DEFINIZIONE: gli strumenti di misura sono gli "oggetti" (materiali o no) che consentono di stabilire quanto il fenomeno in studio è più grande o più piccolo rispetto alla unità di misura che definisce il fenomeno. Questa operazione prende il nome di misurazione e determina un numero che è il rapporto fra ciò che si è misurato e la relativa unità di misura.
ESEMPI: le operazioni di misura possono essere dirette o indirette. Sono dirette quando si confrontano direttamente grandezze dello stesso tipo (la lunghezza del metro campione con la lunghezza del segmento in studio). Sono indirette quando la misura del fenomeno in esame dipende da due o più grandezze non immediatamente confrontabili (la forza dipende dalla grandezza massa, dalla grandezza distanza e dalla grandezza tempo).
a)misura diretta: grandezza: tempo; unità di misura: secondo; strumento: orologio. Si deve misurare la velocità di una massa in movimento lungo un segmento: si individua l'istante nel quale la massa passa su un estremo del segmento e l'istante nel quale la massa passa sull'altro estremo del segmento; la differenza fra le due "letture" dell'orologio individua direttamente il tempo impiegato dalla massa a percorrere il segmento(a).
b) misura diretta: grandezza: forza; unità di misura: Newton; strumento: dinamometro(b). Ci troviamo in un campo gravitazionale noto(c) per cui, sistemata ad esempio la massa sul dinamometro, leggiamo direttamente sulla scala(d) dello strumento il valore della forza di gravità.
c) misura indiretta: grandezza: velocità(e); unità di misura: metro al secondo; strumenti: metro e orologio. Una massa si muove lungo una retta; con il metro misuriamo la distanza percorsa e con l'orologio misuriamo il tempo impiegato a percorrerla; facciamo il rapporto fra le due misure (distanza diviso tempo) e otteniamo un numero che rappresenta la misura della velocità di quella massa.
d) misura indiretta: grandezza: lavoro; unità di misura: Joule; strumenti: metro e dinamometro. Una massa in moto "possiede" una certa forza (misurata con il dinamometro) e percorre una certa distanza (misurata con il metro) nella direzione della forza; facciamo il prodotto fra le due misure (forza per distanza) e otteniamo un numero che rappresenta la misura del lavoro prodotto da quella massa.
CARATTERISTICHE: gli strumenti di misura sono caratterizzati da tre parametri: 1) portata; 2) sensibilità; 3) prontezza.
1) portata: è il massimo valore misurabile con sicurezza(f) con quello strumento ed è indicato dal numero più grande segnato sulla scala; generalmente andare oltre tale valore significa "rompere", cioè rendere inutilizzabile, lo strumento.
2) sensibilità: è il minimo valore del fenomeno che fa cambiare la misura, cioè che fa "muovere"(g) l'indice dello strumento sulla scala. Per esempio il calibro ha una sensibilità maggiore del doppio decametro adoperato per misurare i terreni; il goniometro accoppiato ad un tacheometro è più sensibile del goniometro usato per disegnare. La sensibilità è una caratteristica intrinseca dello strumento e dipende dalla sensibilità delle macchine che costruiscono gli strumenti stessi e dalla cura impiegata dalla fabbrica, per cui in definitiva la sensibilità è legata alla catena di oggetti intervenuti nella costruzione dello strumento.
N. B.: non si deve confondere la sensibilità con la precisione(h) che non esiste!
3) prontezza: è il tempo necessario allo strumento per dare una misura del fenomeno. In generale occorre un certo tempo affinchè lo strumento si porti in equilibrio (dinamico o no) con il fenomeno e quindi l'indice(i) dello strumento si arresti in una posizione.
N. B.: la prontezza è di solito influenzata dalla sensibilità e dalla portata nel senso che uno strumento molto sensibile(l) è poco pronto e ha una piccola portata.

a) microscopio: può essere munito di un "retino" per misurare i millesimi di millimetro; b) cronometro: può essere capace di misurare i millesimi di secondo; d) sfigmomanometro: misura la pressione arteriosa in millimetri di mercurio; d) compasso per officina: ha una piccola sensibilità.

LA TARATURA: la taratura è l'elemento principale della "bontà" dello strumento, cioè è l'operazione che rende lo strumento capace di misurare correttamente le grandezze: supponiamo di disporre di un righello lungo 10 centimetri e di dover misurare un segmento lungo 1 metro. Usiamo due procedimenti: a) riportiamo 10 volte la lunghezza del righello ottenendo 1 metro; b) confrontiamo il segmento con il metro campione. Se i due procedimenti danno lo stesso risultato, il righello è "buono", se invece i due procedimenti non danno lo stesso risultato, il righello è "cattivo", o meglio non è affidabile. La taratura si esegue attraverso misure di confronto diretto con gli strumenti campione delle grandezze in gioco, oppure ricorrendo alle "formule" che definiscono i parametri dai quali dipende il fenomeno che si vuole misurare. Tarare(m) una bilancia con due piatti significa porre sui piatti masse uguali (multiple o sottomultiple di quella unitaria) rappresentate per esempio da bottiglie di acqua distillata e segnare in corrispondenza la posizione dell'indice sulla scala di misura; tarare un orologio significa controllare che dopo 86.400 secondi (24 ore * 3.600 secondi all'ora) il Sole si trova di nuovo sul meridiano del luogo; e così via.

(a) In un discorso meno elementare anche l'orologio non è uno strumento a misura diretta in quanto noi diciamo che è passato un secondo quando la lancetta dei secondi ha percorso un angolo di 6 gradi sul quadrante (l'intero giro vale 360 gradi; 1 secondo è la sessantesima parte dell'intero giro quindi 1 s = 360° / 60 = 6°) e se usiamo una clessidra il secondo equivale al passaggio per esempio di 1 grammo di sabbia. Ne segue che per noi il tempo è misurato dal fatto che la lancetta dei secondi ha percorso un angolo di 6°; se però il quadrante è diviso in 30 parti, un secondo è misurato da un angolo di 12°, ecc.
(b) Il dinamometro è uno strumento basato sulla capacità delle molle di sviluppare delle forze proporzionali alla deformazione che si ha quando vengono allungate o accorciate. In generale si ha F = k * DX [N] essendo DX la variazione di lunghezza della molla e k una costante caratteristica della molla stessa. Anche in questo caso in realtà misuriamo dei segmenti anziché direttamente le forze ....
(c) Ciò significa che conosciamo l'accelerazione di gravità.
(d) La scala di uno strumento è la rappresentazione grafica dei multipli o dei sottomultipli di una unità di misura (per esempio i millimetri o i centimetri su un righello per disegno).
(e) Talvolta può sembrare che si possano fare misure dirette. Se il moto è rotatorio sembra che la velocità si possa misurare direttamente contando il numero di giri al secondo (o al minuto) di una ruota appositamente costruita (tachimetro delle automobili). In realtà l'indicazione del tachimetro (misuratore di tacus tacùs = velocità in greco) dipende dal numero di giri e dal raggio della ruota.
(f) Il termine "sicurezza" va inteso "nei limiti di portata e di sensibilità dello strumento" nel senso che se si supera la portata stabilita dal costruttore i meccanismi che costituiscono lo strumento si deformano in modo diverso dal previsto e quindi la sensibilità risulta alterata. Per esempio sarebbe sciocco pesare i camion con un bilancino da farmacista: lasciando da parte le dimensioni, il bilancino è costruito con materiali diversi dai bilancioni per pesare i camion.
(g) Negli strumenti digitali che danno la misura sottoforma di numeri, la sensibilità è rappresentata dal cambiamento dell'ultima cifra che appare sullo schermo di lettura.
(h) L'aggettivo "preciso" ha un valore assoluto e indica la identità fra due termini. Ciò vale ad esempio per due sinonimi: adoperare una parola o l'altra è identico, poichè rappresentano la stessa "cosa". Di conseguenza non ha nessun significato dire che uno strumento è "più preciso" di un altro. D'altra parte anche se lo strumento fosse "preciso", la "misura" deriva da una nostra interpretazione della posizione dell'indice strumentale sulla scala e poichè esistono gli errori casuali è incerta qualunque operazione di misura.
(i) Se si tratta di strumenti digitali, occorre del tempo affinchè l'ultima cifra non cambi oppure cambi con piccola frequenza.
(l) Le bilance da laboratorio si tengono chiuse nelle vetrine quando si lavora perché basta il respiro dell'operatore per influenzare la misura.
(m) Qui si ricorre ad unità di misura intuitive.