La scienza compie osservazioni e misurazioni. Come abbiamo visto, le misurazioni permettono di valutare e di comunicare agli altri le proprietà del sistema studiato. A questo scopo è necessario individuare delle caratteristiche misurabili che risultino particolarmente utili. Tali caratteristiche sono le grandezze fisiche.

Esempi di grandezze fisiche sono la lunghezza, la durata, la velocità, la temperatura, l’energia. Il significato fisico di ciascuna di queste parole è fissato da una definizione operativa.

Sulla base di una definizione operativa, ricercatori diversi che si trovano nelle stesse condizioni ottengono, per la misura della stessa grandezza, lo stesso risultato. Così gli scienziati sono in grado di concordare sul fatto che i dati raccolti sono corretti.

Per esempio, vediamo la definizione operativa della grandezza fisica «velocità». L’idea intuitiva è che un oggetto più veloce percorre una distanza maggiore nello stesso tempo, oppure la stessa distanza in un tempo minore.

Per descrivere questa intuizione con un numero, si introduce la velocità di un corpo attraverso la formula

Per misurare (e quindi definire) la grandezza fisica «velocità» (per esempio quella di un’automobile) abbiamo bisogno di due strumenti di misura: un metro e un cronometro. Bisogna poi stabilire un protocollo:

Il valore indicato dal cronometro è il tempo impiegato. Avendo misurato una distanza di 90 m e un tempo di 12 s, il valore della velocità è:

Un secondo sperimentatore che esegue la misura della velocità della stessa auto, usando strumenti identici e lo stesso protocollo, otterrà lo stesso risultato numerico (a parte gli errori di misura che studieremo in seguito).