Измерения и меры

«В природе мера и вес суть главные орудия познания».

Д. И. Менделеев.

ВВЕДЕНИЕ

Наша жизнь немыслима без измерений. Торопясь куда-либо, мы смотрим на часы, чтобы определить время; почувствовав недомогание, «ставим градусник» — измеряем температуру тела; покупая какой-нибудь товар, следим за стрелкой весов, то есть также производим измерение.

Без измерений не было бы ни телефона, ни радио, ни электричества. Не было бы, пожалуй, почти ни одной вещи из тех, что нас окружают.

Без точных измерений не существовало бы современной техники. Взять хотя бы какую-либо сложную машину — автомобиль, металлорежущий станок и т. д. В ней несколько тысяч деталей. И такие машины производятся в серийном, массовом порядке. Части однотипных машин можно переставлять с одной машины на другую без всякой подгонки. Это называется взаимозаменяемостью. Размеры взаимозаменяемых деталей часто отличаются друг от друга лишь на толщину человеческого волоса, а иногда ещё меньше. Такая точность стала возможной благодаря высокому совершенству измерений.

Не менее важную роль играют измерения в науке. Русский учёный Д. И. Менделеев говорил: «Наука начинается… с тех пор, как начинают измерять». И действительно, прогресс науки неотделим от прогресса измерений.

Благодаря измерениям был открыт ряд важных законов природы, например так называемый закон сохранения массы. Этот закон гласит, что при химических превращениях общее количество (масса) веществ, участвующих в реакции, не изменяется.

В свою очередь наука изыскивает новые, более совершенные методы измерений. Например, изучив природу света, учёные стали применять световые лучи для точнейших измерений длины.

По мере того как измерения становились всё более сложными и многообразными, росла необходимость в едином учении, которое связывало бы различные методы измерений, давало им научную основу. Так возникла самостоятельная отрасль науки — метрология[1] — учение об измерениях и мерах.

О метрологии и рассказывается в нашей книжке.

В ЧЕМ СОСТОИТ ИЗМЕРЕНИЕ

Когда нам нужно охарактеризовать какую-нибудь физическую величину (размер, вес и т. д.), мы сравниваем её с другой подобной величиной, которая хорошо известна всякому. Так, если нужно дать представление о размерах какого-либо предмета, то говорят, что он «шириной с ладонь», «высотой с трёхэтажный дом» или «толщиной в два пальца».

Процесс сравнения одной, пока ещё неизвестной величины с другой, известной величиной и называется измерением. Известная величина играет здесь роль единицы измерения.

Измерить какую-либо величину — значит установить, сколько единиц в ней содержится, или, другими словами, во сколько раз она больше, чем единица измерения.

В наших примерах «единицами измерений» служили ширина ладони, высота этажа и толщина пальца. Сами же эти предметы (ладонь, трёхэтажный дом, палец) были как бы мерами измерений.

Стало быть, мера представляет собой предмет, у которого размер, вес или какая-нибудь иная величина служат единицей измерения.

У ИСТОКОВ МЕТРОЛОГИИ

В глубокой древности мерами служили главным образом части человеческого тела. Достоинство таких «мер» в том, что они всегда «под руками».

Несколько тысячелетий назад в Египте были воздвигнуты огромные пирамиды. При постройке их в качестве единицы длины применялся локоть — расстояние от кончика среднего пальца до локтя. Египетский локоть равнялся приблизительно 525 миллиметрам.

Такая же мера длины употреблялась и в древней Вавилонии (1500—500 годы до нашей эры), но вавилонский локоть был равен примерно 540 миллиметрам.

До конца XVI века локоть служил основной единицей длины и в России. Здесь его длина составляла около 457 миллиметров. Затем локоть заменили аршином, который был в полтора раза длиннее, т. е. равнялся примерно 686 миллиметрам. Слово аршин пришло с востока; «арш» по-персидски — тот же локоть. В начале XVIII века аршин увеличили до 711 миллиметров.

Издавна в России применялась и другая единица длины — сажень; до XVII столетия она была равна трём локтям. В 1649 году сажень приравняли трём аршинам. Помимо трёхлокотной и трёхаршинной саженей находили применение две другие сажени — косая и маховая (вспомните поговорку «косая сажень в плечах»).

Косая сажень равнялась расстоянию от подошвы левой ноги до конца большого пальца вытянутой вверх правой руки Маховая сажень была равна расстоянию между концами средних пальцев распростёртых рук.

В Англии до сих пор применяется единица длины — дюйм, который первоначально равнялся длине сустава большого пальца. Само слово «дюйм» по-голландски означает большой палец.

Многими народами применялась ещё одна единица длины — фут (от английского слова «ступня»). Он был равен длине человеческой ступни.

Расстояния измерялись шагами, двойными шагами и т. д. В древнем Риме для этой цели применяли особую единицу — милю, равную тысяче двойных шагов. Слово «милле» по-латыни значит тысяча.