979, Resolution 3) meetings, respectively, will be abrogated.


http://www.bipm.org/en/CIPM/db/1946/2/









The General Conference on Weights and Measures further notes that on the same date the mass of the international prototype of the kilogram m(K) will be 1 kg but with a relative

uncertainty equal to that of the recommended value of h just before redefinition and that subsequently its value will be determined experimentally,

that the magnetic constant (permeability of vacuum) µ0 will be 4π ×10-7 H m-1 but with a relative uncertainty equal to that of the recommended value of the fine-structure constant α and that subsequently its value will be determined experimentally,

that the thermodynamic temperature of the triple point of water TTPW will be 273.16 K but with a relative uncertainty equal to that of the recommended value of k just before redefinition and that subsequently its value will be determined experimentally,

that the molar mass of carbon 12 M(12C) will be 0.012 kg mol-1 but with a relative uncertainty equal to that of the recommended value of NAh just before redefinition and that subsequently its value will be determined experimentally.

The General Conference on Weights and Measures encourages researchers in national metrology institutes, the BIPM and academic institutions to continue their

efforts and make known to the scientific community in general and to CODATA in particular, the outcome of their work relevant to the determination of the constants h, e, k, and NA, and

the BIPM to continue its work on relating the traceability of the prototypes it maintains to the international prototype of the kilogram, and in developing a pool of reference standards to facilitate the dissemination of the unit of mass when redefined,

invites CODATA to continue to provide adjusted values of the fundamental physical constants based on all

relevant information available and to make the results known to the International Committee through its Consultative Committee for Units since these CODATA values and uncertainties will be those used for the revised SI,

the CIPM to make a proposal for the revision of the SI as soon as the recommendations of Resolution 12 of the 23rd meeting of the General Conference are fulfilled, in particular the preparation of mises en pratique for the new definitions of the kilogram, ampere, kelvin and mole,

the CIPM to continue its work towards improved formulations for the definitions of the SI base units in terms of fundamental constants, having as far as possible a more easily understandable description for users in general, consistent with scientific rigour and clarity,

the CIPM, the Consultative Committees, the BIPM, the OIML and National Metrology Institutes significantly to increase their efforts to initiate awareness campaigns aimed at alerting user communities and the general public to the intention to redefine various units of the SI and to encourage consideration of the practical, technical, and legislative implications of such redefinitions, so that comments and contributions can be solicited from the wider scientific and user communities.

The reader should note that the official version of this Resolution is the French text.


http://www.bipm.org/fr/CGPM/db/24/1/


EFFETTI DEGLI ERRORI SULLE UNITA’ DI MISURA La NASA ogni tanto usa il sistema internazionale delle unità di misura e ogni tanto il sistema anglosassone ..................



e continua ad insistere ...................... (e i giornali Italiani non se ne accorgono)



Misura di grandezze sensoriali: illuminazione e rumore

Misurare la illuminazione ed il rumore vuol dire misurare la “sensazione” che noi riceviamo attraverso gli occhi, la luce, attraverso l’epidermide, e principalmente il timpano nell’orecchio, per il suono.

Sono stati compiuti numerosi studi su queste due sensazioni per tentare di misurare in maniera oggettiva queste due grandezze attraverso la definizione di unità di misura appartenenti al Sistema Internazionale delle unità di misura. Questi studi sono giunti alla definizione di una unità di misura per l’illuminazione, la candela, ma solo alla standardizzazione di procedure di misura per il rumore.

La fotometria: Scienza della misura della luce visibile in unità che tengano conto della sensibilità dell’occhio umano1

Storicamente l’unità di misura della illuminazione fu la candela, inizialmente proprio una

candela di cera, sostituita successivamente da fiamme di gas e poi da filamenti incandescenti. La introduzione diffusa però di sistemi di illuminazione, prima a gas e poi elettrici, con la nascita di considerevoli interessi economici collegati, impose la ricerca di sistemi di misura validi e riconosciuti internazionalmente.

Il problema principale per la definizione di una unità di misura della illuminazione consiste nel fatto che sono fondamentalmente diversi i meccanismi della emissione luminosa e della percezione umana della stessa.

La emissione elettromagnetica viene generata da tutti i corpi a temperatura diversa dallo zero assoluto; essa può essere continua, ovvero avvenire, sia pure con diverse intensità, in corrispondenza di tutte le possibili frequenze, come avviene per l'emissione del corpo nero e, in generale per tutti i solidi, oppure in modo discreto, ovvero solo in corrispondenza di poche e specifiche frequenze dipendenti dalla propria composizione atomica, nel caso dei gas. La emissione elettromagnetica infine avviene con intensità crescenti all’aumentare della temperatura e, nel caso dei solidi, con un picco di intensità che, all’aumentare della temperatura, si sposta verso le frequenze più basse (verso le lunghezze d’onda più elevate).

Nel nostro occhio vi sono dei sensori, chiamati coni, che hanno una sensibilità globalmente continua per tutte le emissioni fra i 400 THz (rosso) e i 790 THz (violetto); i coni però sono di tre tipi distinti con picchi di sensibilità rispettivamente in corrispondenza del verde, i più sensibili, del rosso, del blu.2

Per combinare queste diverse caratteristiche, quella dell’emissione e quella della sensibilità dell’occhio umano, gli Istituti metrologici di numerose nazioni intrapresero studi ed esperienze coordinate, a partire dal 1913, da una apposita Commissione Internazionale per l’Illuminazione (éclerage) CIE. Il primo risultato ottenuto fu una “curva di ponderazione” della sensibilità dell’occhio umano. A 100 osservatori, posti in condizioni controllate, fu chiesto di valutare la sensazione di luminosità provocata da emissioni luminose monocromatiche; il risultato statistico, la “Curva fotometrica CIE” qui di seguito riportata, riproduce l’efficienza luminosa dell’occhio umano e può essere utilizzata come fattore di ponderazione per calcolare le misure fotometriche ovvero le sensazioni luminose indotte da specifici spettri della luce.

1 Photometry and radiometry: www.helios32.com/Measuring Light.pd 2 Ricordando la relazione fra frequenza di una onda elettromagnetica e la sua lunghezza d’onda

=c/f, con c velocità della luce, il campo di sensibilità dell’occhio umano spazia tra i 0,38 m del violetto e i 0,77m del rosso, il picco di sensibilità

delle tre tipologie di coni è centrato nel blu, 650THz ‐ 0,46m, nel verde, 560THz ‐ 0,54m, nel rosso, 440THz ‐

0,68m.



Mediante questa curva era quindi possibile confrontare l’emissione luminosa continua con

quelle discrete portando, nel 1948 alla definizione della candela del sistema SI, unità di misura di intensità luminosa, definita mediante una emissione continua e cioè come:

“La candela è uguale ad 1/60 dell'intensità luminosa emessa dal radiatore integrale (corpo nero),

alla temperatura di solidificazione del Platino, in direzione normale al foro di uscita della radiazione dal radiatore, l'area del foro essendo uguale a 1 centimetro quadrato”

Successivi studi e discussioni portarono, nel 1979, alla definizione di una nuova unità di misura,

riferita alle unità SI, ovviamente di valore poco differente rispetto al precedente, ma che utilizza una particolare emissione monocromatica,

“La candela è l’intensità luminosa, in una direzione assegnata, di una sorgente che emette una

radiazione monocromatica di frequenza 540 × 1012 hertz e la cui intensità energetica in tale direzione è di 1/683 watt per steradiante”

aprendo quindi la strada alla commercializzazioni di apparati illuminanti, oggi divenuti

obbligatori grazie al fatto che richiedono meno energia elettrica a pari illuminazione, che emettono spettri discontinui con componente centrata sul verde con luminosità quindi certificata ma con effetto sensitivo in generale meno gradevole della luce naturale o della luce generata dalle lampadine ad incandescenza.



La misura del rumore

Le problematiche legate alla misura del rumore sono in larga parte le stesse viste per la misura della luminosità: - le sorgenti di rumore emettono onde di pressione caratterizzate dalla presenza di numerose

frequenze, - il nostro orecchio possiede differenti sensibilità alle frequenze delle onde sonore, non capta nulla

poi se la loro frequenza è inferiore ai 20Hz o superiore ai 32.000Hz, varia la propria sensibilità alle varie frequenze al variare della intensità sonora. La importante differenza fra i due fenomeni è che mentre le luminosità nelle applicazioni di

interesse hanno una relativamente moderata variabilità in termini di intensità, i rumori hanno una enorme variabilità se si pensa che un orecchio fine è in grado di percepire onde di pressione di 2x10-5 Pa mentre un aereo al decollo può creare onde di pressione fino a 2x10+3 Pa ovvero cento milioni di volte superiori3. Questa grande variabilità ha scoraggiato l’utilizzo della unità di misura di pressione per misurare il suono portando all’utilizzo generalizzato del decibel sonoro ovvero di un valore definito attraverso il logaritmo del rapporto fra la pressione e la pressione di 2x10-5 Pa corrispondente alla pressione della più flebile onda sonora percepibile dall'uomo. Con la definizione quindi

dB = 20log (p/2x10-5) si riescono a definire tutti i campi di pressione di interesse con numeri compresi fra 1 e 160 e

quindi con numeri gestibili. Analogamente infine a quanto fatto con l’intensità luminosa per definire la curva fotometrica

CEI, si sono fatti ascoltare a persone poste in condizioni controllate rumori monofrequenti di diverse intensità e si sono costruite corrispondentemente delle curve di pari percezione; da ultimo queste curve sono state catalogate tramite il valore in decibel corrispondente alla pressione sonora dall’onda a 1000 Hz. Alle curve di pari percezione è stato attribuito il nome di curve isofoniche e cioè a pari “phon”.

3 Si noti che la misura di queste "onde di pressione" viene fatta in termini di RMS




Le curve qui riportate evidenziano che esistono rapporti di sensibilità dell'orecchio umano, alle

varie frequenze, che variano con il livello di intensità sonora; questa constatazione ha portato alla definizione di tre curve di ponderazione, chiamate filtro A, filtro B, filtro C, come ben spiegato nel Doebelin dalla pagina 449 alla 463.

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