Se vogliamo studiare la natura per mezzo della fisica dobbiamo in primo luogo trasformare ciò che percepiamo soggettivamente in qualcosa di quantitativo e oggettivo. Dobbiamo, in altre parole, trasformare la realtà in dati numerici che non dipendono da noi. Non sempre questo è possibile perché molti aspetti della realtà non si lasciano facilmente quantificare in modo rigoroso e univoco, e in tali casi non se ne può fare uno studio scientifico. Per esempio, di fronte al Campanile di Giotto un fisico sarà senz’altro affascinato dalla sua bellezza, ma non potrà far entrare questo parametro in uno studio scientifico sulla statica del monumento, per il quale è necessario considerare, tra le altre cose, l’altezza o la distribuzione della massa. La bellezza, infatti, è una grandezza soggettiva, e anche se decidiamo di attribuirle dei punteggi numerici questi dipendono inevitabilmente da chi osserva.

In fisica si trattano soltanto le cosiddette grandezze fisiche, cioè quelle a cui si può attribuire un valore numerico oggettivo. L’operazione attraverso la quale ciò avviene è detta misura.

Le grandezze fisiche sono aspetti della realtà che possono essere misurati, cioè ai quali si può associare un valore numerico oggettivo.

Del Campanile di Giotto si può misurare l’altezza, ma non la bellezza (figura 1).

Vediamo ora che cosa significa misurare una grandezza fisica, partendo dalle seguenti affermazioni:

1. il Campanile di Giotto è molto alto;
2. il Campanile di Giotto è più alto del Battistero;
3. il Campanile di Giotto è alto 2,5 volte il Battistero;
4. il Campanile di Giotto è alto 85 m (figura 2).

L’affermazione a) contiene l’altezza, ma ne dà una valutazione soggettiva: qualcuno, pensando alla Tour Eiffel, potrebbe anche affermare che il Campanile di Giotto non è molto alto. Non si tratta, quindi di una misura del monumento.

In b) si effettua un confronto oggettivo tra due monumenti, ma dall’affermazione ancora non si possono ricavare dati quantitativi: in termini matematici l’altezza dell’uno è maggiore dell’altezza dell’altro, ma non si sa di quanto.

L’affermazione c) è oggettiva e quantitativa, perché ci dice quante volte l’altezza del Battistero deve essere presa per uguagliare l’altezza del Campanile: si tratta dunque di una misura. Tuttavia si tratta di un’informazione con grossi limiti, perché è utile solo se si conosce l’altezza del Battistero.

Il metro, invece, è un’unità di misura che tutti conoscono e tutti usano per misurare le altezze dei monumenti o delle persone o delle montagne o di qualsiasi altra cosa. L’affermazione d) è dunque una misura che ha un valore universalmente riconosciuto.

Misurare una grandezza fisica significa confrontarla con un’altra grandezza di riferimento, detta unità di misura.

Il rapporto fra la grandezza in esame e l’unità di misura fornisce il valore numerico della misura.

Uno strumento di misura è un dispositivo con il quale si ricava il valore della misura di una grandezza.

In altre parole, la misura di una grandezza è il numero di volte in cui l’unità di misura è in essa contenuta. Come si vede confrontando le affermazioni c) e d), affinché i numeri siano utilizzabili da tutti è necessario che le unità di misura siano note a tutti.