Sistema pratico degli ingegneri

Da Wikipedia, l'enciclopedia libera.

Il sistema pratico degli ingegneri o sistema tecnico (S.T.)[1] usa come grandezze fondamentali la lunghezza, la forza, il tempo e la temperatura.[2] Deve il suo nome a diversi sistemi che furono elaborati in svariate discipline tecniche basandosi in gran parte su unità pratiche provenienti soprattutto dal sistema metrico decimale, da cui si è evoluto il sistema internazionale di unità di misura (S.I.).

Non esiste un sistema tecnico standardizzato, ma si applica tale nome in genere al sistema decimale che usa il metro o il centimetro come unità di lunghezza, il chilogrammo-forza o chilogrammo-peso come unità di forza e la caloria come unità di misura del calore.[3] Siccome si basa sul peso misurato sulla Terra viene anche detto Sistema metrico gravitazionale di unità, perciò non è un sistema di unità assoluto in quanto l'accelerazione di gravità varia leggermente da punto a punto[4] e necessita di un valore di riferimento.

Unità fondamentali[modifica | modifica wikitesto]

Non essendo stato formalmente definito da un organismo di regolamentazione, il sistema tecnico in sé non definisce le unità, ma prende le definizioni di organizzazioni internazionali, in particolare la Conferenza Generale dei Pesi e delle Misure (CGPM). Ci possono essere variazioni a seconda tempo, luogo e le esigenze di una particolare area. Tuttavia, vi è un notevole accordo nel considerare come fondamentali il metro, il chilogrammo-forza e secondo.

Lunghezza[modifica | modifica wikitesto]

Come unità di lunghezza viene impiegato normalmente il metro, ma quando risulta poco pratico poiché troppo grande si ripiega sul centimetro. La definizione è quella data dal CGPM.

Forza[modifica | modifica wikitesto]

L'unità di forza è il chilogrammo-forza o chilogrammo-peso (símboli kgf o kgp e kp, dall'inglese kilopond), definito come il peso di una massa di 1 kg (SI) in condizioni di gravità normale (g = 9,806 65 m/s² alla latitudine di 45° e al livello del mare), perciò è indipendente dal valore della gravità locale.

La norma ISO 80000 nell'appendice C, dove riporta le equivalenze con le unità deprecate, definisce 1 kgf = 9,806 65 N, e afferma che se si usa il chilogrammo peso o forza il simbolo deve essere distinguibile da quello che indica la massa di 1 kg.[5]

Tempo[modifica | modifica wikitesto]

L'unità di misura del tempo è il secondo, simbolo s, medesima definizione del S.I. Comunque vi si affiancano anche minuti (= 60 s, simbolo min) ed ore (= 60 min, simbolo h) secondo le necessità.

Temperatura[modifica | modifica wikitesto]

L'unità di misura della temperatura preferita è il grado Celsius (simbolo °C), con la stessa definizione del S.I. Gode comunque della proprietà che le variazioni di temperatura in gradi Celsius coincidono con quelle in kelvin.

Unità derivate[modifica | modifica wikitesto]

Le altre unità del sistema tecnico (velocità, massa, lavoro etc.) si derivano dalle precedenti mediante leggi fisiche, in tal caso si parla di unità derivate.

Massa[modifica | modifica wikitesto]

L'unità di massa deriva dalla 2a legge di Newton, siccome Forza = Massa × Accelerazione, un'unità tecnica di massa, indicata come UTM o u.t.m., è definita come la massa che accelera di 1 m/s2 quando le viene applicata una forza di 1 chilogrammo-forza, siccome [6] allora:

  • 1 UTM = 1 = 9,806 65 kg
  • e quindi 1 kg ≈ 0,102 UTM.

Nei paesi di lingua inglese è indicata anche come hyl o metric slug (mug) mentre nei paesi di lingua tedesca è anche nota come TME.[7][8]

Energia e lavoro[modifica | modifica wikitesto]

Energia meccanica

Il lavoro e l'energia meccanica si misurano con il chilogrammetro (simbolo kgm), cioè il chilogrammo-forza per metro. Un chilogrammetro è il lavoro necessario per applicare una forza di un chilogrammo-peso per uno spostamento di un metro nella stessa direzione della forza. In pratica corrisponde al lavoro necessario a sollevare di un metro un corpo che pesa un chilogrammo-peso: 1 kgm = 1 kgf × 1 m

Calore

Nel sistema tecnico il calore è trattato come una grandezza indipendente dall'energia meccanica e quindi si utilizza un'unità apposita. L'unità di misura usata è la caloria (simbolo cal), ma quando risulta poco pratica, poiché troppo piccola si preferisce la più comoda chilocaloria (simbolo kcal). Se è necessario indicare una quantità di calore ancora più grande si usa la termia (simbolo th) pari a un milione di calorie che di fatto coincide con la megacaloria (simbolo Mcal)[9]. Tale distinzione non è più ritenuta necessaria dal CGPM e il chilogrammetro non è più adoperato.

Potenza[modifica | modifica wikitesto]

Per la potenza si usano 3 diverse unità, a seconda del campo di applicazione distinguendo tra potenza meccanica, calorifica ed elettrica.

Potenza meccanica

Si usa il cavallo vapore (simbolo CV): 1 CV = 75 kgm/s = (75·g) W = 735,498 75 W

Potenza calorifica

Si utilizza la caloria all'ora (cal/h) o, più frequentemente, la chilocaloria all'ora (kcal/h): 1 kcal/h = 1000 cal/h = 1,163 055 6 W

Anche la termia all'ora (th/h), essendo la termia pari a 1 Mcal, allora: 1 th/h = 1 Mcal/h = 1 163,055 6 kW = 1,163 055 6 MW

Potenza elettrica

Si utilizza il watt (simbolo W) così come definito dal CGPM ( 1 W = 1 J/s).

Pressione[modifica | modifica wikitesto]

La pressione se espressa in kgf/m2 (kilogrammo-forza al metro quadrato) non ha un nome specifico.

Siccome il kgf/m2 è un'unità molto piccola si suole utilizzare il chilogrammo-forza al centimetro quadrato, kgf/cm2, che prende il nome di atmosfera tecnica (simbolo: at) valore molto vicino alla pressione atmosferica normale e circa uguale ad 1 bar (1 bar = 1,019 72 kgf/cm2): 1 kgf/cm2 = 98 066,5 Pa = 1 at = 0,980 67 bar.

Negli impianti idrici e di irrigazione era molto usato il metro di colonna d'acqua (m c.a. o mH2O) ovvero la pressione esercitata alla base di una colonna d'acqua alta 1 metro, a tale unità si affianca il sottomultiplo millimetro di colonna d'acqua (mm c.a. o mmH2O) associato in genere alle perdite di carico:

  • 1 mH2O = 0,1 kgf/cm2 = 0,1 at = 9 806,65 Pa;
  • 1 at = 10 mH2O;
  • 1 mmH2O = mH2O = 9,806 65 Pa;
  • la pressione atmosferica normale (1 atm) risulta pari a 10,33 mH2O = 1,033 at;

Esistono due scale di misura che utilizzano l'atmosfera tecnica[10]:

  • la scala assoluta chiamata atmosfera tecnica assoluta (abbreviato in ata), che fissa lo zero alla pressione nel vuoto;
  • la scala relativa chiamata atmosfera tecnica effettiva (abbreviato in ate), che fissa lo zero al valore di pressione atmosferica normale.

In altri campi tecnici si utilizza il millimetro di mercurio detto anche torricelli (simboli mmHg e torr, rispettivamente) che corrisponde alla pressione alla base di una colonna di mercurio alta 1 mm: 1 torr = 13,595 mmH2O = 133,3 Pa.

Uso[modifica | modifica wikitesto]

Fino a che il S.I. non è stato adottato, il sistema tecnico si è sviluppato dalla necessità di avere unità adeguate ai fenomeni ordinari (unità pratiche) a differenza del sistema centesimale imperante nella fisica teorica (unità assolute).[4][11]

Il sistema tecnico di unità è stato usato principalmente in ingegneria. Anche se ancora usato occasionalmente, attualmente è caduto in disuso dopo l'adozione del sistema Internazionale di unità come unico sistema legale di unità in quasi tutte le nazioni.[12]

Massa o peso?[modifica | modifica wikitesto]

Nel linguaggio comune spesso i concetti di massa e peso vengono confusi, ma si tratta di concetti fisici diversi. La massa è una proprietà del corpo che esprime il coefficiente di proporzionalità tra la forza applicata e l'accelerazione subita, indipendentemente dal contesto di misura. La massa si misura con il chilogrammo-massa (indicato in questa sede kgm per sottolineare che si tratta di una misura di massa)[13] così come definito nel S.I.

Il peso è una grandezza che misura la forza con cui un corpo è attratto da un altro corpo di riferimento, la Terra ad esempio, e dipende strettamente dal valore locale dell'accelerazione di gravità. Ad esempio, sulla Terra una persona ha un peso diverso da quello che avrebbe sulla Luna, peserebbe all'incirca poiché il valore locale di accelerazione gravitazionale è circa di quello terrestre[14].

Ciò che contribuisce ad alimentare la confusione è che nella vita di tutti i giorni massa e peso vengono misurati in chilogrammi. In realtà quando si esprime il peso in chilogrammi si fa riferimento al chilogrammo-peso (kgp) cioè la forza che la Terra esercita su una massa di un chilogrammo[15]. Quindi una persona che ha una massa di 78 kgm pesa sulla Terra 78 kgp (≈ 76,5 daN) e sulla Luna 13 kgp (= ·78, circa 12,7 daN) pur essendo la sua massa invariata (sempre 78 kgm).

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ tecnico, su Dizionario delle Scienze Fisiche, Treccani, 1996. URL consultato il 26 giugno 2015.
    «Sistema t., o pratico o degli ingegneri: sistema di unità di misura geometriche e meccaniche in cui grandezze fondamentali sono la lunghezza, la forza e il tempo, e unità fondamentali sono il metro, il kilogrammo-peso e il secondo».
  2. ^ (ESEN) Real Accademia di Scienze Esatte, Fisiche e Naturali di Madrid, Scientific & Technical Dictionary Spanish-English, 3a ed. illustrata, 1627 pagine, Espasa, 1996, p. 937, ISBN 978-84-239-9407-6.
  3. ^ (EN) Olle Järnefors, Metric Units Galore: 311 Named Units with Symbol, Definition and Size (TXT), in Compendium, rev. 7, Kista, Svezia, 10 aprile 2000. URL consultato il 23 giugno 2015.
  4. ^ a b Con riferimento al fatto che le unità fondamentali non dipendano dal luogo e siano invariabili. Il chilogrammo-forza, ad esempio, non è – in linea di principio – un'unità assoluta poiché l'accelerazione di gravità varia da luogo a luogo. Cfr. Giovanni GIORGI, Sistemi di unità, su Enciclopedia Italiana, Treccani, 1937. URL consultato il 23 giugno 2015.
  5. ^ (EN) Annex C: Other non-SI units given for information, especially regarding the conversion factors, in ISO 80000-3, Quantities and units — Part3: Space and time, 1a ed., Ginevra, CH, ISO/IEC, 2006, p. 19.
    «The symbols kgf (kilogram-force) and kp (kilopond) have both been used. This unit shall be distinguished from the local weight of a body having a mass of 1 kg.».
  6. ^ [M] individua l'unità della massa, [F] quella della forza, [L] la lunghezza e [T] il tempo. Cfr. (EN) E.R. Cohen, T. Cvitas, J.G. Frey, B. Holmstrom, K. Kuchitsu, R. Marquardt, I. Mills, F. Pavese, M. Quack, J. Stohner, H.L. Strauss, M. Takami, and A.J. Thor, Quantities, Units and Symbols in Physical Chemistry (PDF), 3rd Edition, 2nd Printing, Cambridge, IUPAC and RSC Publishing, 2008, nota 1, p.4.
    «The symbol [Q] was formally used for dimension of Q, but this symbol is used and preferred for unit of Q.».
  7. ^ What is a slug, in the [engineering] weight measurement system?, su Measurements & Units How Far is a League?, 9 ottobre 2000. URL consultato il 23 giugno 2015.
    «The "metric equivalent" of the slug is the hyl of exactly 9.80665 kg which is the unit of mass of the so-called "metric-technical system". The hyl is also called "metric slug" or designated by the German acronym TME (Technische Mass Einheit ). A mass of one hyl gets accelerated at a rate of one meter per square second by a force of one kilogram-force (namely, 9.80665 N).».
  8. ^ François Cardarelli, Encyclopaedia of Scientific Units, Weights and Measures: Their Si Equivalences and Origins, illustrata, ristampa, riveduta, Londra, Springer Science & Business Media, 2003, p. 447, ISBN 978-1-85233-682-0.
  9. ^ termia, su Dizionario delle Scienze Fisiche, Treccani, 1996. URL consultato il 23 giugno 2015.
    «termìa [Der. del gr. thermós "caldo"] Unità di misura calorimetrica, non SI, talvolta impiegata, spec. nel passato, in luogo della megacaloria, pari cioè a 106 calorie.».
  10. ^ atmosfèra, su Dizionario delle Scienze Fisiche, Treccani, 1996. URL consultato il 24 giugno 2015.
    «tale unità si chiama talora a. tecnica assoluta (simb. ata), chiamandosi a. tecnica effettiva (simb. ate) l'unità di misura per la sovrapressione oppure la sottopressione rispetto alla pressione atmosferica, anche indicate con i simboli ted. atü e atu, rispettivamente.».
  11. ^ (ES) C.B. Comas, Unità assolute e unità pratiche, in Manuales Gallach, titolo originale: Unidades absolutas y unidades prácticas, vol. 21, 198 pagine, Sucesores de Manuel Soler, 1910.
  12. ^ In Italia è stato adottato per legge con il DPR n° 808/1982. Cfr. Decreto del presidente della Repubblica 12 agosto 1982, n. 802, in materia di "Attuazione della direttiva (CEE) numero 80/181 relativa alle unità di misura"
  13. ^ prof. Falleri Monica, Chilogrammo massa e chilogrammo peso, su eduscienze.areaopen.progettotrio.it, Un percorso didattico sul peso, Scuola Milite Ignoto / Circolo didattico statale di Lastra a Signa, 1998/1999. URL consultato il 24 giugno 2015.
  14. ^ Differenza tra peso e massa di un oggetto, su www.sapere.it, Sicuro di sapere? > StudiaFacile > Fisica > La meccanica > Le forze e i principi della dinamica > Differenza tra peso e massa di un oggetto, De Agostini Editore. URL consultato il 24 giugno 2015.
  15. ^ Differenza massa e peso, su www.okpedia.it, Okpedia - enciclopedia online indipendente per la libera diffusione del sapere e della conoscenza.. URL consultato il 24 giugno 2015.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]