La metrologia è la scienza che ha per oggetto lo studio dei princìpi, dei metodi e dei mezzi necessari per effettuare la misurazione delle grandezze fisiche: il suo campo di studio comprende l’analisi dei sistemi di misurazione, lo sviluppo di nuovi strumenti di misura e la definizione delle unità di misura.

Questa disciplina è fondamentale in molteplici settori, dalla scienza e tecnologia all’industria e al commercio. Ma com’è nata la metrologia e quali sono le sue radici storiche?

Origini antichissime

La necessità di “misurare” ha origini antichissime ma è con il sorgere dei grandi imperi a struttura complessa in Mesopotamia e in Egitto che emerse la necessità di elaborare e adottare un sistema di misura chiuso. Intorno al 3000 a. C., il complesso apparato di esattori sparso sull’enorme territorio imponeva una uniformità, o quantomeno un confronto certo, fra le varie misure locali.

Per le misure lineari si faceva riferimento alla distanza tra gomito e mano, che si credeva fissa in quanto determinata da un osso, detto cubito. Ma poiché questa misura variava da persona a persona, fu scelta la misura del cubito del Faraone in carica, che fu scolpita sui muri dei templi principali, da cui vennero ricavati campioni in pietra e in legno.

Cubito regale di Amenemope, sovrintendente di due granai. Conservato al Museo Egizio di Torino

Anche Sumeri, Assiri e Persiani adottarono proprie unità di misura. Queste differenze crearono grandi difficoltà negli scambi commerciali. Si giunse al loro superamento quando s’imposero, con Alessandro Magno, un nuovo assetto politico-militare e una nuova fusione culturale; i sistemi metrologici dei Greci e dei Romani (peraltro ricavati nel corso del tempo dalle precedenti unità) uniformarono la base di tutto il commercio nell’area mediterranea.

Il Medioevo e il Rinascimento

Durante il periodo medievale e rinascimentale, l’interesse per la misurazione subì una rinascita grazie al contributo di studiosi e scienziati come Leonardo da Vinci e Galileo Galilei.

Da Vinci, con la sua precisione anatomica e le sue invenzioni ingegneristiche, introdusse nuovi concetti e strumenti di misurazione. Galileo, d’altra parte, contribuì allo sviluppo della metrologia attraverso i suoi studi sull’accelerazione e il moto del pendolo, che ebbero un impatto significativo sulla misurazione del tempo e sulla navigazione.

La standardizzazione moderna

La fondazione della metrologia come scienza è opera dello spirito illuminista. All’indomani della rivoluzione francese, infatti, si giunse ad una svolta nei sistemi di misurazione: nasceva il sistema metrico decimale.
La spinta convergente di interessi commerciali, di esigenze industriali, del pensiero scientifico e filosofico, condusse l’Assemblea Costituente a proclamare nel 1790 l’adozione del nuovo sistema, basato sul metro: esso era una unità naturale, cioè fondata su una grandezza naturale, il meridiano terrestre, di cui è la quarantamilionesima parte.

I campioni del metro e del kilogrammo vennero depositati a Sèvres, custoditi con somma cautela, per ricavarne i campioni secondari, da diffondere nei diversi Stati. È da notare che per motivi bellici l’Inghilterra non ha mai adottato il sistema metrico decimale, perciò le sue unità di misura (ancora oggi in uso) sono rimaste anomale.

Massa campione di 1 kg conservato presso il National Institute of Standards and Technology, USA. Il cilindro retto ha un diametro e un’altezza di 39 mm, ed è realizzato in una lega di platino (90%) e iridio (10%).

Da allora la scienza della misura, la metrologia, ha fatto grandi passi in avanti, creando sistemi (quali il CGS, il MKS, e l’attuale SI) che hanno arricchito il sistema metrico decimale, di pari passo con l’evoluzione della scienza e della tecnologia.

Metrologia Contemporanea

Oggi, la metrologia è una scienza altamente specializzata che gioca un ruolo cruciale in numerosi settori, compresa la produzione industriale, la ricerca scientifica e la sanità. Gli sviluppi tecnologici recenti hanno portato a strumenti di misurazione sempre più precisi e sofisticati, consentendo la manipolazione e la misurazione di oggetti su scala atomica e molecolare.

La metrologia continua a evolversi per soddisfare le crescenti esigenze della società moderna, garantendo l’accuratezza e la precisione nelle misurazioni e nei calcoli.

Tracciabilità

La metrologia legale si occupa della catena di tracciabilità per ciò che riguarda i consumatori e i produttori, stabilendo criteri per il corretto uso degli strumenti e le procedure di verifica.

Ogni misura presuppone il confronto della grandezza da misurare con un campione, mediante l’uso di uno strumento. Ciò è evidente quando per esempio si pesa un oggetto con una bilancia a piatti: la bilancia rappresenta lo strumento e il contrappeso il campione. Più spesso, nell’uso quotidiano, il campione è assente dal processo di misura, in quanto lo strumento viene calibrato del costruttore con una grandezza campione.

L’accuratezza delle misure dipende allora dalle caratteristiche di stabilità dello strumento, ovvero dalla sua capacità di riprodurre risultati uguali misurando la medesima grandezza, nel corso del tempo e indipendentemente dalle condizioni ambientali. Per garantire i livelli di accuratezza originari è spesso richiesta la ripetizione periodica del processo di calibrazione (verificazione periodica). Delle procedure di calibrazione degli strumenti si occupa la metrologia legale, che ha un ruolo essenziale nel garantire l’ordinato svolgersi dei commerci e della produzione industriale.

Nel prossimo approfondimento parleremo proprio del Laboratorio Metrologico e delle sue attività.