Unità definite in meccanica

Nel S.I. le grandezze fondamentali della meccanica sono il tempo, la lunghezza e la massa. Le rispettive unità fondamentali sono il secondo, il metro e il chilogrammo.
Combinando tra di loro le grandezze fondamentali mediante moltiplicazioni e divisioni si ottengono varie grandezze derivate, nonché le corrispondenti unità derivate. Ad esempio:

• Il volume è il prodotto di 3 lunghezze. La sua unità di misura è il metro cubo (m³).
• La velocità è il rapporto tra una lunghezza e un tempo. La sua unità di misura è il metro al secondo (m s^-1).
• La quantità di moto (o momento lineare) è il prodotto di una massa per una velocità. La sua unità di misura è il chilogrammo per metro al secondo (kg m s^-1).

Alcune unità derivate sono dotate di nome e simbolo propri. Le elenchiamo nella tabella sottostante.

Grandezza	Unità	Simbolo	Conversione	Note
Frequenza	hertz	Hz	1 Hz = 1 s-1	1, 2
Forza	newton	N	1 N = 1 kg m s-2	3
Pressione	pascal	Pa	1 Pa = 1 N m-2	4, 5
Lavoro, energia, quantità di calore	joule	J	1 J = 1 N m	6, 7
Potenza	watt	W	1 W = 1 J s-1	8

1. La frequenza &nu di un fenomeno periodico è l'inverso del suo periodo T: &nu=1/T.
   Una grandezza G dipende periodicamente dal tempo, con periodo T, se per qualsiasi istante t si ha che G(t)=G(t+T).
   La frequenza misura il numero di volte che un fenomeno periodico si ripete in un secondo.
2. Le grandezze periodiche sinusoidali vengono descritte analiticamente con espressioni del tipo G(t)=A sin(&omega t), dove &omega è detta frequenza angolare, e si misura in rad s^-1. La relazione tra frequenza angolare &omega e frequenza &nu è: &omega=2 &pi &nu.
3. La forza unitaria di 1 N è la forza che imprime alla massa di 1 kg un'accelerazione di 1 m s^-2.
4. La pressione unitaria di 1 Pa è la pressione esercitata su una superficie di 1 m² dalla forza di 1 N esercitata perpendicolarmente alla superficie.
5. Il pascal è un'unità di misura piccola rispetto a molte esigenze pratiche. Viene spesso utilizzata un'unità di misura più grande, il bar: 1 bar = 10⁵ Pa. Il bar è un'unità non-SI ammessa all'uso. La pressione di 1 bar corrisponde all'incirca alla pressione atmosferica (più precisamente, la pressione atmsferica standard è 101325 Pa = 1.01325 bar).
6. Il lavoro unitario di 1 J è il lavoro della forza di 1 N per uno spostamento di 1 m nella direzione della forza.
7. Gli esperimenti di Joule a metà del XIX secolo hanno dimostrato l'equivalenza tra calore e lavoro. Lavoro e calore non sono altro che differenti forme con cui due sistemi fisici possono scambiarsi energia. Il joule è pertanto unità di misura anche per le quantità di calore. L'unità di misura caloria (nelle sue diverse definizioni) non è ammessa dal S.I. e non dovrebbe pertanto venire più utilizzata.
8. La potenza unitaria di 1 W corrisponde al lavoro di 1 J svolto nell'intervallo di tempo di 1 s.

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Esistono grandezze fisiche diverse che hanno unità di misura uguali; ad esempio:

• il lavoro meccanico, prodotto di una forza per uno spostamento parallelo alla forza
• il momento di una forza, prodotto di una forza per una distanza perpendicolare alla forza

pur avendo significato fisico completamente diverso, si misurano in N m (newton per metro).
Uguali unità di misura non corrispondono pertanto sempre ad uguali grandezze fisiche.
 

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Origine dei nomi

hertz	Dal nome del fisico tedesco Heinrich Rudolf Hertz (Amburgo 1857 -Bonn 1894). Hertz verificò sperimentalmente l'esistenza delle onde elettromagnetiche (1887), previste teoricamente da J.K. Maxwell 16 anni prima.
newton	Dal nome del fisico e matematico inglese Isaac Newton (Woolsthorpe, Lincolnshire 1642 - Londra 1727). Autore della sistemazione assiomatica della meccanica, scopritore della legge della gravitazione universale, inventore del calcolo infinitesimale, effettuò anche importanti ricerche nel campo dell'ottica.
pascal	Dal nome dello scienziato e filosofo francese Blaise Pascal (Clermont-Ferrand 1623 - Parigi 1662). Autore, tra l'altro, di importanti ricerche sperimentali sul vuoto e sulla statica dei fluidi.
joule	Dal nome del fisico inglese James Prescott Joule (Salford 1818 - Sale, Cheshire 1889). Joule effettuò ricerche di elettricità e termodinamica, determinando l'equivalente meccanico della caloria ed enunciando la legge relativa all'effetto termico della corrente elettrica cge porta il suo nome.
watt	Dal nome dell'inventore scozzese James Watt (1736-1819). Effettuò ricerche sulle macchine termiche a vapore, e nel 1769 brevettò la prima macchina con condensatore separato dal cilindro. Nel 1782 introdusse come unità di potenza il cavallo vapore britannico (horse power).