Ресеарцх

Зашто килограм воде тежи килограм? Десет важних момената у историји мерења

Ниједна област науке није тако великајаз између признавања и важности, као у метрологији. Не ради се о времену. Метрологија је наука о мерењу. Има дугу историју од модерне науке која се учи у школи, а то је важно за сву корисност и моћ науке. Без здраве метрологије, не би било летова на Месец, модерне медицине, аутотранспортера, бејзбол аналитичара и временских прогноза (добро, у сваком случају).

И чак и без науке, за метрологијуВећ хиљадама година доказује своју вредност у трговини и трговини, обезбеђујући да се тежине и обим производње и други производи могу стандардизовати како би преваре и преваре отежали преваранти и варалице.

Шта је метрологија и зашто је то потребно?

20. мај обиљежен је посљедњом границом у дугомисторије метрологије, када су званично усвојене нове дефиниције неких од најважнијих јединица мерења науке, укључујући килограме, стандардну меру масе. Ове промене одражавају ревизију такозване Ле Системе Интернатионал д’Унитес (тзв. СИ), модерне верзије метричког система. У складу са смјерницама Међународног бироа за утеге и мјере, СИ укључује седам “основних” мјерних јединица из којих се издвајају друге јединице мјере. Поред килограма, нове дефинисане основне јединице мјере укључују келвин (температура), ампере (електрична струја) и мол (количину твари). Други (време), метар (дужина) и кандела (интензитет светлости) остали су непромењени.

Најновија СИ надоградња јенапредак у науци, али ово је само последњи од неколико историјских знаменитости у области метрологије. Погледајмо десет најважнијих прекретница у метрологији.

Изум анатомских јединица (давно) \ т

Појавиле су се анатомске јединицезора људске цивилизације, можда у време појаве пољопривреде. Јединице за мерење запремине, као што су „гутљај“ и „шачица“, претходиле су појави „кашичица“, „чаша“ и „кригли“. У случају дужине, људска "нога" или "корак" се појавила заједно са особом. У разним временима, од древних Египћана до каснијег модерног друштва 1700-их, "нога" је била 10-14 инча.

Међу осталим анатомским јединицама"Лакт" је био широко коришћен. Прва помињања су дошла са Блиског истока, такође у Епу о Гилгамешу, који је рођен 2000. године пре нове ере. Лакт као мјера дужине био је врло погодан у конструкцији арка.

И можда је то "двоструки лакат"претворена у двориште. Енглески краљ Хенри И, који је владао 1100-1135, покушао је да стандардизује двориште, дефинишући га као дужину од врха носа до краја палца (испруженом руком). На крају, двориште је постало три метра, нога - 12 инча, а палац је дефинисан као дужина три зрна јечма издужених. Анатомска јединица мјерења је рођена из ботаничког.

Магна Царта Магна Царта, 1215

Један од најважнијих докумената у историји.утврдили су потребу за метрологијом за будућност цивилизације, и инсистирали су да "у целом краљевству треба да постоје стандардне мере вина, пива и кукуруза", а исто тако и за ваге. Током наредних неколико векова то је функционисало кроз палубу, али принцип је био довољно јасан и метролози, који су дошли касније, обавили су одличан посао и постигли циљ постављен у Магна Царти.

Краљица Елизабета И Реформира скалу, 1588

Док се њена флота бавила уништавањем ШпанацаАрмада, краљица Елизабета И из Енглеске била је заузета постављањем рационалнијих правила за тежине и мјере. Прије тога, британски трговци су се бавили гомилом различитих врста фунти, од којих је фунта "авердупоис". Други - "кула" фунта - укинут је Хенри ВИИИ у 1527. у корист тројске фунте за употребу у валути (дакле, фунти су и даље енглеска валута, чак и када су од папира).

Елизабетх И је успоставила стандардну фунтуза већину апликација, штеди тројину фунти за кованице (и лекове). Међутим, питала је људе паметно питање: шта тежи, пола килограма злата или пола килограма олова? Интелигентни често одговоре: хаха, ни једно ни друго. Фунта је фунта. Али они који су довољно упознати у метрологији ће рећи "олово", јер пола килограма авердукције тежи више од тројске фунте. Међутим, ако кажете да течност олова тежи више од унце злата, такође ћете погријешити. Троја унца злата је тежа. Авердупе фунте је теже јер садржи 16 унци, ау Трои фунти само 12 унци.

Клатно сат Цхристиан Хуигенс, 1656

Многи (међу њима и Галилеј) су покушали да се окренуса клатном као сатом, али холандски физичар и математичар Цхристиан Хуигенс изградио је први поуздани клатно. Његова најранија верзија, изграђена 1656. године, радила је са тачношћу од 15 секунди дневно, што је највеће побољшање за та времена. Даљи развој сатова клатна учинио их је најпрецизнијим сатовима до 20. века.

Метрички систем, 1799

У 17. веку, неки мудри научници су препозналида би децимални систем мјерних јединица био знатно бољи за науку и трговину него што је то био случај тадашњих јединица које су варирале од земље до земље. Или чак у истој земљи - неки сугеришу да је један од разлога за Француску револуцију било незадовољство људи недовољном униформношћу мјера и тежина.

1670-их, француски свештеникГабриел Моутон и астроно Јеан Пицард разговарали су о стварању основне јединице дуљине с дуљином клатна с периодом од 2 секунде. (Ово је релативно близу модерног метра, али, нажалост, период ваљања клатна се разликује на различитим местима на површини Земље). Међутим, 1790-их, када су Французи озбиљно размишљали о стварању метричког система, они су одредили метар као 1 / 10,000,000 од екватора до Сјеверног пола. Друге јединице за мерење су већ прешле са метра на грам (јединица масе), на пример, једнаке маси кубног центиметра воде.

Метрички систем је имао своје мане, алито је учинило мјерење много рационалније и стандардније него што је било прије. Данас само заостале земље (као што су Либерија, Мијанмар и још једна) не користе СИ (Систем Интернатионал).

Оснивање Међународног бироа за утеге и мере, 1875

Конвенција ду Метре основала је биро 1875. годинемјере и тежине као арбитар за рјешавање питања мјерних јединица; Споразум је потписало 17 земаља. У уговору се наводи да ће завод преузети производњу стандардних прототипова бројила и килограма. Ово је био важан корак ка широкој употреби метричког система широм света.

Келвинова температурна скала

До 19. века, температура је била клизав концепт -Термометри су користили произвољне јединице за мерење, што је омогућило да се измери која је ствар била топлија од друге, али нам није дозволила да одредимо колико је то вруће. Године 1848, Виллиам Тхомсон, који је постао Лорд Келвин, предложио је да примени принципе нове науке термодинамике да би развио рационалну "апсолутну" температурну скалу која би успоставила нулту тачку која одговара потпуном одсуству топлоте. Било је потребно неко време пре него што је термодинамика сазрела и постало је јасно које скале је потребно урадити, али термометрија је имала солидну основу. Јединице температуре су добиле име по Келвину и постале су познате као Келвин, а не као "Келвинови степени", као раније.

Мицхелсон Интерферометер

Алберт Мицхелсон је био опседнут мерењембрзина светлости, и крајем 1870-их, мерила је точније него било ко други. Убрзо након тога, схватио је да може открити мале разлике у брзини свјетлости узроковане кретањем Земље кроз етер. За то је изумио интерферометар. Он је поделио сноп светлости на две стазе, окомите једна на другу, а затим повезао две греде уз помоћ огледала. Разлика у брзини између две стазе светлости значила је да се таласи светлости могу савијати, стварајући интерференцијски узорак. Мицхелсон и његов колега Едвард Морлеи провели су експеримент 1887. године и нису могли открити очекивано ометање. Али то је било због чињенице да етар не постоји. Интерферометрија је била одлична идеја и постала вриједан алат за разне метролошке задатке.

Ласери

Откриће ласера ​​из 1960-ихИнтерферометрија је још прецизнија због ласерске контроле таласне дужине светлости. Дакле, ласери не само да су осигурали реализацију бацача зрака знанствене фантастике, већ су и брзо постали најбољи алат за мјерење у повијести. Ласери су омогућили стварање оптичког сата који је хиљадама пута прецизнији од Хуигенсовог клатна. Ласерска метрологија је помогла да се потврди да ће мотори авиона и аутомобила бити произведени у складу са пројектним спецификацијама.

Поред тога, ласерска интерферометрија се користи за детекцију гравитационих таласа.

Ревизија основних мјерних јединица, 2019

Године 1983, краљеви метрологије су ревидирали мерачуслове колико далеко светлост може да путује у секунди. То је био почетак редефинирања других мјерних јединица, заснованих на фундаменталној физици. Келвин, на пример, сада је дефинисан константом заснованом на килограму, метру и секунди. Килограм је сада одређен вредношћу квантне физике - Планкеовом константом - и дефиницијама метра и секунде. Секунде се и даље заснивају на зрачењу емитованом у одређеном процесу одређеног атома цезијума. Метрологија сада није само стандардизована широм планете - већ преко свих планета у свим галаксијама, без обзира на удаљеност.

Али још нисмо смислили начин да тачно измеримо тачност рангирања метролошких референтних тачака, тако да то можете и урадити. И не заборавите да погледате нашу собу за ћаскање у Телеграму.