Метрология – это наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства. Как наука и область практической деятельности она зародилась в древние времена. Различные габариты и расстояния соизмерялись людьми с собственным ростом, длиной рук и ног, иногда физическими свойствами животных или растений. С развитием экономической деятельности человека, основанной на разделении труда и торговле, точные измерения приобретали все более важное значение. Первые великие цивилизации Месопотамии, Египта, Индостана, Китая, Вавилона были вынуждены создавать все более надежные и стабильные способы определения и измерения расстояний, площадей, веса, объема, времени.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ВЕСА
Самые древние весы, обнаруженные археологами, использовались около семи тысяч лет назад в Месопотамии. Такие весы с одной перекладиной и двумя чашечками – их еще называют «коромысленными» – стали символом многих героев: так, например, с ними традиционно изображают Фемиду, богиню правосудия, а в древнеегипетской «Книге мертвых» с этими весами на входе в подземное царство стоит Анубис, взвешивая сердца умерших.
Серьезное усовершенствование «коромысленных» весов произошло только в 1669 г.: Жиль Роберваль изменил их конструкцию так, что чашечки теперь не были подвешены к перекладине, а стояли на ней. Самое интересное, что производство таких весов началось только спустя три сотни лет, поэтому такие весы использовались даже в советское время.
Историки приписывают Древнему Риму изобретение принципиально новой системы измерения веса, при которой передвигается гиря, а точка опоры и положение привеса остаются неизменными.
В древнем Вавилоне гирями, с помощью которых взвешивали монеты, служили семена злаков. Система была очень простой: за 60 зерен (шеу) полагался один шекель (сикль); 60 шекелей равнялись одной мине, а 60 мин – одному таланту.
Семена цератонии стручковой (рожкового дерева) служили мерой веса для взвешивания золотых изделий и драгоценных камней. Производная от названия дерева – карат, равный 0,2 г – применяется до сих пор.
Эталонные гири, конечно, в разных странах и местностях отличались несколько по массе, так как не было единой эталонной гири. Но, наконец, состоялась Международная метрическая конвенция (1875 г.), и человечество получило первичный эталон массы.
В Древней Руси товары взвешивали на равноплечих весах – скалвах. В XIV в. на Руси появляется слово «безмен». У многих народов мера веса часто совпадала с мерой стоимости товара, так как деньги выражались в весе серебра и золота.
В 996 г. князь Владимир повелел ввести единые меры веса, а в Указе князя Всеволода (XII в.) впервые была упомянута ежегодная поверка весов. В 1723 г. Петр I издает Указ о том, чтобы муку, крупу, солод и толокно продавать на вес, а не на меру, и в «заорленные весы», то есть поверенные и клейменные, «а ежели у кого явится фальшивая мера и весы, оный будет жестоко оштрафован».
В ХVIII в. появились первые автоматические весы – они работали без передвижения гирь. Стрелка показывала значение сразу, как только на весы клали груз.
Первоочередной задачей метрологии в XVIII в. стало создание единых отечественных образцов мер (эталонов) и приведение в соответствие с ними всех измерений в стране с помощью отлаженной системы поверки. К решению этой задачи были привлечены ведущие ученые, в том числе и великий математик Леонард Эйлер. В некоторых вопросах Эйлер предвосхитил события, в частности, предложив десятичный принцип деления единиц и метрическую систему мер. Именно Эйлер выдвинул идею создания эталонов, основанных на физических постоянных. По существу, он стоял у истоков создания в России научно обоснованной системы обеспечения единства измерений – этой главной задачи метрологии, блестящее решение которой спустя полтора века нашел Дмитрий Иванович Менделеев.
Государственная служба мер и весов на Руси начала свое существование с 1 января 1845 г. Именно с этого времени вступало в действие «Положение о мерах и весах». Однако развитие службы шло чрезвычайно медленно. В 1892 г. работу государственной службы мер и весов возглавил Д. И. Менделеев, который был управляющим Главной Палаты мер и весов – центральным метрологическим учреждением России. Под руководством Д. И. Менделеева было разработано новое «Положение о мерах и весах», введенное в действие с 1899 г. Новым законом была предусмотрена организация специальных учреждений – поверочных палаток, которые предполагалось устроить в первую очередь в торгово-промышленных и приборостроительных центрах.
К началу революции 1917 г. в России успешно работало большое количество крупных предприятий, которые без устали производили весы.
В 1970-х гг. появились микропроцессоры, а к середине 70-х иностранные производители весов поставили это изобретение себе на службу. В 1982 г. армавирский ПО «Весоизмеритель» начал серийное производство первых в СССР электронных весов модели РП-Ц24б. Но встав на путь автоматизации, советская промышленность не сильно продвинулась, поэтому до конца 80-х гг. ХХ в. в России сохранялась большая потребность в зарубежных электронных весах.
СРЕДСТВА ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИНЫ
Современная измерительная техника для линейных и угловых измерений является результатом длительного совершенствования измерительных средств и учения об измерениях, тесно связанных с развитием земледелия, торговли, астрономии, мореплавания и строительства. Но наибольшее влияние на развитие техники линейных измерений оказали производство оружия, мануфактуры, производство паровых двигателей и т.п. В течение многих лет средства и методы измерений совершенствовались, но очень медленно. Только во второй половине XIX в., в связи с быстрым развитием металлообрабатывающей промышленности и развитием науки и технологий, начался ускоренный прогресс измерительной техники.
Первая настоящая линейка была изготовлена во Франции после французской революции. Ее длина равнялась одному метру, ширина 2,5 см. Метр был равен одной сорокамиллионной части длины парижского меридиана. Длина меридиана была измерена и вычислена с помощью 115 треугольников на прямом участке между Дюнкерком и Барселоной. Первую линейку изготовили из латуни. Ее называли «республиканский метр». Для широкого применения изготавливали деревянные линейки.
Некоторые единицы меры из истории русской метрологии имеют антропологическое происхождение, ученые связывают это с особенностями трудовой деятельности человека. Например, жители Киевской Руси использовали такие виды измерений: вершок (длина фаланги указательного пальца), пядь (расстояние между концами вытянутых большого и указательного пальцев, около 17,78 см), локоть (расстояние от локтя до конца среднего пальца), сажень (от «сягать, достигать», то есть можно достать), косая сажень (расстояние от подошвы левой ноги до конца среднего пальца вытянутой вверх правой руки), верста (от верти, поворачивая плуг обратно – длина борозды), равная пятистам саженям.
Существовала острая необходимость в принятии и изготовлении стабильных прототипов различных мер. Распространению в России единой системы мер и весов в значительной степени способствовала Главная палата мер и весов, преобразованная в 1893 г. по инициативе Д. И. Менделеева из Депо образцовых мер и весов. Ныне это Всесоюзный научно-исследовательский институт метрологии имени Д. И. Менделеева (ВНИИМ).
Сначала в Главной палате мер и весов было три лаборатории – мер длины, мер массы и температурных измерений. В дальнейшем Д. И. Менделеев организовал ряд новых лабораторий: лабораторию измерения электрических величин, фотометрическую, водомерную, манометрическую, химическую и астрономическую. В 1910 г. (уже после смерти Менделеева) в Палате была создана радиотелеграфная группа, на базе которой впоследствии возникло несколько лабораторий для разработки проблем измерений в области электромагнитных колебаний высоких частот.
В конце XIX в. специальные метрологические учреждения создаются в Германии (1887 г.), Англии (1900 г.) и США (1901 г.)
Первоначально прототип единицы измерения искали в природе, исследуя макрообъекты и их движение. Постепенно поиски переместились на атомный и внутриатомный уровень. Так, в 1983 г. было принято новое определение метра: это длина пути, проходимого светом в вакууме за 1/299792458 долю секунды. Это стало возможным после того, как скорость света в вакууме (299792458 м/с) метрологи приняли в качестве физической константы.
Обзор подготовила Елена Михаленко
