ИЗ ИСТОРИИ

метрической системы мер

Наука начинается с тех пор, как начинают измерять.

Д. И. Менделеев

ВЕРШОК, ЛОКОТЬ И ДРУГИЕ ЕДИНИЦЫ…

С давних пор люди сталкивались с необходимостью определять расстояния, длины предметов, время, площади, объемы и т. д.

Значение измерений возрастало по мере развития общества и, в частности, по мере развития науки. А чтобы измерять, необходимо было придумать единицы различных физических величин. Вспомните, как написано в учебнике: «Измерить какую-нибудь величину — это значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу этой величины».

Знаете ли вы, какие существовали и существуют сейчас единицы длины, каково их происхождение?

Самыми древними единицами были субъективные единицы. Так, например, моряки измеряли путь трубками, т. е. расстоянием, которое проходит судно за время, пока моряк выкурит трубку. В Испании похожей единицей была сигара, в Японии — лошадиный башмак,
т. е. путь, который проходила лошадь, пока не износится привязанная к ее копытам соломенная подошва, заменявшая подкову. В Египте распространенной единицей длины был стадий — путь, проходимый мужчиной за время между первым лучом Солнца и появлением на небе всего солнечного диска, т. е. примерно за две минуты.


У многих пародов для определения расстояния использовалась единица длины стрела — дальность полета стрелы. Наши выражения: «не подпускать на ружейный выстрел», позднее «на пушечный выстрел» — напоминают о подобных единицах длины.

Древние римляне расстояния измеряли шагами или двойными шагами (шаг левой ногой, шаг правой). Тысяча двойных шагов составляла милю (лат. «милле» — тысяча).

Длину веревки или ткани неудобно измерять шагами или стадиями. Для этого оказались пригодными встречающиеся у многих народов единицы, отождествляемые с названиями частей человеческого тела. Локоть — расстояние от конца пальцев до локтевого сустава (рис. 1, 2). На Руси долгое время в качестве единицы длины использовали аршин (примерно 71 см). Эта мера возникла при торговле с восточными странами (перс, «арш» — локоть). Многочисленные выражения: «Словно аршин проглотил», «Мерить на свой аршин» и другие — свидетельствуют о ее широком распространении. Для измерения меньших длин применяли пядь — расстояние между концами расставленных большого и указательного пальцев (рис. 3). Пядь или, как ее еще называли, четверть (18 см) составляла 1/4 аршина, а 1/16 доли аршина равнялся вершок
(4,4 см).


Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

ОМетрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицМетрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицчень распространенной единицей длины была сажень. Впервые упоминание о ней встречается в XI в. С 1554 г. сажень устанавливают равной 3 аршинам (2,13 м) и она получает название царской (или орленой, печатной) в отличие от произвольных — маховой и косой. Маховая сажень — размах рук — равна примерно 2,5 аршинам. Рыбак, который показывает, какую большую рыбу он упустил, демонстрирует нам маховую сажень (рис. 4). Косая сажень — расстояние от конца вытянутой вверх правой руки до носка левой ноги, она примерно равна 3,25 аршинам (рис. 5). Вспомните, как в сказках говорится о великанах: «Косая сажень в плечах».

ВМетрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц


Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц странах Западной Европы издавна применяли в качестве единиц длины дюйм (2,54 см) — длина сустава большого пальца (от голл. «дюйм» — большой палец, рис. 6) и фут (30 см) — средняя длина ступни человека (от англ. «фут» — ступня, рис. 7).

Локоть, вершок, пядь, сажень, дюйм, фут и т. д. очень удобны при измерениях, так как они всегда «под руками». Но единицы длины, соответствующие частям человеческого тела, обладают большим недостатком: у различных людей пальцы, ступни и т. д. имеют разную длину. Чтобы избавиться от произвола, в XIV в. субъективные единицы начинают заменять набором объективных единиц. Так, например, в 1324 г. в Англии был установлен законный дюйм, равный длине трех приставленных друг к другу ячменных зерен, вытянутых из средней части колоса (см. рис. 6). Фут определили как среднюю длину ступни шестнадцати человек, выходящих из церкви, т. е. обмером случайных людей стремились получить более постоянное значение единицы — среднюю длину ступни (рис. 8).

КАКУЮ ВЕЛИЧИНУ МЫ ОПРЕДЕЛЯЕМ, ВЗВЕШИВАЯ ТЕЛО НА РЫЧАЖНЫХ ВЕСАХ?

КМетрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицакой народ и когда изобрел рычажные весы (рис. 9) — неизвестно. Возможно, что это было сделано многими народами независимо друг от друга, а простота использования послужила причиной их широкого распространения.


При взвешивании на рычажных весах на одну чашку кладут взвешиваемое тело, на другую — гири. Гири подбирают так, чтобы установить равновесие. При этом уравновешиваются массы взвешиваемого тела и гирь. Если уравновешенные весы перенести, например, на Луну, где вес тела меньше, чем на Земле, в 6 раз, равновесие не нарушится, так как вес и тела, и гирь на Луне уменьшился в одинаковое число раз, а масса осталась прежней. Следовательно, взвешивая тело на рычажных весах, мы определяем его массу, а не вес.

Единицы массы, как и единицы длины, сначала устанавливались по природным образцам. Чаще всего по массе какого-нибудь семени. Так, например, массу драгоценных камней определяли и до сих пор определяют в каратах (0,2 г) — это масса семени одного из видов бобов (рис. 10).

Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицПозднее за единицу массы стали принимать массу воды, наполняющей сосуд определенной вместимости. Например, в Древнем Вавилоне за единицу массы принимали талант — массу воды, наполняющей такой сосуд, из которого вода равномерно вытекает через отверстие определенного размера в течение одного часа.

По массе зерен или воды изготовляли металлические гири разной массы. Ими пользовались при взвешивании. Гири, служившие эталоном (образцом), хранились в храмах или правительственных учреждениях.

На Руси древнейшей единицей массы была гривна (409,5 г). Существует предположение, что эта единица ввезена к нам с Востока. Впоследствии она получила название фунта. Для определения больших масс использовался пуд (16,38 кг), а малых — золотник (12,8 г).


Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

ОТКУДА ПОШЛО ВЫРАЖЕНИЕ: «МЕРИТЬ НА СВОЙ АРШИН»?

Почти во всех странах вплоть до XVIII в. применялись свои меры длины, массы, площади и т. д. Но даже одна и та же мера, например сажень, в России, в Польше, в Прибалтике, в Финляндии, на Кавказе имела разную длину. В связи с этим до революции в учебниках арифметики помещали подробные таблицы отечественных и зарубежных единиц.

Но не только разные государства, но и отдельные области внутри одного и того же государства использовали особые меры. Так, во Франции (да и в некоторых других странах) крупные землевладельцы имели право устанавливать в пределах своих владений собственные меры. Такой владелец, измеряя поступающие к нему налоги в буквальном смысле слова собственным аршином и собственным фунтом, получал для себя наибольшую прибыль.

С развитием торговых связей между народами в каждой стране наряду с ранее применявшимися мерами стали употреблять меры чужих стран. Таким образом росло число единиц для измерения одной и той же величины.


Громадное число различных мер, неудобные для расчетов соотношения между единицами создали много затруднений, ошибок, обманов и злоупотреблений. Всевозможные расчеты в промышленности и торговле были очень сложны и требовали много времени, труда и внимания.

Назрела необходимость уточнить основные единицы и упорядочить всю систему мер. И первым шагом к этому явилось создание постоянных образцов (эталонов) мер длины в виде металлических линеек или стержней и массы в виде металлических гирь-эталонов.

Первые эталоны русского фунта и аршина были изготовлены в 1747 г.

ДЕСЯТИЧНАЯ МЕТРИЧЕСКАЯ СИСТЕМА МЕР

Необходимость введения международной системы мер назрела еще в конце XVIII в. Каким же требованиям она должна была удовлетворять?

Прежде всего это должна быть общая система мер, т. е. каждая физическая величина должна иметь вполне определенную единицу, общую для всех или по крайней мере для многих народов.

Кроме того, все основные меры желательно взять непосредственно из природы, чтобы при потере или износе эталона ту или иную меру можно было бы вновь восстановить.

Нужно также, чтобы единицы были определенным образом связаны друг с другом. ОМетрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицколо 5000 лет назад ученые Древнего Вавилона создали связанную систему (рис. 11). Суть ее следующая:

  1. Сутки делились на день и ночь.


  2. Каждая из этих частей делилась на 12 часов.

  3. Час был равен времени истечения воды из сосуда кубической формы.

  4. Длина ребра этого куба была принята за единицу длины так называемый священный фут.

  5. Площадь квадрата со стороной, равной 1 футу, являлась единицей площади.

  6. Объем куба с ребром в 1 фут являлся единицей объема.

  7. Масса кубического фута воды составляла вавилонский талант — древнейшую единицу массы.

Здесь единицы разных величин: времени, длины, площади, объема, массы — оказались связанными между собой.

Одной единицы для измерения какой-либо величины мало. Неудобно, например, расстояние между городами, длину веревки и толщину бумаги измерять аршинами. Надо ввести единицы большие и меньшие и указать, во сколько раз они больше или меньше выбранной.

Соотношение между единицами указывалось и в старину. Например, 1 миля = 7 верстам, 1 верста = 500 саженям, 1 сажень = 3 аршинам, 1 аршин=16 вершкам. Но такая система единиц неудобна. Попробуйте сосчитать, например, сколько вершков в миле!

Гораздо удобнее для расчетов такая система, в которой каждая единица в 10, 100, 1000 и т. д. раз больше или меньше других однородных единиц.

Впервые система мер на десятичной основе была предложена в XVII в. французским астрономом Мутоном. Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

В 1791 г. во Франции было принято решение создать десятичную метрическую систему мер. Основными величинами в этой системе были выбраны длина и масса.

К


Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицомиссия, в которую входили крупнейшие французские ученые, предложила принять за единицу длины 1/100000000 часть четверти длины земного меридиана, проходящего через Париж (рис. 12). Измерить длину меридиана было поручено астрономам Мешену и Деламберу. Работа продолжалась шесть лет. Ученые измерили часть длины меридиана, расположенную между городами Дюнкерком и Барселоной, а затем вычислили полную длину четверти меридиана от полюса до экватора.

НМетрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единица основании их данных из платины был изготовлен эталон новой единицы (рис. 13). Эту единицу назвали метром — от греческого слова «метрон», что значит «мера».

За единицу массы была принята масса одного кубического дециметра дистиллированной воды при температуре ее наибольшей плотности
4° С, определяемая взвешиванием в вакууме. Был изготовлен эталон этой единицы, названной килограммом, в виде платинового цилиндра
(рис. 14).

В 1869 г. Петербургская академия наук обратилась к научным учреждениям всего мира с призывом сделать предложенную французскими учеными десятичную метрическую систему мер международной.


этом обращении говорилось и о том, что «достижения науки привели к необходимости отказаться от прежнего определения метра как 1/100000000 доли четверти длины парижского меридиана, так как позднейшие более точные измерения меридиана давали другие результаты». Кроме того, стало известно, что длина меридиана со временем меняется. Но так как немыслимо было после каждого измерения меридиана менять длину метра, то Петербургская академия наук предложила принять метр, хранившийся во французском архиве (архивный метр), за прототип — первый образец и изготовить с него возможно точные и устойчивые копии для разных стран, сделав этим метрическую систему мер международной.

Когда же была введена метрическая система мер в нашей стране? Передовые русские ученые, много сделавшие для того, чтобы метрическая система мер стала международной, не смогли преодолеть сопротивления царского правительства введению метрической системы мер в нашей стране. Удалось добиться только того, что в 1899 г. был принят закон, подготовленный Д. И. Менделеевым, по которому наравне с российскими мерами «дозволялось применять в России международный метр и килограмм», а также кратные им единицы — грамм, сантиметр и др.

Вопрос об использовании Метрической системы мер в России был окончательно решен после Великой Октябрьской социалистической революции. 14 сентября 1918 г. Советом Народных Комиссаров РСФСР было издано постановление, в котором говорилось: «Положить в основу всех измерений международную метрическую систему мер и весов с десятичными подразделениями и производными».


Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) — великий русский химик, разносторонний ученый, педагог, про­грессивный общественный деятель. Много сделал для того, чтобы метри­ческая система мер стала междуна­родной и была введена в России. Д. И. Менделеев являлся организато­ром и первым директором (с 1893 г. и до конца жизни) Главной палаты мер и весов (ныне Всесоюзный научно-иссле­довательский институт метрологии им. Д. И. Менделеева).

СИ СИСТЕМА ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ

Недостатком метрической системы был малый охват измеряемых величин — длина, площадь, объем, масса. А в первой половине XIX в. в связи с развитием учений о теплоте, свете, электричестве и магнетизме появилась потребность в единицах этих величин. С расширением круга величин, подлежащих измерению, возникали различные системы единиц, охватывающие определенные разделы физики. Так, на основе десятичной метрической системы было создано несколько различных систем единиц, например техническая, в которой за основные были выбраны следующие единицы: метр для длины, килограмм-сила для силы, секунда для времени. Единицы остальных величин в этой (так же как и в любой другой) системе выражались через основные с помощью уравнений, связывающих эти величины с основными.

Единицы, получаемые из основных с помощью физических формул, называются производными.

Например, единицу скорости получают из уравнения Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единицподставляя в правую часть равенства единицы пути и времени

Единицу площади — из уравнения S = lb,

где l и b — длина и ширина, выраженные в метрах. Поэтому единицей площади будет 1 м2.

Аналогично получаем единицу объема из уравнения

V=lbh, или V=Sh,

где h — высота, также выраженная в метрах.

Так вы будете из соответствующих уравнений выводить и другие производные единицы.

Множество единиц в различных системах и большое число внесистемных единиц (калория, лошадиная сила и др.) очень усложняли научные и технические расчеты. В связи с этим встал вопрос об установлении единой универсальной системы единиц, охватывающей все отрасли науки и техники.

В 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам, в которой принимали участие крупные ученые многих стран, в том числе и СССР, приняла резолюцию об установлении Международной системы единиц — СИ (читается «эс-и» от первых букв слов «система интернациональная»).

В качестве основных единиц были выбраны следующие:

метр — единица длины,

килограмм — единица массы,

секунда — единица времени,

кельвин — единица температуры,

ампер — единица силы тока,

кандела — единица силы света.

В 1971 г. была введена еще одна единица —

моль — единица количества вещества.

При этом были введены новые эталоны основных единиц, которые можно определить с большей точностью, чем прежние.

Что такое метр, секунда, вы уже знаете. С единицей массы — килограммом вы познакомитесь в VI классе. Что такое кельвин, кандела, моль — узнаете в старших классах.

18 сентября 1961 г. Комитет стандартов и измерительных приборов при Совете Министров СССР утвердил Международную систему единиц для СССР. Но переход на новую систему занимает определенное время, так как невозможно сразу все приборы переградуировать в единицы СИ, заменить прежние единицы, встречающиеся в технической и справочной литературе.

Наряду с единицами Международной системы допускается использование некоторых внесистемных единиц, таких, как градус Цельсия (° С), час (ч), минута (мин), километр в час (км/ч) и др.

Интересно знать

В древние времена самой точной мерой длины считалась толщина волоса верблюда или мула (около 0,1 мм), причем только в том случае, если волос был выдернут из хвоста.

Англичане столкнулись с большими трудностями при переходе в 1977 г. на Международную метрическую систему мер. Они настолько привыкли к старым английским мерям, что долго не могли без ошибок применять новые единицы. Так, например, 20-летний лондонский полицейский определил, что его рост около 7 метров, а одна 23-летняя женщина ответила, что её рост 55 см.

Универсальная мера

 

Оригинальное предложение высказывал в свое время профессор Краков­ского университета С. Пудловский. Его идея заключалась в том, что в качестве единой меры надо принять ту длину маятника, который совершает полный раз­мах за одну секунду. Это предложение было опубликовано в книге «Универ­сальная мера», изданной в г. Вильно в 1675 г. его учеником Т. Буратини. Он же предложил и назвать метром единицу длины.

Несколько раньше, в 1673 г. голландский ученый Х. Гюйгенс издал блестящую работу «Маятниковые часы», где разработал теорию колебаний, описал конструкции маятниковых часов. На основе этой работы Гюйгенс пред­ложил свою универсальную меру длины, которую он назвал часовым футом, а по величине часовой фут равнялся 1/3 длины секундного маятника. «Эта мера не только может быть определена везде в мире, но и на все будущие века может быть всегда восстановлена», – с гордостью писал Гюйгенс.

Однако было одно обстоятельство, которое смущало ученых. Период колебания маятника при одной и той же его длине был разным в зависимости от географической широты, т. е. мера, строго говоря, не была универсальной.

Идею Гюйгенса пропагандировал французский геодезист Ш. Кондамин, предложивший положить в основу системы измерений единицу длины, соот­ветствующую длине маятника, совершающего один размах в секунду на экваторе.

Французский астроном и математик Г. Мутон также поддерживал идею о секундном маятнике, но только в качестве контрольного аппарата, а в основу универсальной системы мер Г. Мутон предлагал положить принцип связи единицы измерения с размерами Земли, т. е. принять в качестве единицы длины часть длины дуги меридиана. Этот ученый предложил также измеренную часть поделить на десятые, сотые и тысячные доли, т. е. использовать деся­тичный принцип.

 

Метрическая система мер

 

Проекты реформы систем мер появлялись в разных странах, но особенно острым этот вопрос был во Франции по перечисленным выше причинам. По­степенно вырисовывалась идея создания системы мер, отвечающей определен­ным требованиям:

– система мер должна быть единой и общей;

– единицы измерения должны иметь строго определенные размеры;

– должны существовать эталоны единиц измерения, неизменные во времени;

– для каждой величины должна существовать только одна единица;

– единицы различных величин должны быть связаны друг с другом удобным образом;

– единицы должны иметь дольные и кратные значения.

8 мая 1790 г. Национальное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер и поручило Парижской академии наук выполнить необходимые работы, руководствуясь указанными выше требованиями.

Было образованно несколько комиссий. Одна из них, руководимая академиком Лагранжем, рекомендовала десятичное подразделение кратных и дольных значений единиц.

Другая комиссия, в которую входили ученые Лаплас, Монж, Борда и Кондорс, предлагали принять в качестве единицы длины одну сорокамиллионную часть земного меридиана, хотя подавляющая часть специалистов, знающих суть дела, думала, что выбор будет в пользу секундного маятника.

Решающим фактором здесь было то, что был выбран устойчивый базис – размеры Земли, правильность и неизменность ее формы в виде шара.

Член комиссии Ш. Борда – геодезист и гидравлик – предложил назвать единицу длины метром, в 1792 г. он определил длину секундного маятника в Париже.

26 марта 1791 г. Национальное собрание Франции утвердило предложение Парижской академии, была образована временная комиссия по практическому воплощению декрета о реформе мер.

7 апреля 1795 г. Национальный конвент Франции принял закон о новых мерах и весах. Было принято, что метр – одна десятимиллионная часть четверти земного меридиана, проходящего через Париж. но при этом особо подчеркивалось то, что вводимая единица длины по названию и величине не совпадала ни с одной из существовавших в то время французских единиц длины. Поэтому исключается возможный в дальнейшем довод о том, что Франция «проталкивает» свою сис­тему мер в качестве международной.

Взамен временных комиссий были назначены комиссары, которым было поручено проводить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. В число комиссаров входили знаменитые ученые Бертолле, Борда, Бриссон, Кулон, Деламбр, Гаюи, Лагранж, Лаплас, Мешен, Монж и др.

Деламбр и Мешен возобновили работы по измерениям длины дуги мери­диана между Дюнкерком и Барселоной, соответствующей 9°40′ сферы (в даль­нейшем эта дуга была расширена от Шетландских островов до Алжира).

Эти работы были завершены к осени 1798 г. Были изготовлены из пла­тины эталоны метра и килограмма. Эталон метра представлял собой платино­вый брусок длиной в 1 метр и сечением 25 × 4 мм, т. е. это была концевая мера, и 22 июня 1799 г. произошла торжественная передача прототипов метра и кило­грамма в Архив Франции, и с тех пор они именуются архивными. Но надо сказать, что даже во Франции метрическая система утвердилась не сразу, очень сказывались традиции и инертность мышления. Ставший императором Франции Наполеон метрическую систему, мягко говоря, недолюбливал. Он считал: «Нет ничего более противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо чтобы заставить старую нацию принять новые единицы мер и весов, надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум». В 1812 г. указом Наполеона метрическая система во Франции была отменена и только с 1840 г. она была снова восстановлена.

Постепенно метрическую систему приняли и ввели у себя Бельгия, Голландия, Испания, Португалия, Италия, ряд республик Южной Америки. Инициаторами внедрения метрической системы в России были, конечно, ученые, инженеры, исследователи, но немалую роль сыграли портные, белошвейки и модистки – к тому времени парижская мода завоевала высшее общество, а там, в основном работали приехавшие из-за границы мастера со своими метрами. Именно от них и пошли существующие до сих пор узкие полоски клеенчатой материи – «сантиметры», которыми пользуются до сих пор.

На Парижской выставке 1867 г. был создан Международный комитет мер, весов и монет, который составил доклад о пользе метрической системы. Однако, решающее влияние на весь дальнейший ход событий оказал доклад, составленный в 1869 г. академиками Струве О. В., Вильдом Г. И. и Якоби Б. С., направленный от имени Петербургской академии наук в Парижскую академию. В докладе приводились доводы о необходимости введения международной системы мер и весов на основе метрической системы.

Предложение было поддержано Парижской академией, и правительство Франции обратилось ко всем заинтересованным государствам с просьбой прислать ученых в состав Международной метрической комиссии для решения практических задач. К тому времени выяснилось, что форма Земли – не шар, а трехмерный сфероид (средний радиус экватора составляет 6 378 245 метров, разница между наибольшим и наименьшим радиусами составляет 213 метров, а разность среднего радиуса экватора и полярной полуоси составляет 21 382 метра). Кроме того, повторные измерения дуги Парижского меридиана дали значение метра несколько меньшим по сравнению со значением, полученным Деламбром и Мешеном. К тому же, всегда остается вероятность того, что при создании более совершенных измерительных средств и появлении новых методов измерения результаты измерений будут меняться. Поэтому комиссия приняла важное решение: «Новый прототип меры длины должен быть по величине равным Архивному метру», т. е. должен быть искусственным эталоном.

Международная комиссия приняла еще и следующие решения.

1) Новый прототип метра должен быть штриховой мерой, он должен быть изготовлен из сплава платины (90 %) и иридия (10 %) и иметь Х-образную форму сечения.

2) С целью придания метрической системе международного характера и обеспечения единообразия мер следует изготовить и распределить эталоны между заинтересованными странами.

3) Один эталон, наиболее близкий по величине к Архивному принять в качестве международного.

4) Поручить практические работы по созданию эталонов французской секции комиссии, поскольку архивные прототипы находятся в Париже.

5) Назначить постоянный международный комитет из 12 членов для руководства работами.

6) Учредить Международное бюро мер и весов как нейтральное научное учреждение с месторасположением во Франции.

В соответствии с решением комиссии были проведены практические мероприятия и в 1875 г. была созвана международная конференция в Париже, на последнем заседании которой 20 мая 1875 г. была подписана Конвенция метра. Ее подписали 17 стран: Австро-Венгрия, Аргентина, Бельгия, Бразилия, Венесуэла, Германия, Дания, Испания, Италия, Франция, Перу, Португалия, Россия, США, Турция, Швейцария, Швеция и Норвегия (как одна страна). Еще три страны (Великобритания, Голландия, Греция), хоть и участвовали в работе конференции, Конвенцию не подписали из-за несогласия по функциям Международного бюро.

 

Для Международного бюро мер и весов был отведен Бретельский павильон, находящийся в парке Сен-Клу в пригороде Парижа – Севре, вскоре вблизи этого павильона был построен лабораторный корпус с оборудованием. Деятельность Бюро осуществляется за счет средств, перечисляемых странами – членами Конвенции пропорционально численности их населения. За счет этих средств в Англии были заказаны эталоны метра и килограмма (36 и 43 соответственно), которые были изготовлены в 1889 г.

 

Эталоны метра

 

Эталон метра представлял собой платиново-иридиевый стержень Х-образного сечения длинной 1020 мм. На нейтральной плоскости при 0 °C было нанесено по три штриха с каждой стороны, расстояние между средними штрихами составляло 1 метр (рис. 1.1). Эталоны были пронумерованы и сличены с Архивным метром. Наиболее близким к Архивному оказался прототип № 6, он и был утвержден в качестве международного прототипа. Таким образом, эталон метра стал искусственным и представлял собой штриховую меру.

 

Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

 

Рис. 1.1

 

К эталону № 6 было добавлено еще четыре эталона-свидетеля, и они были оставлены в Международном бюро. Остальные эталоны были распределены по жребию между странами, подписавшими Конвенцию. России достались эталоны № 11 и № 28, причем № 28 был ближе к международному прототипу, поэтому он стал национальным эталоном России.

Декретом СНК РСФСР от 11 сентября 1918 г. прототип № 28 был утвержден в качестве государственного первичного эталона метра. В 1925 г. Совнарком СССР принял постановление о признании Метрической конвенции 1875 г. как имеющей силу для СССР.

В 1957 – 1958 г.г. на эталон № 6 была нанесена шкала с дециметровыми делениями, первый дециметр был разделен на 10 сантиметров, а первый сантиметр – на 10 миллиметров. После нанесения штрихов этот эталон был заново аттестован в Международном бюро мер и весов.

Погрешность передачи единицы длины от эталона к измерительным средствам составляла 0,1 – 0,2 мкм, что с развитием техники становится явно недостаточным, поэтому с целью уменьшения погрешности передачи и получения естественного неразрушаемого эталона был создан новый эталон метра.

Еще в 1829 г. французский физик Бабине Ж. предложил в качестве единицы длины принять длину определенной линии в спектре. Однако практическое воплощение этой идеи произошло только тогда, когда американский физик А. Майкельсон изобрел интерферометр. Вместе с химиком Морли Э. Бабине Ж. опубликовал работу «О методе использования длины волны света натрия в качестве естественного и практического эталона длины», затем он перешел к исследованиям изотопов: ртути – зеленая и кадмия – красная линии.

В 1927 г. было принято, что 1 м равняется 1553164,13 длины волны красной линии кадмия-114, это значение было допущено в качестве стандарта наряду со старым прототипом метра.

В дальнейшем работы были продолжены: в США исследовался спектр ртути, СССР – кадмия, в ФРГ и во Франции – криптона.

В 1960 г. XI генеральная конференция по мерам и весам приняла в ка-честве эталона единицы длины метр, выраженный в длинах световых волн, а конкретно – инертного газа Kr-86. Таким образом, эталон метра снова стал естественным.

Метр – длина, равная 1650763,73 длины волны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уровнями 2р10 и 5d5 атома криптона-86. Старое определение метра отменяется, но прототипы метра остаются и хранятся в прежних условиях.

В соответствии с этим решением в СССР был установлен Государственный первичный эталон (ГОСТ 8.020-75), в состав которого входили следующие компоненты (рис. 1.2):

1) источник первичного эталонного излучения криптона-86;

 

2) эталонный интерферометр, применяемый для исследования источников первичного эталонного излучения;

3) эталонный интерферометр, применяемый для измерения длины штриховых и концевых мер (вторичных эталонов).

Точность воспроизведения и передачи метра в световых единицах составляет 1∙10-8 м.

 

Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

 

Рис. 1.2

 

В 1983 г. XVII генеральная конференция по мерам и весам приняла новое определение метра: 1 метр – это единица длины, равная пути, проходимому светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды, т. е. эталон метра остается естественным.

Состав эталона метра:

1) источник первичного эталонного излучения – высокостабилизированный по частоте гелий-неоновый лазер;

2) эталонный интерферометр, применяемый для исследования источников первичного и вторичных эталонных измерений;

3) эталонный интерферометр, применяемый для измерения длины штриховых и концевых мер (вторичных эталонов).

 

 

Метрическая система мер: таблица, единицы измерения и эталоны. Метрическая система мер и Международная система единиц

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Adblock
detector