Sistema internazionale di unità di misura

Ilsistema internazionale di unità di misura(infrancese:Système international d'unités), abbreviato inSI(pronunciatoesse-i), è il più diffuso sistema diunità di misura.
LaConvenzione del Metrodel 1875 ha posto le basi per un sistema di unità di misura comune, chiamato dal 1961Sistema Internazionale. Nel corso del tempo si sono aggiunte altre unità di misura di base, fino ad arrivare a sette nel 1971; ognuna di esse è riferita ad unagrandezza fisica. Tutte le altre unità di misura si ricavano da queste e sono quindi dette unità derivate.
Alcunipaesi anglosassoni, pur avendo adottato il sistema SI, usano ancora delle unità consuetudinarie, comequelle statunitensiebritanniche.
La difficoltà culturale del passaggio da un sistema all'altro è essenzialmente legata a radici storiche. Il sistema internazionale impiega per la maggior parte unità delsistema metrico decimalenate nel contesto dellarivoluzione francese: le unità SI hanno gli stessi nomi e praticamente la stessa grandezza pratica delle unità metriche. Il sistema, basato sulle grandezze tempo-lunghezza massa, era stato inizialmente chiamatoSistema MKSper distinguerlo dal similareSistema CGS; le sueunità di misuraerano metro, chilogrammo e secondo anziché centimetro, grammo, secondo.
Il precursore del SI di misura è il sistema metrico decimale elaborato da una commissione presieduta daLagrangedal 1791. Tale sistema si diffonde lentamente in Europa, tra cui anche in Italia.
Unità, terminologia e raccomandazioni del SI vengono fissate dallaConférence générale des poids et mesures(CGPM), "Conferenza generale dei pesi e delle misure", organismo collegato con ilBureau international des poids et mesures(BIPM), "Ufficio internazionale dei pesi e delle misure", organismi creati allaconvenzione del Metrodel1875.
Il sistema nacque nel1889in Francia con la 1ªCGPM: allora si chiamava "Sistema MKS" perché comprendeva solo le unità fondamentali di lunghezza (metro), di massa (chilogrammo) e di tempo (secondo).
Nel1935, su proposta del fisicoGiovanni Giorgi, il sistema fu ampliato per includere delle unità per le grandezze elettriche. Il primo tentativo fu il "Sistema MKS-Ω", adottato dallaCommissione Elettrotecnica Internazionale, in cui era stata inizialmente scelta come grandezza base laresistenza elettrica, con unità di misura costituita dall'ohm. Dopo la guerra, nel1946, sempre su proposta di Giorgi, la CGPM approvò il passaggio dalla scelta della resistenza elettrica come grandezza base allacorrente elettrica, definendo in secondo luogo come sua unità base l'ampere. Nacque così il "Sistema MKSA", chiamato anche "Sistema Giorgi".
Nel1954la 10ª CGPM aggiunse latemperatura assoluta(e l'unità di misura associata:kelvin) e la intensità luminosa (definendo poi come sua unità di misura lacandela) come quinta e sesta grandezze fondamentali.
Nel1961la 11ª CGPM sancisce finalmente la nascita del Sistema internazionale (SI).
Nel1971la 14ª CGPM aggiunge laquantità di sostanzacome grandezza fondamentale, e definisce lamoleattraverso ilnumero di Avogadro.
Nel 2018 la 26ª CGPM ha ridefinito le unità fondamentali in termini dicostanti fisiche,aggiornandosi finalmente con la considerazione dei risultati raggiunti da anni nella disciplina dell'analisi dimensionale.
Quindi oggi il nucleo centrale del SI consiste in ordine logico in:
A partire dal nucleo del Sistema Internazionale si possono definire tutte le altre grandezze, che vengono dette derivate.
Queste sono legate alle grandezze base dalleleggi fisicheconsiderate, e in modo corrispondente lo sono le loro unità di misura.
Il sistema internazionale individua una sola unità di misura per ogni grandezza derivata (su cui si applicano i prefissi), che è sempre un semplice prodotto di potenze delle unità base. Questo consente di eliminare i coefficienti di conversione e di facilitare il più possibile i calcoli dei rapporti tra i valori delle grandezze fisiche in un problema.
Il sistema internazionale di misura viene definito un sistemacoerente, in quanto le unità di misura derivate sono esprimibili come semplice prodotto e rapporto tra le grandezze fisiche fondamentali.
Infine, il SI ha definito deiprefissi decimalie binari da aggiungere alleunità di misuraper identificare multipli e sottomultipli.
Per uniformare la grafia ed evitare errori di interpretazione il SI prevede alcune norme per la scrittura delle unità di misura e dei relativi simboli.
Leunità di misuradovrebbero essere scritte per esteso se inserite in un testo discorsivo; la scrittura deve essere incaratteretondominuscoloe si devono evitare segni grafici come accenti osegni diacritici. Ad esempio, si deve scrivereamperee non ampère o Ampere.
I simboli (senza prefisso) devono essere indicati con l'iniziale minuscola, con l'eccezione di quelli in cui l'unità di misura è eponima, ossia deriva dal nome di uno scienziato, e di quelli in cui il simbolo del prefisso moltiplicativo è maiuscolo. Per esempio, il simbolo dell'unità di misura della pressione, dedicato aBlaise Pascal, èPa, invece l'unità di misura viene scritta per esteso in minuscolo:pascal. Ilsecondoè s e non sec, ilgrammoè g e non gr, ilmetroè m e non mt. L'unica eccezione è per illitro, il cui simbolo può essere sia l sia L.
I simboli dei prefissi e delle unità di misura SI sono entità matematiche perciò, a differenza delleabbreviazioni, i simboli del SI non devono essere seguiti dal punto (per ilmetro: m e non m.); essi devono inoltre stare dopo il valore numerico (per esempio si scrive20 cme noncm 20) con uno spazio tra il numero e il simbolo:2,21 kg,7,3×10m². Nelle unità di misura composte (per esempio ilnewton metro: N m) i simboli delle unità devono essere separati da uno spazio o da un punto a mezza altezza, detto anchepunto mediano(·).Non è ammesso l'uso di altri caratteri, come il trattino: per esempio, si può scrivere N m o N·m, ma non N-m. In caso di divisione fra unità di misura, si può usare il carattere /, o la barra orizzontale o un esponente negativo: per esempio J/kg o J kgo J·kg.
Un prefisso è parte integrante dell'unità e va apposto al simbolo dell'unità senza spazi (per es. k in km, M in MPa, G in GHz, μ in μg). Non sono permesse combinazioni di prefissi (per es. mμm va scritto come nm). Una unità con prefisso costituisce un'espressione simbolica singola (per es. km² è equivalente a (km)²).
Qualora necessario, gruppi di unità di misura possono essere messi tra parentesi:J/K molo J/K·mol o J·K·moloJ (K·mol).
Per i simboli è opportuno evitare ilcorsivoe ilgrassettoallo scopo di differenziarli dalle variabili matematiche e fisiche (per esempiomper la massa elper la lunghezza).
Occorre anche ricordare che, nonostante il sistema SI ammetta l'uso del plurale per i nomi delle unità di misura (joules, watts, ...), le norme linguistiche italiane stabiliscono, con riferimento ai termini stranieri entrati nel vocabolario italiano, che una volta che ne sono diventati parte, vanno accettati come elementi congelati nella loro essenza irriducibile alle strutture morfologiche di base del sistema flessivo nominale dell'italiano. Quindi non si ammette la scrittura di jouli o watti (come si farebbe invece con litri e metri), ma nemmeno di joules e watts, perché l'italiano non prevede la formazione del plurale dei sostantivi tramite l'aggiunta della desinenza -s o -es.
Per raggruppare le cifre della parte intera di un valore numerico a tre a tre partendo da destra bisogna utilizzare lo spazio. Ad esempio, 1 000 000 o 342 142 (in altri sistemi si scrive1,000,000 o 1.000.000).
Come separatore tra la parte intera e quella frazionaria di un valore nunerico (separatore decimale) va usata invece la virgola. Ad esempio, 24,51. Nel2003laCGPMha concesso l'impiego del punto nei testi in inglese.
Il SI è un riferimento per molti Stati, come l'Italia, dove l'uso è stato adottato per legge nelD.P.R.n. 802/1982ai sensi delladirettiva del Consiglio CEEdel 18 ottobre 1971 (71/354/CEE), modificata il 27 luglio 1976 (76/770/CEE). Il suo uso è obbligatorio nella stesura diattie documenti con valore legale, tant'è che in difetto gli atti potrebbero essere invalidati.
Il Sistema Internazionale sceglie come base sette particolari grandezze odimensioni fisiche, dal2009descritte dal più generale Sistema Internazionale di Grandezze (ISQ) (normaISO/IEC 80000, del 2009, che sovrascrive i precedenti standard definiti dal 1992:ISO 31eISO 1000):
e per definirle si basa su sette costanti fondamentali, riportate in tabella di seguito.
Tutte le altre grandezze sono considerate riducibili a combinazioni di queste grandezze. 
Tutte le altre costanti sono considerate riducibili a combinazioni di queste costanti.
La definizione del nucleo logico del Sistema Internazionale è questa semplicetabella dimensionale: esprime la relazione dimensionale fra le costanti e le grandezze base:
Invertendo questa tabella si ricavano le definizioni delle grandezze base come semplice prodotto di potenze a esponente intero delle costanti fondamentali, e successivamente si possono cominciare a scegliere le unità di misura base per le grandezze e i valori delle costanti scelti.
A questo punto si assegna un nome ad ogni unità di misura che si vuole associare ad una grandezza base:
Semplicemente sostituendo le unità alle grandezze base nella tabella dimensionale, ne risulta l'espressione delle costanti nelle unità appena definite (e in teoria incognite):
Invertendo questa corrispondenza tra le costanti fisiche e le unità di misura si ricavano le definizioni delle unità di misura base.
Il sistema internazionale corrisponde alla combinazione di questi valori (esattia partire dall'ultima revisione del 2018) per le costanti fondamentali, scelti a posteriori in modo da fare coincidere le misure effettive delle unità base appena definite con quelle delle unità corrispondenti che sono state definite in precedenza nel corso della Storia del sistema metrico, su base empirica:
Per leunità naturali, invece, i valori delle costanti hanno valori matematici unitari o notevoli.
L'insieme delle teorie fisiche su cui si fonda il Sistema Internazionale permette di dedurre tutte le grandezze fisiche a partire dalle sette grandezze fondamentali illustrate.
In secondo luogo, le unità di misura che il Sistema Internazionale ha scelto per queste grandezze derivate è stato concepito in modo da rendere il più possibile intuitivo il calcolo dei valori numerici: ciò è stato possibile studiando la matematizzazione sistematica dell'analisi dimensionale.
Definendo le unità derivate come semplici prodotti di potenze (solitamente a esponente intero) di unità base, è possibile calcolare i valori delle grandezze derivate eliminando ifattori di conversionetipici dei sistemi tecnici e variabili da un sistema tecnico all'altro.
Le grandezze fisiche derivate si possono così ottenere dalla combinazione per moltiplicazione o divisione delle grandezze fisiche fondamentali senza fattori numerici di conversione.Molte di esse hanno nomi particolari (ad esempio la grandezza derivata "joule/secondo" è chiamata anche "watt"). Verificando la relazione tra le grandezze fisiche derivate e le grandezze fisiche fondamentali non solo si vede la relazione esistente tra due grandezze fisiche ma, attraverso l'analisi dimensionale, si può verificare la correttezza sui calcoli e/o equazioni di una legge fisica.
Alle unità SI si aggiungono solitamente dei prefissi decimali per cambiare la scala di misurazione e rendere così i valori numerici né troppo grandi, né troppo piccoli. Per fare questo è utile passare attraverso lanotazione scientifica. Ad esempio, laradiazione elettromagneticanelcampo del visibileha lunghezze d'onda pari circa a0,0000005 mche, più comodamente, è possibile scrivere in notazione scientifica come5,0×10m, quindi introducendo il prefisso SI "nano-", semplicemente come500nm.
Si noti, ad evitare ambiguità, l'importanza di distinguere correttamente i simboli maiuscoli e minuscoli. 
Non è permesso utilizzare più prefissi in cascata: ad esempio non si può scrivere10000m=10 km=1 dakm(un deca chilometro).
Nel 1998 il SI ha introdotto iprefissi per multipli binariper evitare che i prefissi standard, relativi a multipli decimali, vengano usati per i multipli binari, che di regola andrebbero usati ad esempio per indicare i multipli binari deibyte; è comunque ancora usata la convenzione secondo cui, quando l'unità di misura è il byte o quelle da essa derivata, perkilosi intenda 1 024 e non 1 000, anche se si tratta in realtà di un errore.
I prefissi per i multipli binari hanno lo scopo di operare secondo le potenze di 2 invece che secondo le potenze di 10.
Il simbolo è quello standard con l'aggiunta di "i".
Così1 kBequivale in realtà a1000B, mentre1 kiBequivale a1024B. Unhard-diskda2 TBha capacità pari a2000000000000Bo di ~1,819 tebibyte, un computer conmemoriada4 gibibyteha una capacità di4294967296Bo di ~4,295 GB.
Queste unità vengono accettate accanto a quelle ufficiali del SI in quanto il loro uso è tutt'oggi molto diffuso in tutta la popolazione anche non di ambiente scientifico. Il loro uso è tollerato per permettere agli studiosi di far capire le loro ricerche a un pubblico molto ampio, anche di non esperti nel settore.Questa categoria contiene soprattutto unità di tempo e di angoli. Anche i simboli ° ′ ″ andrebbero tenuti distanziati dal valore numerico: per esempio, «2°C» è la forma corretta, mentre è errata la scrittura «2°C».
Fino al 2019 queste unità sono accettate perché quelle previste dal SI sono ricavate mediante relazioni fisiche che includono costanti non conosciute con precisione sufficiente. In questo caso si tollera l'uso di unità non ufficiali per la maggiore precisione.Con la definizione delle unità base tramite costanti fisiche, il valore è stato precisato.
Queste unità sono usate in ambiti commerciali, medici, legali e nella navigazione. Queste unità dovrebbero essere definite in relazione al SI in ogni documento in cui vengono usate. Il loro uso è però scoraggiato.