Измерения и меры

В технике и в быту находят применение сотни тысяч различных мер. Ясно, что поверять каждую из них непосредственно по государственному эталону практически невозможно, не говоря уже о том, что от частого употребления он быстро бы износился и утратил первоначальную точность. Как же быть?

Оказывается, вопрос решается сравнительно просто. Между государственным эталоном и рядовой «рабочей» мерой существует ещё ряд промежуточных звеньев.

Обычно у каждого основного государственного эталона есть несколько «двойников» — эталонов-копий, которые применяются для поверки так называемых «рабочих эталонов». Рабочие эталоны используются в свою очередь для поверки образцовых мер меньшей точности. А уже с образцовыми мерами сличается вся масса рабочих мер, применяемых для практических измерений.

Кроме эталонов-копий, имеются ещё «эталоны-свидетели». С ними сравнивают государственный эталон, если в его правильности возникает какое-либо сомнение. Таким образом, единственное назначение «эталонов-свидетелей» — создать уверенность в неизменности основного эталона.

Государственный эталон, эталоны-копии и эталоны-свидетели — это «хранители» единицы измерений. Рабочий же эталон и другие образцовые меры служат для «передачи» и «размножения» единицы. Наконец, обычные рабочие меры предназначены для повседневного пользования.

ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ

Только немногие меры сами по себе достаточны для измерений. Таковы, например, меры длины. Приложив линейку к измеряемому телу, мы сразу узнаем его длину. А как быть, если нужно измерить, положим, вес тела?

Всякий знает, что для этой цели, помимо гирь, нужны ещё и весы, то есть измерительный прибор.

Таким образом, измерительные приборы служат как бы посредниками между измеряемой величиной и мерой.

На рис. 7 показаны простые рычажные весы. На одну чашку кладётся гиря, а на другую — взвешиваемое тело. Если оно весит столько же, сколько и гиря, то чашки весов уравновесятся.

Рис. 7. Простые рычажные весы.

Но не все единицы измерений имеют свои меры. Нет их у единиц скорости, времени и т. д. Эти меры невозможно осуществить. В таких случаях применяются так называемые «показывающие» приборы, которые позволяют обойтись вовсе без мер. Показывающие приборы очень удобны в обращении, поэтому ими часто пользуются даже когда возможно применение мер. По такому принципу устроены, например, пружинные весы (рис. 8).

Если подвесить на пружине груз, то пружина растянется тем сильнее, чем больше он весит. Значит, чтобы измерить вес груза, достаточно определить, насколько растянулась пружина. Это делают с помощью шкалы — линейки с делениями, по которой движется стрелка, прикреплённая к пружине.

Прежде чем пользоваться пружинными весами, их нужно проградуировать. Градуировка состоит в следующем. К пружине подвешиваются гири различного веса, скажем, 1 килограмм, 2 килограмма, 3 килограмма и т. д., причём всякий раз на шкале против стрелки делается соответствующая пометка. Промежутки между пометками делятся на равное число более мелких частей. В дальнейшем стоит посмотреть, на какое деление шкалы показывает стрелка весов, и мы уже знаем вес взвешиваемого предмета[3].

Каждый из нас часто пользуется такими показывающими приборами, как часы, термометр и барометр.

При езде в автомобиле мы наблюдаем за стрелкой спидометра — так называется показывающий прибор для измерения скорости (по-английски спид — скорость).

Во многих квартирах есть электрический счётчик — прибор, показывающий расход электроэнергии.

Альпинист, взбираясь на вершину горы, измеряет высоту по альтиметру. Этот прибор устанавливается также на самолётах, аэростатах и т. д.

Существуют приборы для измерения глубины моря, влажности воздуха, твёрдости различных тел, величины кровяного давления и многие другие. С каждым годом человек создаёт всё новые и новые измерительные приборы, облегчающие его труд и способствующие дальнейшему росту науки и техники.

Рис. 8. Пружинные весы.

Приборы очень разнообразны, но все они имеют общие «черты», позволяющие характеризовать работу любого прибора. Они обычно указываются в специальном «аттестате», прилагаемом к прибору. Об этом мы сейчас и расскажем.

«ЧЕРТЫ» ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Пусть на гире обозначено «5 кг». Это её номинальное (то есть указанное, обозначенное) значение. В действительности же вес гири может быть несколько иным, например 5 килограммов и 10 граммов.

Правильна ли такая гиря? Можно ли ею пользоваться?

Правильность любой меры или измерительного прибора оценивается значением их погрешности. Погрешностью называют разницу между номинальным и действительным значениями меры, то есть между тем, что должно быть, и тем, что есть на самом деле.

Значит, в нашем случае погрешность равна 10 граммам. Это составляет 0,2 % от номинального значения меры; для точных технических измерений такая гиря не годится, а для более грубых вполне подходит.