Измерване на практика почти толкова стара, колкото човешката история. Икономика, основана на общественото разделение на труда и търговия единствено измерванията не могат да съществуват. Дори от първите велики цивилизации на Месопотамия, Египет, Индийския субконтинент и Китай трябва да създаде общи и надеждни начини за определяне разстояния земна площ, тегло (или обем) на зърно и метали. Забележително е пълна (за времето си), системата е създадена в древен Вавилон, където с помощта на финикийските търговци и моряци се разпространява из Средиземно море.
Всичко може да се измери
За измервания, необходими референтни маркировки - мерки. За да стане приети, те трябва да са прости, разбираеми и достъпни за обществеността. Така че първо е имало "естествени" мерки, които могат да бъдат възпроизведени на всяко място и по всяко време. Исторически, тези единици са свързани главно с някои свойства на растения, животни и хора. Така например, в древни времена, на много места имаше мярка за земна площ, която беше наречена "бик рева". Тя съответства на размера на обекта, в който звукът се чува ясно. Известният и все още се използва английски инчов първоначално дефиниран като дължината на трите пшенични зърна, взети от средното ухо. И мерки са по-трудни: например, преди хиляди години в Китай, единица за дължина е куха пръчка бамбук, които, когато изрече свирка определен тон, пише sunhome.ru
С развитието на занаятите и търговията са били произведени специално единици - линия, измервателни танкове, тежести. Въвеждането им обикновено е съпроводено от споразумения, а дори и поръчки. Например, френски toise - той първоначално е бил "шест стъпки кралски". По-късно прототипи бяха направени устойчиви мерки, които могат да се различават един от друг (френски toise около 15 см по-дълъг Swiss). Разбира се, в крайна сметка стават по-силни непоследователност. В края на ХVIII век в Европа се използва 391 тегло единица, наречена паунда,
и 282 единици за дължина, се състояха, като лапи. В едно само херцогство Baden, имаше 112 различни версии на други единици на дължина - лакътя.
Още в XVII век, когато Европа произхожда точна наука, много учени са разбрали, че огромно разнообразие от действия потиска икономическия и технически прогрес. В същото време ние започнахме да предложи конкретни начини за премахване на този хаос. Въпреки това, никой не може да предвиди колко време и усилия са необходими за решаване на този проблем. Първата практическа стъпка към желаната цел е създаването на метричната система.
Основи знака след десетичната сметки са положени в древни времена - това е съвсем естествено, тъй като лицето в ръцете на десет пръста. Въпреки това, официално съществуването знака след десетичната измервания мащаб се счита за дължината на 1670 - я предложи на френския математик и астроном Габриел Mouton. Пет години по-късно тя е работила в Полша италиански архитект и оптик Тито Ливио Burattini предложи универсален модул за линейни измервания дължина махало, което се брои 3600 трептения на час. Под люлка той разбира движението на стоки от една крайност в друга; в съвременните условия, това означава, че дължината на махало с втората половина на периода. Той го нарича Universal метър (Metro Cattolico). Ако използването на училището по формулата за перфектен период махало и заместител на земното ускорение, например, от географската ширина на Москва, се оказва, че burattino стандарт се различава по дължина от сегашните метър е около половин сантиметър (на практика, този метод не е подходящ: на различни места по целия свят махалото се люлее по различни начини). С подобни идеи през 1660 г. е действал като Кралския общество на Лондон, а през 1668-м - френски астроном Жан Пикар. Burattino първо да осъзнаят, че универсална единица за дължина трябва да се определя не от самият договор, но на базата на естествени и надеждно възпроизводими стандарт.
Идеята е добра, и то е много рано да се опитат да въведат в Русия. През 1736, по време на царуването на Анна Ивановна, постановлението на Сената е създадена Комисия по мерки и теглилки, които се ръководят от директора на мента граф Михаил Golovkin. В него взеха участие много от членовете на Руската академия на науките, включително Леонард Ойлер. членовете на комисията обсъждат използването на естествени единици (sazhen предложи определени като определена част на меридиана, и паунд - като предварително определено количество вода на тегло), както и множители и делители в десетичната база. Въпреки това, за изпълнението на тези предложения комисията е имала нито парите, нито оборудването. След присъединяването на Елизабет комисионна разпуснат, и се издига до поста на вицеканцлер Golovkin е заточен в Якутия.
Раждането на един метър и килограмът
Като единица маса химик Antoine Лавоазие кристалограф и Raney Juste Ayi предложено в 1793 от Френската комитет на тежести и мерки за използване грама - масата на един кубичен сантиметър на чиста вода при температура на топене на леда. За удобство на практическото използване на вече споменатата Льоноар направи справка мед гира тегло в 1000 От 1795 нова единица маса от стомана, наречена килограм. Четири години по-късно предложение бе физика Louis Lefebvre-Guigniault претегля вода при максимална плътност (4 # 730 С). Новият стандарт килограмът е направен от платина и е бил депозиран в архивите на Републиката. няколко копия бяха направени и за използване като проби в теглата произвеждат. Въпреки това, в XIX век направени измервания показват, че теглото на 1 dm3 вода при 0 028 грама по-малко от теглото на архивни справка. За да се избегнат всякакви недоразумения в бъдеще, в съответствие със стандартите на Международната комисия на метричната система през 1872 г. решава да вземе за единица маса от теглото на прототип - архивни кг.
Повече от 80 години на архивни м е само стандартна м в света, и след 20 май, 1875 от представители на 17 страни (включително Русия) бе подписан в Париж на Конвенцията за метъра и установени няколко междудържавни метрологични организации. През 1877 г. в Лондон фирма Johnson, Матей и Ко Тя произвежда няколко платина-иридий линии Х-образно напречно сечение, една от които е само на 6 микрона по-кратък архивен м (тя е била използвана като временна справка), а през 1882 г. е направена за 30 линии, сред които има почти точно копие архивно метър. През 1889 г., първата Генерална конференция по мерки и теглилки реши да разгледа дължината на линията при температура от 0 # 730; От метрична единица дължина.
През 1880 г. той видя светлината на международен стандарт килограм сплав, съставена от 90% платина и 10% иридий, като в същото време са направени и четири от шестте сега съществуващите официални копия от този стандарт. Всички те сега се съхраняват в рамките на два запечатани стъклени камбани в трезора се намира в сутерена на Международното бюро за мерки и теглилки (Bureau International по мерки и теглилки - BIPM) в Севр близо до Париж. През 1889 г. първият Генералната конференция по мерки и теглилки прие определение на килограма като равен маса на международен стандарт. Това определение се отнася и в нашето време.
В първия етап на метричната система е трябвало да преодолее съпротивата на консерваторите, за когото се изправи силата на традицията и навик. "Нищо не може да бъде по-противно на устройството на човешкия ум, паметта и въображението. Новата система за мерки и теглилки се превърне в пречка и източник на трудности в продължение на няколко поколения, "- тя говори за нея Наполеон Бонапарт.
Създаването на метричната система са помогнали на немския математик Карл Фридрих Гаус и колегата му от университета в Гьотинген физик Вилхелм Вебер. През 1832 Гаус, който след това се занимава с изучаването на наземна магнетизма, забелязах, че магнитните измервания липсва солидна основа. Всички извършва от експерименти Гаус се основават на ефектите на механичното действие на магнитно поле (например, завъртане на иглата), и се предлага да се въведе нова система на единици (наречена абсолютна), в която метричната единица дължина и тегло, заедно с втори са взети като основен, и всички други, включително магнитно поле, определено през него като производни на базата на известни физични закони. Гаус препоръчва десетична скала за всички физически единици (с изключение на втория, който е от XIII век се определя като 1/86400 тата на средното слънчево ден).
Гаус и идеи Вебер качват на британския физик Джеймс Максуел и Уилям Томсън, по-късно лорд Келвин. През 1860 г., те предполагат, че една цялостна система от звена за физически измервания на базата на Гаус триада. Така стана системата CGS (см, гр, секунда), с което влезе в обръщение представки "микро" на "мега". През 1874 г. тя прие на Британската асоциация за подкрепа на науката. Няколко години по-късно, че обществото се е съгласил с 1-ви международен конгрес електротехниците въвеждане на така наречените практически единици, които са се образували чрез умножаване ему CGS на целочислени десетки процента и да стане по-удобен за електрическите измервания. Те включват единици съпротивление (ома), напрежение (V) и ток (ампера).
За известно време е имало практическо звено от показателя. Но през 1901 г. италианският инженер Джовани Гиорги показа, че нито един от тях може да се добави към метър, килограм, а вторият и да получите нова система, която има безупречна логика структура и адаптирани към нуждите на технологиите. Централно място в новата система, според Георги, трябва да се предприемат практически енергийни единици - вата и джаула (последното е било определени 2-ри Международен конгрес на електротехници през 1889 г. като механичен еквивалент на електрическа и топлинна енергия).
Джорджи идеи бяха обсъдени в продължение на почти половин век и в крайна сметка бяха приети от Международния комитет за мерки и теглилки в само 1946. От практическа ампераж ампери единица, определена резолюция деветата Генерална конференция по мерки и теглилки (1948) бе избрана за четвърти подкрепа (основен модул) на нова система. В съответствие с традицията на тази система, наречена MKSA (метър, килограм, секунда, ампер).
Малко по-късно в MKSA реши да добави една единица на температурата и интензитета на светлината. По принцип, това е достатъчно, за да мощност единици (физика еднакво добре изразяват енергията на частиците в електрон волта, а градуса), но необходимостта от метрологични стандарти, прилагани в практиката. През 1954 г., на 10-ия Генералната конференция по мерки и теглилки прие в това си качество келвин и кандела. Тази двойка, плюс още четири основни MKSA единици и се превърнаха в основата на системата от Международната система Обединява (SI или SI), наследник на Конвенцията за метъра, през 1875 г., одобрен през 1960 г. от 11-то Генералната конференция по мерки и теглилки в Париж. През 1971 godu към него се прибавя още шест и количеството единица вещество - Mol. В допълнение, SI включва допълнителен безразмерна единица за измерване на равнина и твърди ъгли - радиан и стерадиан.
Пространство и време
система SI там е малко повече от 50 години, но през това време, някои единици трябва да бъдат предефинирани. По-специално, м владетел в продължение на почти половин век, не е стандартна дължина. През 1948, 9 Обща конференция по мерки и теглилки препоръчва въвеждане на стандарт, който се основава на оптични измервания, и през 1960 г. пое m 1650 763.73 дължината на вълната на криптон-86, произведена от прехода на електрони от черупката на нивото 2p10 ниво 5D5. Но дори и това определение не трая дълго. Две десетилетия след въвеждането на тази възможност метролози са стигнали до извода, че дължината на уреда трябва да се определи въз основа на референтна дата, тъй като атомните часовници тогава предвидени B # 243; по-голяма точност, отколкото диапазон смущения. В резултат на това през 1983 г., метро определя като разстоянието, което светлината се движи във вакуум за 1/299792458 част от секундата. По този начин, на базата на метрологичен стандарт стана постулат на специалната теория на относителността, който гласи, че скоростта на светлината е основен универсален постоянна.
3,3h10-16. "Това е най-точните часовници в света, - каза Виталий пръста, ръководител на катедрата по метрология на времето и пространството FSUE" VNIIFTRI "(All-руски изследователски институт по физико-технически измервания). - Нашата справка часовник ниско от тях почти 100 пъти: руската държавна времето и честотата стандарт - цезий часовник "без охлаждане" - има относителна 3h10-14 точност. Но в близко бъдеще ние ще се затвори пропастта чрез изграждане на стандартен фонтан цезий. Като цяло, най-перспективата за близко бъдеще имат оптични честотни стандарти, основани на преходи в единични йони живак, итербий или стронций или неутрални атоми на стронций или живак - те са изключително стабилни във времето. Вече индивидуален експерименталната точност пробата достигне 2h10-15 секунди или дори по-висока, и те са теоретично ще може да гарантира точността на възпроизвеждане време и честота единици при 10-17-10-18 ".
Последният бастион на механика
Единствената останала "механично" бенчмарк - един килограм. Но дори и теглото на основните международни стандартни промени с течение на времето - до момента се смята, че той е "загубил" 50 мкг поради mikroperenosa вещество на повърхността на щанда по време на съхранение, както и на повърхността на дръжката, че тя се движи в равнение с националните стандарти.
Всичко това може да наруши резултатите от висока точност научни изчисления, така че учените смятат, че е необходимо да се даде ново определение на килограма. През 1975 г. д-р Брайън Гранула на Националната лаборатория по физика (NPL) Великобритания предложи идеята за така наречените W-тегла. Това устройство позволява да се свържат звена на електрическа и механична енергия. "Тази връзка - на базата на метрологията, - обяснява" Popular Mechanics "водещи изследовател руски изследователски институт по метрология. DI Менделеев Едмънд французин. - Везни състоят от две бобини, взаимодействат един с друг по време на протичане на електрически ток. За разлика от настоящите тегло, се използва тук калибриране при шофиране намотка на известен процент от референтната магнитното поле. В възможно по този начин да се намали значително силата на грешка на измерване взаимодействие поради намотка геометрия. По този начин е възможно да се изразят чрез кг електрически единици, измерени въз основа на квантовите ефекти, тоест, от гледна точка на основните константи - това ще се отърве от "механично" бенчмарка. Досега в трудоспособна вата-скалата реализира в САЩ NIST и NPL, но в момента най-малката грешка в техните измервания на 3,6h10-8, че най-малко два пъти по-малко, отколкото е необходимо за стандарта. " Друг начин за предефиниране на килограма е предложил на група учени от Германия, Австралия, Италия и Япония, водена от изследователи от Физико-техническия институт на Германия. Те възнамеряват да се използва "метод на Авогадро", това е килограм като неопределен брой атоми. "Основната трудност на този метод е, че трябва да се изгради перфектна кристална решетка, - казва Едмънд французин - без нито един дефект, и, освен това, един изотоп - силиций-28. Относителната грешка на този метод все още е твърде висока - 3,1h10-7. Между другото, има и друга тенденция, която ние сме разработили в VNIIM и Япония, - метода на левитира свръхпроводящ маса, което гарантира точността на реда 4h10-6. Но проучванията не са били изпълнени по различни причини, нито една от страните. "
Така килограм остава последното чисто механично стандарт.
Свързани статии