|
Большое разнообразие мер препятствовало товарообмену между странами, поэтому в период зарождения капитализма начинаются поиски разумной системы мер, которая была бы общей для многих народов. При этом меры должны быть постоянными и иметь эталон, если они заимствованы из природы. Мер должно быть немного. В качестве основных необходимо выбрать также те, которые связывают разнообразные величины в одну систему единиц измерений.
Первые системы мер были созданы в Вавилоне около 1000 лет назад. В качестве основной была принята единица длины. Остальные единицы получались на основе определенных соотношений, например: единица площади — это квадрат со стороной, равной единице длины; единица объема — куб с ребром, равным единице длины; единица массы — масса воды, заполняющая куб, равный единице объема, и т. д. Таким образом, единицы измерения различных величин оказывались связанными между собой.
Впервые метрическая система мер зародилась в конце XVIII в. в период Великой французской революции. В 1789 г. крупные торговые центры Франции обратились к правительству с просьбой установить единые меры по всей стране. Это было связано с тем, что крупные землевладельцы устанавливали в своих владениях собственные меры, что создавало большие неудобства при товарообмене. Национальное собрание приняло решение разработать систему мер «на все времена для всех народов». К этой работе были подключены крупнейшие ученые Франции: Борда, Кондо-рес, Ланграж, Лаплас, Гаспар Монж. Комиссия разработала проект метрической системы, в которой за основную единицу меры длины приняли считать одну десятимиллионную часть половины земного меридиана (рис. 5.9, а) — одну четверть меридианной окружности. Для этого требовалось вначале определить отрезок меридиана между двумя пунктами, географическая широта которых известна.
Для измерения отрезка меридиана (S) решено было использовать метод триангуляции (от лат. trianqulum — треугольник), разработанный голландским астрономом и математиком С. Свендлиусом (1500-1626). Этот метод как наиболее точный применяется для измерения расстояния на местности при геодезических работах. Комиссией был выбран меридиан, проходящий через Париж (около 2° восточной долготы), в промежутке между городами Дюнкерк (приморский город Северной Франции) и Барселона (испанский город) на берегу Средиземного моря (рис. 5.9, б). Эти города лежат на парижском меридиане, находятся на уровне моря, и расстояние между ними составляет около 1100 км. Измерение было поручено астрономам Ж. Деламору, который начал измерение от Дюнкерка, и П. Межену, измерившему расстояние со стороны Барселоны. За базу (базис) триангуляции было выбрано расстояние от Лье-сена до Мелена (около 13 км), которое было точно измерено в старых единицах — туазах (1 туаз = 1,95 м). Работа, особенно в Испании, проходила в сложных условиях войны и закончилась через шесть лет. Оказалось, что длина четверти меридианной окружности равна 5 130 740 туаз, а для метра получено выражение 1 м = 0,51074 туаз.
На основе результатов измерений французский механик Ленуар изготовил эталон метра в виде платиновой линейки толщиной 3,5 мм и шириной 25 мм. Этот метр был сдан на хранение в архив Французской республики и вошел в историю под названием «архивный метр».
10 декабря 1799 г. во Франции была введена метрическая система мер и весов, которая, однако, не получила тогда распространения, так как во Франции была восстановлена монархия, пугавшаяся всего нового.
В 1867 г. в Париже в ходе работы Международной выставки был образован Комитет весов, мер и монет. Председателем этого Комитета стал русский академик Б. С. Якоби (1801-1874).
В 1875 г. в Париже состоялась конференция, на которой представители 17 государств создали Международное бюро мер и весов и подписали конвенцию (договор) о признании метрической системы международной. В 1876 г. по предложению Российской Академии наук была создана Международная комиссия, которой поручили изготовить прототипы мер массы, длины и объема. Решено было изготовить новый эталон метра из сплавов платины (90 %) и иридия (10 %) специальной формы, способный обеспечить наибольшее сопротивление изгибу. Для повышения точности измерения был применен штриховой масштаб, позволяющий измерять длину с точностью 0,01 мм. За 10 лет было изготовлено 34 эталона, из них эталон номер 6 был утвержден в качестве Международного прототипа метра. Россия получила эталоны метра номер 11 и 28 и эталон килограмма за номером 12. Государственным эталоном в России является прототип метра номер 28, про который в сертификате написано (рис. 5.9, в), что этот прототип из платино-иридиевого сплава, содержащего 10 % иридия, изготовлен компанией «Джонсон и Маттен» (Лондон), в виде стержня длиной 120 см, имеющего поперечные сечения в форме X. Стержень был выровнен и отделан вручную, затем отполирован до зеркального блеска и обрезан до длины в 102 см братьями Бруннер в Париже. Штрихи были нанесены инженером при Французской секции Метрической комиссии Треска. Поперечное сечение стержня имеет форму X, вписанного в квадрат, сторона которого равна 200 мм.
После создания интерферометра (рис. 5.9, г) Майкель-соном было установлено, что можно сопоставить метр с длиной волны светового излучения, т. е. определить число длин волн света, которые укладываются на 1 метр.
Впоследствии Генеральная конференция по мерам и весам постановила «естественным свидетелем прототипа метра считать отношение метра к длинам световых волн».
В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам приняла решение о введении нового «светового метра». Метр равен 1 650 763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 2d5 атома криптона-86. В октябре 1983 г. в целях повышения точности принято определение метра через частоту стабилизирующего лазера, используемого в качестве источника электромагнитных волн: «Метр равен расстоянию, проходимому в вакууме плоской электромагнитной волной за 1 299 792 458 долей секунды». Относительная погрешность нового эталона единицы длины имеет порядок 10~ ...Ю-11.
По мере совершенствования эталонов длины шло развитие измерительных приборов — средств измерения. По установившейся терминологии простейшие приборы, например штангенприборы, микрометры, называют также измерительными инструментами. В качестве инструментов для линейных измерений применяют различные масштабные линейки, метры складные, рулетки, стальные ленты, циркули, нутромеры, штангенинструменты, микрометры, калибры, щуры и др.
Складной и матерчатый метр был введен при Александре III (1845-1894). Первые штангенциркули появились в XVIII в. в Лондоне. Промышленное производство штангенциркулей началось в 1850 г. Первый микрометр изготовил в 1773 г. английский изобретатель Дж. Уатт. Нониусы (верньеры) были изобретены в 1631 г. директором монетного двора во Франции Вернье (1580-1637), но их название связывают с именем португальца П. Нуниуса (лат. Nonius), который в 1542 г. предложил прибор для отчета долей делений. Нониус — специальное устройство, позволяющее повысить точность отсчета измеренного размера.
В России наряду с совершенствованием мер развивалась и метрологическая служба для обеспечения единства измерений, т. е. единообразия средств и методов измерений.
В XII в. Новгородский князь Всеволод в грамоте 1135 г. повелевал «казнить близко к смерти» за обвешивание и обмеривания, а имущество изымать и делить. Иван Грозный (1530-1584) разрешил пользоваться только «государевыми» мерами.
Царь Федор Алексеевич (1611-1682) впервые ввел регулярную проверку правильности существующих мер, проведя их клеймение «орленой печатью». Петр I (1672-1725) в 1700 г. издал Указ о проверке торговых мер и весов дважды в год, «дабы упредить в том воровские умыслы».
В 1736 г. русское правительство образовало Комиссию по созданию образцовых мер. В 1842 г. в России появилось первое метрологическое учреждение — «Депо образцовых мер и весов», которое в видоизмененном виде сохранилось до наших дней.
В настоящее время вопросами создания и хранения государственных эталонов, разработкой методов и средств измерений занимается Государственный научно-исследовательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева (Санкт-Петербург). Решение практических задач метрологической службы возложено на региональные центры и лаборатории государственного надзора за мерами и измерительной техникой.
|
Карта сайта
ИСТОРИЯ ТЕХНИКИ И ТЕХНОЛОГИЙ
