История измерений

Измерение – это один из способов познания. Это сравнение какой-либо величины (например, отрезка линии) с однородной величиной (например, сантиметром), принимаемым за единицу меры. Результат измерения выражается числом, показывающим, сколько раз выбранная единица содержится в измеряемой величине. - Малая Советская энциклопедия, том 3, 1929 г.

С другой стороны, измерения являются одними из важнейших информационных технологий. Развитие науки и техники тесно связано с измерениями. Научные исследования сопровождаются измерениями, позволяющими установить количественные соотношения и закономерности свойств изучаемых явлений.

Измерение физической величины – длины, площади, объема, веса, температуры - проводится опытным путем с помощью различных средств измерений, например, весов, термометра. В процессе измерения осуществляется нахождение опытным путем числового значения измеряемой величины, например длины, веса, температуры, в принятых единицах измерения. Сопоставление результатов измерения какой-либо величины и точек числовой прямой производится по шкале (лат. scala - лестница).

Например, мы смотрим, какому делению шкалы соответствует уровень жидкости в термометре и таким образом переводим замеренную температуру в число градусов (например, Цельсия или Реомюра), то есть кодируем ее - запоминаем или записываем в виде числа.

Д.И. Менделеев писал: "Наука начинается с тех пор, как начинают измерять: точная наука немыслима без меры".

Человек столкнулся с необходимостью измерений в глубокой древности, на раннем этапе своего развития – в практической жизни, в земледелии, строительстве своего жилья, дворцов своих властителей, храмов, в торговле. Людям потребовалось измерять расстояния, площади, объемы, веса, и, разумеется, время.

Первые единицы длины были весьма приблизительными. Они были связаны с размерами частей тела человека. В Англии и США до сих пор используются единицы длины "ступня" - фут (31 см), "большой палец" - дюйм (25,4 мм) и ярд (91 см.). Он был равен расстоянию от кончика носа короля Генриха I до конца пальцев его вытянутой руки. 1фут=12 дюймам.

Таковы и старинные русские единицы длины: сажень была равна расстоянию от конца пальцев одной руки до конца пальцев другой, локоть - расстоянию от локтевого сустава до конца вытянутого среднего пальца руки, пядь - расстоянию между концами вытянутых пальцев руки - большого и указательного.

Понятие площади известно человеку из повседневного опыта. Каждый понимает смысл слов: площадь комнаты равна 25 квадратным метрам, площадь дачного участка - двенадцати соткам и т.д. Площадь - это величина той части плоскости, которую занимает многоугольник. Измерение площадей проводится с помощью выбранной единицы измерения аналогично измерению длин отрезков. За единицу измерения площадей принимают квадрат, сторона которого равна единице измерения отрезков. Так, если за единицу измерения площадей принимают квадрат со стороной 1 см - такой квадрат называется квадратным сантиметром и обозначается квадратным сантиметром. Аналогично определяется квадратный метр, квадратный миллиметр и т.д.

По аналогии определяется объем – кубический сантиметр, кубический метр и т.д. Объем жидкости измеряется в литрах – объем жидкости в объеме одного кубического дециметра, а точнее, объем 1 кг чистой воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.) и температуpe наибольшей плотности воды (4 °С). Таким образом, объем 1 литра в 1901 году был принят за 1,000028 дм3.

Очень рано человеку в процессе меновой торговли потребовалось измерять вес - силу воздействия тела на опору или подвес.

Весы - один из древнейших приборов. Они возникли и совершенствовались с развитием торговли, производства и науки. Весь ход развития общества - в первую очередь, возникновение торговли - настоятельно требовал, чтобы был изобретен прибор, способный взвешивать предназначенный для продажи товар. Первые простейшие весы в виде равноплечного коромысла с подвешенными чашами стали применяться в древнем Вавилоне за две с половиной тысячи лет до нашей эры и в Египте за две тысячи лет до нашей эры. Это: коромысло с подвешенными чашами, на одну кладется товар, на другую гири.

Весы

В основе самой первой в истории системы весовых единиц - древневавилонской - лежал вес одного хлебного зерна - грана. Не кусочек золота, платины, серебра, а зерно, получаемое с таким трудом и являющееся главным продуктом до сих пор. Сыграло свою роль то, что зерна самой природой были как бы стандартизированы и имели почти одинаковые размеры и массу. Позже появилась система гирь, изготовленная человеком. Гиря - специально изготовленный эталон (точная мера) массы, обладающий заданной формой и конструктивными особенностями, и применяемый во всех случаях человеческой деятельности, связанной с точным весом. Наборы гирь для определенных весов называются разновесом.

С появлением системы впервые возникла идея о стандартизации, которая получила свое полное развитие при других измерениях лишь через тысячи лет! Необходимость в стандартизации гирь настолько была очевидна, что торговцы безропотно ей подчинились.

"Порча" гирь, то есть сознательное занижение их веса, давала торговцам дополнительную прибыль. И они этим занимались весьма часто, да и занимаются до сих пор. Это уголовно наказуемое преступление.

Применялись весы и гири при меновой торговле. А позднее появились неравноплечные весы с передвижной гирей - безмен - простейшие рычажные весы, отсчет на которых ведется по нанесенной на стержень шкале.

Безмен

Русский безмен - металлический стержень с постоянным грузом на одном конце и крючком или чашкой для взвешиваемого предмета на другом. Уравновешивают безмен перемещением вдоль стержня второго крючка обоймы или петли, служащих опорой стержня безмена.

Иногда ручные пружинные весы называют безменом. Они представляют собой жесткую пружину, которая помещается в корпус со шкалой. К пружине прикрепляется стрелка. Пока к пружине не приложено усилие, то-есть не подвешен измеряемый груз, она находится в сжатом состоянии. Под действием силы тяжести пружина растягивается, соответственно перемещается по шкале стрелка. На основании положения стрелки можно узнать массу взвешиваемого груза.

Ручные пружинные весы

В древности существовали различные системы измерения – в Вавилоне, древнем Египте, древнем Израиле, древней Греции, Римской империи. Позднее в каждой стране использовалась своя система измерений. Существовали английская, русская, французская, китайская, японская и др.

Для определения длины Петр I предложил воспользоваться английскими мерами длины - ярд, фут и дюйм. Несмотря на указ царя, применялись самые разнообразные меры длины. Это затрудняло развитие науки, торговли между странами. Поэтому назрела необходимость введения единой системы мер, удобной для всех стран.

Такая система - ее назвали метрической системой мер - была разработана во Франции. 7 апреля 1795 Национальный Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции и поручил комиссарам, в число которых входили Кулон, Лагранж, Лавуазье, Лаплас и другие ученые, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы.

Метрическая система выросла из постановлений, принятых Национальным собранием Франции в 1791г. и 1795 г. по определению метра как одной десятимиллионной доли участка земного меридиана от Северного полюса до экватора.

Основная единица длины в метрической системе - 1 метр (от греческого слова " метрон"- мера). Первый прототип эталона метра был изготовлен из латуни в 1795 году.

Международный эталон метра, использовавшийся с 1889 по 1960 годы.

С 1960 года отказались от использования изготовленного людьми предмета в качестве эталона метра. Современное определение метра в терминах времени и скорости света было введено в 1983 году: метр - это длина пути, проходимого светом в вакууме за (1 / 299 792 458) секунды.

Метрическая система - общее название международной десятичной системы единиц, основанной на использовании метра и грамма. На протяжении последних двухсот лет, существовали различные варианты метрической системы, различающиеся выбором основных единиц. В настоящее время международно признанной является система СИ. При некоторых различиях в деталях, элементы системы одинаковы во всем мире. Метрические единицы широко используются по всему миру, как в научных целях, так и в повседневной жизни.

Килограмм (кг, kg) - единица измерения массы, одна из основных единиц СИ. Килограмм определяется как масса международного эталона килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов (расположено в г. Севр близ Парижа) и представляющего собой цилиндр из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия).

Эталон килограмма

Основное отличие метрической системы от применявшихся ранее традиционных систем заключается в использовании упорядоченного набора единиц измерения. Для любой физической величины существует лишь одна главная единица и набор дольных и кратных единиц, образуемых стандартным образом с помощью десятичных приставок. Тем самым устраняется неудобство от использования большого количества разных единиц (таких, например, как дюймы, футы, мили и т. д.) со сложными правилами преобразования между ними. В метрической системе преобразование сводится к умножению или делению на степень числа 10, то есть к простой перестановке запятой в десятичной дроби.

Декретом от 4 июля 1837 года, метрическая система была объявлена обязательной к применению во Франции. Она постепенно вытеснила местные и национальные системы в других странах Европы и была законодательно признана как допустимая в Великобритании и США.

Английская система мер и сегодня применяется в Великобритании, США, Канаде и других странах. Постепенно меры английской системы вытесняются метрической системой мер.

Русская система мер была отменена в СССР в 1924 году.

Международная система единиц, система единиц физических величин, принята 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам (1960 г.). Сокращенное обозначение - SI (франц. Systeme International, в русской транскрипции - СИ). Международная система единиц содержит 7 основных единиц: длины - метр, массы - килограмм, времени - секунда, силы электрического тока - ампер, термодинамической температуры - кельвин, силы света - кандела, количества вещества - моль.

Метрология (от греч. мера, измерительный инструмент) - наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности.

Метрическая конвенция - международный договор, служащий для обеспечения единства метрологических стандартов в разных странах. Договор был подписан в 1875 г. в Париже 17-ю странами, в том числе Россией. В настоящее время к конвенции присоединилось 51 государство, в том числе все промышленно развитые страны.

В 1893 году Д.И. Менделеев создал в России Главную палату мер и весов (современное название: "Научно-исследовательский институт метрологии им. Менделеева"), которая занимается вопросами метрологии в нашей стране.