kutatás

Miért egy liter víz súlya egy kilogramm? Tíz fontos pillanat a mérés történetében

Egyetlen tudományterület sem olyan nagyaz elismerés és a fontosság közötti különbség, mint a metrológiában. És nem az időjárásról van szó. A metrológia a mérés tudománya. Hosszabb története van, mint az iskolában tanított modern tudománynak, és ez fontos a tudomány minden hasznosságához és hatalmához. Hibás metrológia nélkül nem voltak repülőjáratok a Holdra, a modern orvostudományra, az önjáró autókra, a baseballanalitikusokra és az időjárás-előrejelzésekre (jó).

És még tudomány nélkül is, metrológiaTöbb ezer éve bizonyította érdeklődését a kereskedelem és a kereskedelem terén, biztosítva, hogy a súlyok és a termelési mennyiségek és más termékek szabványosíthassák a csalásokat és csalásokat a csalók és csalók számára.

Mi a metrológia és miért van szükség?

Május 20-án az utolsó határ jelezte a hosszúta metrológia története, amikor hivatalosan elfogadta a tudomány mérésének legjelentősebb mértékegységeinek néhány meghatározását, beleértve a kilogrammokat is, a tömegmérés standard mértékét. Ezek a változások tükrözik az úgynevezett Le Système International d’Unites (más néven SI), a metrikus rendszer modern változatát. A Nemzetközi Mérleg- és Mérési Iroda iránymutatásainak megfelelően az SI hét „alapvető” mértékegységet tartalmaz, amelyekből más mértékegységek kerülnek kibontásra. A kilogramm mellett az új meghatározott mértékegységek közé tartozik a kelvin (hőmérséklet), az amperek (elektromos áram) és a mol (anyagmennyiség). A második (idő), a mérő (hossz) és a kandela (fényerősség) változatlan maradt.

A legújabb SI frissítésa tudomány terén elért haladás, de ez csak a metrológia területén a legrégebbi történelmi értékek közül az utolsó. Nézzük meg a metrológia tíz legfontosabb fordulópontját.

Az anatómiai egységek feltalálása (régen)

Az anatómiai egységek megjelentekaz emberi civilizáció hajnalán, talán a mezőgazdaság megjelenésének idején. A „teáskanál”, a „csészék” és a „pintek” megjelenését megelőzően a térfogatmérő egységek, mint például a „sip” és a „maroknyi”. Hosszúság esetén egy emberi "láb" vagy "lépés" megjelent egy személygel együtt. Különböző időpontokban, az ókori egyiptomiaktól a későbbi modern társadalomig az 1700-as években a "láb" 10-14 hüvelyk volt.

Más anatómiai egységek közöttA „könyök” széles körben használt. Az első említés a Közel-Keletről származott, a Gilgamesh Epic-ben, amely Kr.e. 2000-ben született. A könyök, mint hosszúságmérő, nagyon kényelmes volt az arks építésében.

És lehet, hogy "kettős könyök"udvarra vált. I. Anglia királya, aki 1100-1135-ben uralkodott, megpróbálta egységesíteni az udvart, meghatározva azt az orr hegyétől a hüvelykujjáig (kinyújtott kézzel). Végül az udvar háromlábú, 12 lábos, egy hüvelyk volt, mint a hosszú árpaszín hosszúsága. Az anatómiai mérési egység a botanikai eredetű.

Magna Carta Magna Carta, 1215

A történelem egyik legfontosabb dokumentuma.megállapította, hogy szükség van a civilizáció jövőjének metrológiájára, és ragaszkodott ahhoz, hogy „az egész országban a bor, ale és kukorica szabványos mértéke legyen”, és ugyanaz a mérleg. Az elkövetkező évszázadok során a stump-fedélzeten dolgozott, de az elv elég világos volt, és a metrológusok, akik később jöttek, kiváló munkát végeztek, és elérték a Magna Carta-ban kitűzött célt.

Erzsébet királynő I átalakítja a skálát, 1588

Míg flotta a spanyolok pusztulásával foglalkozottArmada, I. Erzsébet királynő elfoglalta a súlyok és méretek racionálisabb szabályait. Ezt megelőzően a brit kereskedők egy csomó különböző fontkal foglalkoztak, ebből a font "averdupoys". A másik - a „torony” fontot - megszüntette VIII. Henriának 1527-ben, a pénznemben való felhasználás érdekében (ezért a font még mindig az angol valuta, még akkor is, ha papírból készült).

Elizabeth én megállapítottam a standard fontotaz alkalmazások többsége számára, az érmék (és a drogok) számára a troy font megtakarítása. Azonban kérdezte az embereket egy okos kérdés: mi súlya több, egy font arany vagy egy font ólom? Az intelligens gyakran válaszol: haha, sem az egyik, sem a másik. A font font. De azok, akik eléggé ismerik a metrológiát, „ólmot” fognak mondani, mert egy font averduction súlya meghaladja a troy fontot. Ha azonban azt mondod, hogy egy uncia ólom súlya meghaladja az egy uncia aranyat, akkor is tévedsz. Troy uncia arany nagyobb. A font averdupe nehezebb, mert 16 uncia, és troy fontban csak 12 troy uncia.

Christian Huygens ingaóra, 1656

Sokan (köztük és a Galileo) megpróbáltak fordulnipendulummal, mint óra, de a holland fizikus és matematikus Christian Huygens építette az első megbízható inga órát. Az 1656-ban épült legkorábbi verziója 15 másodperc pontossággal dolgozott naponta, ami a legnagyobb javulás ezekben az időkben. Az ingaórák továbbfejlesztése a 20. századig a legpontosabb órákká tette őket.

Metrikus rendszer, 1799

A 17. században felismertek néhány félénk tudóshogy a mértékegységek tizedes rendszere lényegesen jobb lenne a tudomány és a kereskedelem számára, mint az egységek országonként változó akkori zúgása. Vagy ugyanazon országon belül is - néhányan azt sugallják, hogy a francia forradalom egyik oka az emberek elégedetlensége az intézkedések és súlyok elégtelen egységességével.

Az 1670-es években egy francia lelkészGabriel Mouton és az astrono Jean Picard 2 perces időtartamra megvitatták az inga hosszúságú alapegység létrehozását. (Ez viszonylag közel van a modern mérőhöz, de sajnos az inga gördülési ideje különbözik a Föld felszínén lévő különböző helyeken). De az 1790-es években, amikor a francia komolyan gondolta a metrikus rendszer létrehozását, a mérőt 1/10 millió távolságra jelölték az egyenlítőtől az északi sarkig. Más mérési egységek már elmentek méterről grammra (tömegegység), ami egyenlő a víz köbméterének tömegével.

A metrikus rendszer hibái voltak, dea mérést sokkal racionálisabbá és szabványosabbá tette, mint korábban. Ma csak a visszafogott országok (például Libéria, Mianmar és még egy) nem használják az SI-t (System International).

A Nemzetközi Mérleg- és Mérési Iroda létrehozása, 1875

A du Mètre-i egyezmény 1875-ben létrehozott egy irodátintézkedések és súlyok, mint a mérőegységekkel kapcsolatos kérdések megoldása; A megállapodást 17 ország írta alá. A szerződés kimondta, hogy az iroda standard mérő- és kilogrammprototípusokat készít. Ez fontos lépés volt a metrikus rendszer világszerte elterjedt alkalmazása felé.

Kelvin hőmérsékleti skála

A 19. századig a hőmérséklet csúszós koncepció volt -A hőmérők tetszőleges mértékegységet alkalmaztak, ami lehetővé tette, hogy mérjük, melyik dolog melegebb, mint egy másik, de nem engedte meg, hogy meghatározzuk, milyen meleg volt. 1848-ban William Thomson, Lord Kelvin lett, a termodinamika új tudományának elveinek alkalmazását javasolta egy olyan racionális "abszolút" hőmérsékleti skála kidolgozására, amely a hő teljes hiányának megfelelő nulla pontot eredményezne. Néhány időbe telik, amíg a termodinamika lejárt, és világossá vált, hogy milyen léptéket kellett tenni, de a hőmérőnek szilárd alapja volt. A hőmérsékletegységeket Kelvinről nevezték el, és Kelvinnek nevezték el, és nem „Kelvin-fokok”, mint korábban.

Michelson interferométer

Albert michelsont a mérés megszállottjaa fénysebesség, és az 1870-es évek végén mérte meg pontosan, mint bárki más. Nem sokkal ezután rájött, hogy észlelhet kis különbségeket a fény sebességében, amit a Föld az éteren keresztüli mozgása okoz. Ehhez feltalálta az interferométert. Megosztotta a fénysugarat két egymásra merőleges pályára, majd tükör segítségével összekapcsolta a két gerendát. A két fénysáv közötti sebességkülönbség azt jelentette, hogy a fényhullámok elhajlottak, interferencia mintázatot hozva létre. Michelson és kollégája, Edward Morley 1887-ben kísérletet végzett, és nem tudták észlelni a várható interferenciát. De ez azért volt, mert az éter nem létezik. Az interferometria nagyszerű ötlet volt, és értékes eszköz a metrológiai feladatok elvégzéséhez.

lézerek

A lézerek felfedezése az 1960-as években történtAz interferometria még pontosabb a fény hullámhosszának lézeres vezérlése miatt. Így a lézerek nemcsak a sci-fi sugárzók megvalósítását, hanem a történelem legjobb mérőeszközévé váltak. A lézerek lehetővé tették, hogy egy ezer alkalommal pontosabb optikai órát hozzanak létre, mint a Huygens ingaóra. A lézeres metrológia megerősítette, hogy a repülőgépek és a gépjárművek motorjait a tervezési előírásoknak megfelelően gyártják.

Emellett a lézer interferometriát a gravitációs hullámok kimutatására használják.

Az alapvető mértékegységek felülvizsgálata, 2019

1983-ban a metrológia királyai a mérőműszert felülvizsgáltákmilyen mértékben képes a fény másodpercenként utazni. Ez volt az első fizikai egységen alapuló más mértékegységek újradefiniálásának kezdete. Például a Kelvin-t egy kilogramm, méter és másodperc alapú állandó határozza meg. A kilogrammot a kvantumfizika - a Planck-konstans - értéke és a mérő és a második definíciója határozza meg. A másodpercek még mindig egy adott cézium-atom egy adott folyamatában kibocsátott sugárzáson alapulnak. A metrológia most már nem csak a bolygón egységes, hanem minden galaxis minden bolygón, a távolságtól függetlenül.

De még nem jöttünk létre, hogy pontosan mérjük a metrológiai referenciapontok rangsorolásának pontosságát, így meg tudod csinálni. És ne felejtsd el, hogy nézd meg a telegramban lévő csevegőt.