КРАТКАЯ ИСТОРИЯ УСТАНОВЛЕНИЯ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Вполне обоснованно можно предположить, что потребность в измерении, в установлении единиц измерения и в использовании средств измерения возникла, когда человеку потребовалось определить размеры земельного участка, а также расстояние до какого-либо объекта при постройке жилищ, изготовлении одежды.

Земельные участки измеряли ступнями ног, вплотную поставленных одна впереди другой, или шагами. Отсюда произошло название единицы длины – фут (по-английски foot – нога, ступня, например, слово футбол – football – «ножной мяч» при дословном переводе).

Использовали меры длины, равные ширине большого пальца (по-русски дюйм – от голландского слова duim, что при дословном переводе обозначает – большой палец). Названия единиц длины фут, дюйм до сих пор сохранились в дюймовой системе мер, ещё используемой в США и Англии (1 дюйм составляет  фута и равен 0,0254 м » 25,4 мм), хотя значения их отличаются от первоначальных. В качестве более мелких единиц длины использовали длину пшеничного зерна и ещё меньшую величину – толщину волоса мула.

Приведённые единицы измерения являлись одновременно и мерами, т. е. разновидностью измерительных средств. Сравнением измеряемой величины с этими «мерами» определяли размеры предметов.

Английский ярд тоже связан с размерами человеческого тела, но уже конкретного лица – короля Англии Генриха I (1101 г.): это расстояние от кончика носа этого монарха до конца среднего пальца вытянутой им вперёд руки. Более романтическая версия, что ярд – длина меча этого же короля. Ярд = 0,9144 м.

Из древнерусских мер длины для оценки относительно больших расстояний использовали вёрсты. Это слово происходит от  глагола верстать, обозначающего распределять, уравнивать, уравнивать путем сравнения (отсюда появилось такое слово, как сверстник-однолеток). Слово верста указывается в летописях ещё 1097 года. Название единицы длины «верста» сохранялось практически до 1917 года, хотя протяженность её не оставалась постоянной в разные годы,  и применялись не только обычные «версты», но и «великие версты».

Мера длины сажень упоминается в летописях 1017 года. Это наименование происходит от глагола «стягать» (отсюда происхождение современных слов досягать, досягаемый), т.е. воспроизводится предел досягаемости для человека, стоящего на земле.

Ещё более мелкая мера длины локоть представляет собой длину локтя, т.е. расстояние по прямой от локтевого сгиба до конца вытянутого среднего пальца руки.

Наиболее мелкой мерой длины являлась пядь, что обозначало в то время кисть руки. Под пядью понимали меру длины, равную максимальному расстоянию по прямой между концами вытянутых большого и указательного пальцев. Применялись также пядь великая и пядь с кувырком.

Вершок – это длина двух суставов указательного пальца. 1 вершок =  4,5 см.

Таким образом, древнерусская система мер длины включала версту, сажень, локоть пядь и вершок, которые находились в следующих соотношениях: 1 верста = 750 саженей = 2250 локтя = 4500 пядей.

Одним из существенных отличий русской народной метрологии от древнегреческой, римской или византийской и западноевропейской является принцип постепенного

(приближенного) деления на два. «Полусажень», «локоть», представляющий четвертую часть сажени, «пядь» — вот доли основной меры, сажени.

В CV  — CVIII веках произошло объединение Руси вокруг Московского княжества, вследствие чего возникла естественная заинтересованность в использовании единых мер, унифицированных с другими странами.

В этот период сохранились ранее используемые меры, хотя значения их и соотношения несколько изменились, и появилась новая мера – аршин, которая с течением времени вытеснила локоть и вершок. Аршин – это мера, заимствованная с Востока, появилась в середине CVI века. Длина аршина равна 720 мм.

Осуществление поставленной Петром I задачи «прорубить окно в Европу» привело в CVIII веке к чрезвычайному расширению культурных, научных, производственных и торговых связей с Западом. В это время русские меры длины сближаются с английскими путём установления простых соотношений между ними (было произведено небольшое изменение русских мер). Была введена в употребление английская мера фут с её долями, в связи с широким использованием этой меры при кораблестроении. В этот период совокупность русских мер стала выражаться следующим образом:

1 сажень = 7 футам (англ.) = 21336 мм;

1 аршин = 28 дюймам (англ.) = 2 футам = 711,2 мм;

1 фут (англ.) = 12 дюймам; 1 дюйм = 10 линиям;

1 линия = 10 точкам = 2,54 мм (вспомним, винтовка «трехлинейка», т.е. калибра 7,62 мм).

В связи с тем, что выбор единиц измерения был произволен, это привело к их огромному разнообразию. Отдельные единицы имели не только отдельные страны, но и внутри стран не было единообразия. Так, в России до 1917 года в справочнике для строителей было приведено 100 разных футов.

На пороге CIC века 10 декабря 1799 года произошло знаменательное событие в истории измерений: декретом французского революционного правительства во Франции была введена в качестве обязательной метрическая система мер. В этой системе за единицу длины был принят метр – основная исходная единица, поэтому и вся система единиц получила название «метрическая».

Основное принципиальное отличие метрической системы от существующих в разных странах состоит в том, что в ней предусмотрено десятичное подразделение мер длины. За метр была принята величина, равная одной десятимиллионной (1/10 000 000, т.е. 1×10-7) части от 1/4 части земного меридиана, который проходит через Париж. Само слово метр является французским словом metre от греческого metron, что означает “мера”. Был изготовлен первый эталон в виде платиновой линейки шириной около 25 мм и толщиной около 4 мм с расстоянием между концами в один метр.



Изготовленный метр был передан на хранение в Архив Франции, где находится до сих пор, и его называют «метр архива» или «архивный метр».

Однако использовать понятие «естественный метр» оказалось практически невозможно, поскольку обнаружили, что расхождения в результатах измерения меридиана (измерения производились от Дюнкерна — Франция, до Барселоны – Испания) достигало 0,01 %. Вместе с тем преимущества метрической системы по сравнению с существующими и желание иметь международные единицы привели к тому, что многие страны Европы, Средней и Южной Америки приняли эту систему.

Решающее влияние на принятие метрической системы за международную оказал доклад, подготовленный русскими академиками Струве, Вильдом и Якоби, направленный от имени Петербургской академии наук в Парижскую академию наук. В этом докладе высказывается мысль о необходимости изготовить новые международные прототипы как можно ближе к архивным и требуемое количество однотипных копий для

распределения между заинтересованными государствами. Работу эту предлагалось поручить комиссии из представителей разных государств.

Такая комиссия была организована и собиралась в 1870 и 1872 годах. Эта комиссия решила отказаться от «естественного» эталона длины и принять в качестве эталона длину «архивного метра». По этому эталону была изготовлена 31 копия в виде брусков и в форме C-образного сечения. Такой формой бруска обеспечивается прочность от изгиба во всех направлениях. Внутри бруска на так называемой «нейтральной плоскости», менее всего могущей подвергнуться изгибу, вблизи каждого конца нанесены три штриха. Расстояние между средними штрихами равно 1 метру при 0 °С. В качестве материала для изготовления эталонов был взят сплав платины    (90 %) и иридия (10 %).

Наконец, 20 мая 1875 года 17 государств подписали Метрическую Конвенцию, в том числе Россия. Исключительно велика роль русской науки в деле превращения метрической системы в международную. Сама конференция 1875 года была созвана по инициативе Петербургской Академии наук. Русские представители на этом форуме в своем отчете писали: «ученый мир обязан России тем, что реформа метрических прототипов была предпринята в благоприятное к тому время, а академия наша вправе гордиться тем, что упомянутая реформа проведена на основаниях, ею выработанных с самого начала и все время поддерживаемых ею против расходившихся иной раз мнений». В настоящее время к этой конвенции присоединились 43 страны. В Англии и США, сохранивших дюймовую систему, тоже принято решение, которое постепенно реализуется, о переходе на метрическую систему. Полученные Россией копии эталона длины  находятся на хранении в НПО «ВНИИМ им. Д.И. Менделеева» (г. Санкт-Петербург). В России метрическая система была введена в 1918 году в качестве основной системы и копия эталона за № 28 была принята в качестве Государственного эталона длины – метра.

Задания к разделу 2: Ответить на вопросы по своему варианту (номер варианта соответствует последней цифре номера зачетной книжки).

Номер

варианта

Вопрос

1

Изречение древних гласит: «Человек – мера всех вещей». Дайте этому подтверждение в сохранившихся названиях мер.

2

Век – 100 лет, а каменный век – сколько?

3

В чем отличие русской народной метрологии от древнегреческой, римской и других?

4

Приведите соотношения русских и английских мер длины в XVIII в.

5

Когда и где была впервые введена метрическая система мер?

6

Назовите основное принципиальное отличие метрической системы от существующих систем в разных странах.

7

Что такое «архивный метр»?

8

Какая величина была впервые принята в качестве метра?

9

В чем заключалось влияние России на принятие метрической системы в качестве международной?

10

Когда в России была введена метрическая система единиц физических величин?