Grandezza fisica

Una grandezza fisica è la proprietà fisica di un fenomeno, corpo o sostanza, che può essere espressa quantitativamente mediante un numero e un riferimento, ovvero che può essere misurata.

Nella seconda edizione del Vocabolario Internazionale di Metrologia (1993) una grandezza era definita come "la proprietà misurabile di un fenomeno, corpo o sostanza, che può essere distinta qualitativamente e determinata quantitativamente"; pertanto, la misurazione, e di conseguenza la qualifica di grandezza, non può essere applicata alle proprietà nominali. Nella definizione di "grandezza" del VIM nepe 3 il termine "riferimento" può essere una unità di misura, una procedura di misura, o un materiale di riferimento, o una loro combinazione. Sebbene in base a questa definizione, il concetto di "grandezza" coincida con quello di "grandezza fisica scalare", può essere considerato "grandezza" anche un vettore le cui componenti siano grandezze.

Il concetto di grandezza, inoltre, può essere specificato progressivamente in vari livelli di concetti specifici; per esempio, la grandezza "lunghezza" può essere specificata in quelle di raggio  o di lunghezza d'onda.

Confrontare e rapportare 
Nel SI (Sistema internazionale di unità di misura), adottato per legge in Italia dal 1976 e obbligatorio negli atti pubblici, le grandezze si dividono in 7 grandezze base e numerose grandezze derivate dalle precedenti. Condizione necessaria perché una (classe di equivalenza di) proprietà sia misurabile è quella di poter stabilire una relazione d'ordine fra quelle proprietà in sistemi diversi: poter giudicare quale sistema esibisce "più" proprietà dell'altro. Se tale confronto può essere basato sul rapporto, espresso da un numero, fra le proprietà dei due sistemi, allora la classe di equivalenza di quelle proprietà costituisce una grandezza fisica.

In questo caso, è possibile scegliere la proprietà di un particolare sistema ed eleggerla a unità di misura per quella grandezza fisica. Fissata l'unità di misura, la quantità di tale grandezza per un qualsiasi altro sistema potrà dunque essere univocamente specificata da un valore numerico ottenuto dal rapporto con la proprietà scelta come campione di riferimento. Possiamo quindi esprimere il valore di una grandezza fisica  come il prodotto di un valore numerico {M} e un'unità di misura [M]:

 = {M} x [M]

Esistono anche grandezze adimensionali, per le quali non è necessario definire un'unità di misura (ad esempio la frazione molare e il numero di Reynolds). Come detto, essere capaci di confrontare proprietà omogenee significa semplicemente essere capaci di stabilire una relazione d'ordine fra quelle proprietà in sistemi diversi. La possibilità di valutare un rapporto numerico fra le due proprietà è invece una condizione più forte.

Il tipico controesempio di proprietà fisica che non costituisce una grandezza fisica (propriamente detta) è dato dalla temperatura. Sebbene, dati due corpi, sia sempre possibile giudicare quale sia a temperatura maggiore o minore dell'altro (ad esempio misurando la direzione in cui fluisce il calore), tuttavia non avrebbe alcun significato fisico l'affermazione secondo cui un corpo si trova a temperatura, per dire, doppia di quella dell'altro. Nel caso della temperatura, ovvero nel caso di una proprietà fisica che manifesta soltanto una relazione d'ordine, è possibile applicare metodi quantitativi solo definendo una scala (di misura), che in questo caso diremo termometrica. Anche se con abuso di linguaggio si parla di unità di misura della temperatura, si tratta in realtà di una corrispondenza (arbitraria) fra la proprietà esibita da diversi fenomeni e una porzione dell'asse dei numeri reali.

L'arbitrarietà di una tale scelta è molto maggiore dell'arbitrarietà della scelta di un'unità di misura per una (vera) grandezza fisica: infatti una qualsiasi trasformazione monotòna di una particolare scala termometrica scelta, costituirebbe un'alternativa del tutto legittima al problema di quantificare la proprietà fisica in questione, la temperatura.
Il caso delle grandezze fisiche propriamente dette, in questo senso, è speciale, perché esiste una scala naturale di confronto, data appunto dal rapporto reciproco: se un sistema presenta il doppio di una data proprietà rispetto a un altro sistema, i valori numerici Q rispecchieranno tale rapporto, qualsiasi sia l'unità di misura scelta per tale grandezza.

Ad esempio, la lunghezza di un oggetto può essere confrontata con quella di un altro oggetto. La lunghezza, in astratto, costituisce una grandezza fisica perché è possibile stabilire la proporzione, ovvero il rapporto fra la lunghezza specifica di due oggetti. Possiamo allora scegliere la lunghezza di un oggetto particolare, come il metro campione, e utilizzarla come unità di misura per la lunghezza di qualsiasi altro oggetto.

Classificazione 
Le grandezze fisiche possono essere:

 intrinseche: non dipendono dal sistema di riferimento scelto (pressione, volume)
 estrinseche: dipendono dal sistema di riferimento scelto (giacitura, velocità)
 globali: si riferiscono all'intero sistema fisico o a porzioni di esso (volume, massa)
 locali: si riferiscono a un intorno puntuale del sistema fisico (pressione, temperatura)
 estensive: dipendono dalla quantità di materia del sistema (volume V, entalpia H, entropia S, ammontare di sostanza n)
 intensive: non dipendono dalla quantità di materia del sistema (pressione p, temperatura T, composizione χi, potenziale chimico μ o μi). Sono ottenute dal rapporto di grandezze estensive e possono essere adimensionali.
 specifiche (o massiche o ponderali): sono riferite a una unità di massa
 molari: sono riferite a una mole di sostanza pura (volume molare Vm, entalpia molare Hm, potenziale chimico Gm o μ, capacità termica molare a p costante Cp,m). Nel caso di una miscela di sostanze vengono definite anche grandezze molari parziali riferite a una mole di un singolo componente.

Grandezze fondamentali 
La scelta delle grandezze base è il punto di partenza di ogni analisi dimensionale.
Il Sistema internazionale considera fondamentali queste sette grandezze fisiche:

Grandezze derivate 
Ogni altra grandezza fisica è omogenea a un prodotto di potenze di grandezze fondamentali detto dimensione, e grandezze (unita di misura) con la stessa dimensione sono fra loro omogenee per transitività, anche se solo alcune loro combinazioni hanno senso fisicamente.

Note

Voci correlate 
 Grandezza fisica scalare
 Grandezza fisica vettoriale
 Grandezza fisica tensoriale
 Grandezza parziale molare
 Grandezze residue
 Proprietà fisica
 Unità di misura

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