tutkimus

Miksi litra vettä painaa kiloa? Kymmenen tärkeää hetkiä mittauksen historiassa

Mikään tieteenala ei ole niin suuritunnustamisen ja merkityksen välinen ero, kuten metrologiassa. Ja se ei koske säätä. Metrologia on mittaustiede. Sillä on pidempi historia kuin nykyaikaisessa tieteessä, jota opetetaan koulussa, ja tämä on tärkeää koko tieteen hyödyllisyydelle ja voimalle. Ilman järkevää metrologiaa ei olisi lentoja kuuhun, moderniin lääketieteeseen, autolla ajettaviin autoihin, baseball-analyytikoihin ja sääennusteisiin (hyvä).

Ja jopa ilman tieteitä, metrologiaVuosituhansia se on osoittautunut hyödylliseksi kauppa- ja kauppapalvelussa, sillä se varmistaa, että painot ja tuotantomäärät ja muut tuotteet voidaan vakioida petosten ja huijarien vaikeuttamiseksi petoksilla ja petoksilla.

Mikä on metrologia ja miksi sitä tarvitaan?

20. toukokuuta merkittiin viimeinen raja pitkäänmetrologian historia, kun virallisesti hyväksyttiin tietyt tieteen tärkeimmät mittayksiköt, mukaan lukien kilogrammat, uudet määritelmät massan vakiomittauksena. Nämä muutokset heijastavat ns. Le Système International d’Unitesin (eli SI), metrisen järjestelmän modernin version, tarkistusta. Kansainvälisen paino- ja mittausliiton ohjeiden mukaisesti SI sisältää seitsemän ”perus” mittayksikköä, joista muut mittayksiköt otetaan. Kilogramman lisäksi uudet määritetyt perusyksiköt sisältävät kelvin (lämpötila), ampeerit (sähkövirta) ja mol (aineen määrä). Toinen (aika), mittari (pituus) ja kandela (valovoima) pysyivät ennallaan.

Viimeisin SI-päivitys ontieteen edistyminen, mutta tämä on vain viimeinen useista metrologian historiallisista kohteista. Katsotaanpa metrologian kymmenen tärkeintä käännekohtaa.

Anatomisten yksiköiden keksiminen (kauan sitten)

Anatomiset yksiköt ilmestyivätihmisen sivilisaation aamunkoitto, kenties maatalouden syntymisen aikaan. Äänenvoimakkuuden mittausyksiköt, kuten “sip” ja ”kourallinen”, edesauttivat “tl”, ”cups” ja “pints”. Pituuden tapauksessa ihmisen "jalka" tai "askel" ilmestyi yhdessä henkilön kanssa. Eri aikoina, muinaisista egyptiläisistä 1700-luvun myöhempään moderniin yhteiskuntaan, "jalka" oli 10-14 tuumaa.

Muiden anatomisten yksiköiden joukossa“Kyynärpää” käytettiin laajasti. Ensimmäiset maininnat tulivat Lähi-idästä, myös vuonna 2000 eKr. Syntyneestä Gilgameshin Epicistä. Kyynärpituus pituuden mittana oli erittäin kätevä arksin rakentamisessa.

Ja voi olla, että "kaksinkertainen kyynärpää"muuttui pihaksi. Englannin kuningas Henry I, joka hallitsi vuonna 1100-1135, yritti standardoida pihaa, määrittelemällä sen pituudeksi nenäpäästä peukalon päähän (ulosvedetyllä kädellä). Lopulta telakasta tuli kolme jalkaa, jalka - 12 tuumaa, tuumaa määritettiin kolmen pitkän ohran jyvän pituiseksi. Anatominen mittayksikkö syntyi kasvitieteellisestä.

Magna Carta Magna Carta, 1215

Yksi historian tärkeimmistä asiakirjoista.totesi, että sivilisaation tulevaisuutta varten tarvitaan metrologiaa, ja vaati, että "koko valtakunnassa olisi oltava viinin, aleen ja maissin vakiotoimenpiteitä", ja sama asteikolla. Seuraavien vuosisatojen aikana se toimi kanto-kannella, mutta periaate oli riittävän selkeä ja myöhemmin metrologit tekivät erinomaista työtä ja saavuttivat Magna Cartassa asetetun tavoitteen.

Queen Elizabeth I uudistaa asteikon, 1588

Vaikka hänen laivastonsa tuhosi EspanjanArmada, kuningatar Elizabeth I Englannissa oli kiireinen asettamalla järkevämpiä sääntöjä painoja ja mittauksia varten. Sitä ennen brittiläiset kauppiaat tekivät eräänlaisia ​​nauloja, joista punta "averdupoys". Toinen - "torni" punta - poistettiin Henry VIII vuonna 1527 hyväksi troy punta käytettäväksi valuutassa (siksi puntaa ovat edelleen Englanti valuutta, vaikka paperista).

Elizabeth I perusti vakiopainonsuurin osa sovelluksista säästää kolikoiden (ja huumeiden) troy-puntia. Hän kuitenkin kysyi ihmisiltä järkevän kysymyksen: mikä painaa enemmän, kiloa kultaa tai kiloa lyijyä? Älykäs usein vastaa: haha, ei yksi eikä toinen. Punta on punta. Mutta ne, jotka ovat riittävän perehtyneet metrologiaan, sanovat "lyijyn", koska kiloa averdukua painaa enemmän kuin troy-punta. Jos kuitenkin sanot, että unssia lyijyä painaa enemmän kuin unssia kultaa, menet myös väärin. Troy unssia kultaa on raskaampaa. Punta averdupe on raskaampaa, koska se sisältää 16 unssia, ja troy puntaa vain 12 troy unssia.

Christian Huygensin heilurikello, 1656

Monet (muun muassa Galileo) yrittivät kääntyäpendulumina kellona, ​​mutta hollantilainen fyysikko ja matemaatikko Christian Huygens rakensivat ensimmäisen luotettavan heilurikellon. Sen ensimmäinen versio, joka on rakennettu vuonna 1656, työskenteli 15 sekunnin tarkkuudella päivässä, mikä on suurin parannus näihin aikoihin. Heilurikellojen jatkokehitys teki niistä tarkimmat kellot aina 20-luvulle saakka.

Metrinen järjestelmä, 1799

1700-luvulla jotkut hirvittävät tutkijat tunnustivatettä mittayksiköiden desimaalijärjestelmä olisi huomattavasti parempi tieteen ja kaupan kannalta kuin sen jälkeen, kun yksiköt vaihtelivat maittain. Tai jopa saman maan sisällä - jotkut viittaavat siihen, että yksi Ranskan vallankumouksen syistä oli ihmisten tyytymättömyys toimenpiteiden ja painojen riittämättömään yhdenmukaisuuteen.

1670-luvulla ranskalainen pappiGabriel Mouton ja astrono Jean Picard keskustelivat pituuden pituuden perusyksikön perustamisesta 2 sekunnin ajan. (Tämä on suhteellisen lähellä modernia mittaria, mutta valitettavasti heilurin valssausaika vaihtelee eri puolilla maapalloa). Mutta 1790-luvulla, kun ranskalaiset suhtautuivat vakavasti metrisen järjestelmän luomiseen, ne määrittivät mittarin 1/10 miljoonaksi etäisyydeksi päiväntasaajasta pohjoisnapaan. Muut mittayksiköt ovat jo lähteneet metristä grammaan (massayksikkö), joka on yhtä suuri kuin veden kuutiometriä.

Metristen järjestelmien vikoja oli, muttase teki mittauksen paljon järkevämmäksi ja standardisemmaksi kuin ennen. Nykyään vain taantumattomat maat (kuten Liberia, Myanmar ja yksi) eivät käytä SI-järjestelmää (System International).

Kansainvälisen paino- ja mittausalan toimiston perustaminen, 1875

Yleissopimus du Mètre perusti toimiston vuonna 1875toimenpiteet ja painot välittäjänä mittayksiköihin liittyvien kysymysten ratkaisemiseksi; Sopimuksen allekirjoittivat 17 maata. Sopimuksessa todettiin, että toimisto ryhtyy tuottamaan standardimittareita mittarista ja kilogrammasta. Tämä oli tärkeä askel kohti metrisen järjestelmän laajaa käyttöä ympäri maailmaa.

Kelvinin lämpötila-asteikko

1900-luvulle asti lämpötila oli liukas käsite -Lämpömittarit käyttivät mielivaltaisia ​​mittayksiköitä, joiden avulla oli mahdollista mitata, mikä asia oli kuumempi kuin toinen, mutta ei antanut meille mahdollisuutta määrittää, kuinka kuuma se oli. Vuonna 1848 William Thomson, joka tuli Lord Kelviniksi, ehdotti termodynamiikan uuden tieteen periaatteiden soveltamista kehittämään järkevän "absoluuttisen" lämpötila-asteikon, joka muodostaisi nollapisteen, joka vastaa lämmön täydellistä puuttumista. Kesti jonkin aikaa, ennen kuin termodynamiikka kypsyi, ja kävi selväksi, mikä mittakaava tarvittiin, mutta termometrialla oli vankka perusta. Lämpötilayksiköt nimettiin Kelvinistä ja niistä tuli tunnettuja Kelvin, eikä "Kelvin astetta", kuten aikaisemmin.

Michelsonin interferometri

Albert michelson oli pakkomielle mittauksellavalon nopeus ja 1870-luvun lopulla mitattiin sitä tarkemmin kuin kukaan muu. Pian sen jälkeen hän huomasi, että hän pystyi havaitsemaan pieniä eroja valon nopeudessa, joka johtui maan liikkumisesta eetterin läpi. Tätä varten hän keksi interferometrin. Hän jakoi valonsäteen kahteen polkuun, jotka olivat kohtisuorassa toisiinsa nähden, ja liittivät sitten kaksi palkkia peilien avulla. Valon kahden polun välinen nopeuden ero merkitsi sitä, että valon aallot voisivat taivuttaa ja luoda häiriökuvion. Michelson ja hänen kollegansa Edward Morley tekivät kokeilun 1887 ja eivät voineet havaita odotettua häiriötä. Mutta tämä johtui siitä, että eetteriä ei ole. Interferometria oli hyvä idea ja siitä tuli arvokas työkalu erilaisiin metrologisiin tehtäviin.

laserit

Lasereiden löytäminen 1960-luvullaInterferometria on vieläkin tarkempi johtuen valon aallonpituuden laserohjauksesta. Täten laserit varmistivat paitsi tiedekalastusvälineiden toteuttamisen, myös tulivat nopeasti historian parhaaksi mittaustyökaluksi. Laserit mahdollistivat optisen kellon, joka on tuhansia kertoja tarkempi kuin Huygensin heilurikello. Lasermetrologia auttoi vahvistamaan, että lentokoneiden ja autojen moottorit valmistetaan tarkasti suunnitteluvaatimusten mukaisesti.

Lisäksi laserinterferometriaa käytetään gravitaatioaaltojen havaitsemiseksi.

Perusmittausyksiköiden tarkistaminen, 2019

Vuonna 1983 metrologian kuninkaat tarkistivat mittariakuinka paljon valo voi kulkea sekunnissa. Tämä oli alku fyysiselle fysiikalle perustuvien muiden mittayksiköiden uudelleenmäärittelystä. Esimerkiksi Kelvin määritellään vakiona, joka perustuu kilogrammaan, metriin ja toiseen. Kilogrammaa määrittää nyt kvanttifysiikan arvo - Planckin vakio - ja mittarin ja toisen määritelmät. Sekunnit perustuvat edelleen tietyn cesiumatomin tietyssä prosessissa säteilevään säteilyyn. Metrologia ei ole nyt standardoitu kaikkialle planeetalle, vaan kaikilla galakseilla olevilla planeetoilla etäisyydestä riippumatta.

Mutta emme ole vielä kehittäneet metrologisten vertailupisteiden sijoituksen tarkkuutta tarkasti, joten voit tehdä sen. Ja älä unohda katsoa keskustelukanavamme Telegramissa.

Facebook -ilmoitus EU: lle! Sinun täytyy kirjautua sisään nähdäksesi ja julkaistaksesi FB -kommentteja!