Первый период – метрология Киевской Руси (XI-XII вв.).

Неизменность.

Свойство эталона удерживать неизменным размер воспроизводимой им единицы в течение длительного интервала времени.

Воспроизводимость.

Возможность воспроизведения единицы физической величины на основе её теоретического определения с наименьшей погрешностью для существующего уровня развития измерительной техники.

Сличаемость.

Возможность сличения с эталоном других средств измерения.

2 история эталонов

2

Общая история

Потребность в измерениях появилась давно. Для выполнения измерений в древности использовались подручные средства. Из глубины веков дошли до нас единица веса драгоценных камней - карат, что в переводе с языков древнего юго-востока означает "семя боба", "горошина", единица аптекарского веса - гран, что в переводе с латинского, французского, испанского означает "зерно".[5]

Многие меры имели антропометрическое происхождение или были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека. Так, в Киевской Руси в обиходе применялись вершок ("веpx перста") - длина фаланги указательного пальца; пядь (от "пять", "пятерня") - расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев; локоть - расстояние от локтя до конца среднего пальца; сажень (от "сягать", "достигать") - то, что можно достать; косая сажень (предел того, что можно достать) - расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки; верста (от "верти", "поворачивай" плуг или соху обратно) - длина борозды.[5]

Древнее происхождение имеют и меры времени. На основе астрономических наблюдений древние вавилоняне установили год, месяц и час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси получила название секунды.[5]

Древние вавилоняне во II в. до н.э. предложили измерять время в минах. Мина равнялась промежуткувремени (примерно, два астрономических часа), за который из принятых в Вавилоне водяных часов вытекала "мина" воды, масса которой составляла 500 г. Впоследствии мина превратилась в привычную для нас минуту. Со временем водяные часы уступили место песочным, а затем более сложным маятниковым механизмам.[5]

Весы - один из древнейших приборов, изобретенных человеком. Первое упоминание о весах относится ко 2 тысячелетию до нашей эры. Весы в виде равноплечего коромысла с подвешенными чашками использовались в Древнем Вавилоне и Египте. Позднее появились неравноплечие весы с передвижной гирей. И в IV столетии до нашей эры Аристотель вывел их теорию - правило моментов сил.[7]

В XII веке арабский ученый аль-Хазини описал сверхточные (для того времени) весы с чашками, погрешность которых не превышала 0,1%. Они применялись для определения плотности различных веществ и позволяли распознавать сплавы, выявлять фальшивые монеты и отличать драгоценные камни от фальшивых.[7]

В 1586 году Галилей сконструировал специальные гидростатические весы для определения плотности тел.[7]

Самыми первыми официально утвержденными эталонами были прототипы метра и килограмма, изготовленные во Франции, которые в 1799 г. были переданы на хранение в Национальный архив Франции, поэтому их стали называть "метр Архива" и "килограмм Архива". С 1872 г. килограмм стал определяться как равный массе "килограмма Архива". Каждый эталон основной или производной единицы Международной системы СИ имеет свою интересную историю и связан с тонкими научными исследованиями и экспериментами.[6]

Например, принятый в 1791 г. Национальным собранием Франции эталон метра, равный одной десятимиллнонной части четверти дуги парижского меридиана, в 1837 г. пришлось пересмотреть. Французские ученые установили, что в четверти меридиана содержится не 10 млн., а 10 млн. 856 метров. К тому же известно, что происходят, хотя и незначительные, но все же постоянные изменения формы и размера Земли. В этой связи ученые Петербургской академии наук в 1872 г. предложили создать международную комиссию для решения вопроса о целесообразности внесения изменений в эталон метра. Комиссия решила не создавать новый эталон, а принять в качестве исходной единицы длины "метр Архива", хранящийся во Франции. В 1875 г. была принята Международная метрическая конвенция, которую подписала и Россия. Этот год метрологи считают вторым рождением метра как основной международной единицы длины. [6]

Уже в XX в. (1967 г.) были опубликованы исследования более точного измерения парижского меридиана, которые показали, что четверть меридиана равна 10 млн. 1954,4 метра. Таким образом, "метр Архива" всего на 0,2 мм короче меридионального метра. [6]

В 1889 г. был изготовлен 31 экземпляр эталона метра из платино-иридиевого сплава. Оказалось, что эталон № 6 при температуре 0°С точно соответствует длине "метра Архива", и именно этот экземпляр эталона по решению I Генеральной конференции по мерам и весам был утвержден как международный эталон метра, который хранится в г. Севре (Франция). Остальные 30 эталонов были переданы разным государствам. Россия получила № 28 и № 11, причем в качестве государственного был принят эталон № 28. [6]

Погрешность платино-иридиевых эталонов метра, равная + 1.1*10^-7 м уже в начале XX в, оценивалась как неудовлетворительная, и в 1960 г. XI Генеральная конференция по мерам и весам выработала другое определение метра — в длинах световых волн, что основано на постоянстве длины волны спектральных линий излучения атомов. Это основа криптонового эталона метра. Погрешность криптонового эталона намного меньше, чем платино-иридиевого, и равна 5-Ю^-9. [6]

Однако в космический век и эта точность оказалась недостаточной, а новейшие достижения науки позволили в 1983 г. на XVII Генеральной конференции мер и весов принять новое определение метра как длины пути, проходимого светом за 1/299792458 доли секунды в условиях вакуума. Следует отметить, что на этой же конференции было объявлено точно определяемое современной наукой значение скорости света. [6]

Не менее интересна история эталона единицы массы. "Килограмм Архива", который был принят за эталон массы в 1872 г., представляет собой платиновую цилиндрическую гирю, высота и диаметр которой равны по 39 мм. Прототипы (вторичные эталоны) для практического применения были сделаны из платино-иридиевого сплава, За международный прототип килограмма была принята пла-тино-иридиевая гиря, по точности в наибольшей степени соответствующая массе "килограмма Архива".[6]

По решению I Генеральной конференции по мерам и весам России из 42 экземпляров прототипов килограмма были переданы № 12 и № 26, причем № 12 утвержден в качестве государственного эталона массы (см. рис. 28.1). Прототип № 26 использовался как вторичный эталон. [6]

Национальный (государственный) эталон массы хранится в НПО "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева" (г. Санкт-Петербург) на кварцевой подставке под двумя стеклянными колпаками в стальном сейфе, температура воздуха поддерживается в пределах 20 +/- 3°С, относительная влажность 65%. Один раз в 10 лет с ним сличаются два вторичных эталона. [6]

При сличении с международным эталоном наш национальный эталон массы получил значение 1,0000000877 кг. Для передачи размера единицы массы от прототипа № 12 вторичным эталонам используются специальные весы № 1 и № 2 с дистанционным управлением на 1 кг; весы № 1 изготовлены фирмой "Рупрехт", a № 2 - НПО "ВНИИМ им Д.И. Менделеева". Погрешность воспроизведения килограмма составляет 2*10^-9. [6]

За 100 с лишним лет существования описанного прототипа килограмма, конечно, были попытки создать более современный эталон на основе фундаментальных физических констант масс различных атомных частиц (протона, электрона и т.д.). Однако на современном уровне научно-технического прогресса пока не удалось воспроизвести этим новейшим методом массу килограмма с меньшей погрешностью, чем существующая. [6]

Отклонения массы эталонов, определяемые при международных сличениях, показывают достаточную степень ее стабильности. На рисунке 2 приведены результаты двух сличений. [6]

Рисунок 2 – Результаты международных сличений эталона массы.

2.2 История эталонов в России [5]

Первый период – метрология Киевской Руси (XI-XII вв.).

В Древней Руси метрологической службы не существовало. Однако имеются сведения о применении образцовых мер и хранении их в церквях и монастырях, а также о ежегодных поверках средств измерений. Например, "золотой пояс" великого князя Святослава Ярославича служил образцовой мерой длины.

В Уставе новгородского князя Всеволода "О церковных судах и о людях, и о мерилах торговли", изданном в 1136 г., предписывалось "торговые все весы и мерила блюсти без пакости, не умаливати, ни умножати, а всякий год извещивати...". Нарушитель этих предписаний мог быть наказан вплоть до "...предания казни смертию".

Практика ремесел, торговли и строительства привела к созданию системы мер, удовлетворявшей потребности того времени, оказавшейся устойчивой на протяжении ряда столетий и дошедшей до наших времен. Русские строители усовершенствовали систему мер длины, которая включала версту, сажень, локоть и пядь (1189,5 м, 152 см, 51 см, 19 см). Соотношения между этими величинами примерно следующие: 1 верстая: 780 саженям 2З30 локтях 6260 пядям.

В Древней Руси были разработаны и меры объема сыпучих тел и жидкостей.

Для мер жидкости наиболее употребительными являлись бочка, ведро, корчага. В качестве мер веса использовались берковец, пуд, гривна, гривенка, золотник. Такая мера веса, как пуд, существует и в настоящее время (16 кг).

В этот период были разработаны и основные правила взвешивания. Весовщики не должны были касаться руками весов и гирь в момент определения равновесия. Практиковалась перемена местами гирь и товара на чашках весов. Эти факты можно рассматривать как зарождение еще в эпоху Киевской Руси службы единства измерений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: