1. 3. Естественные меры и единицы измерений
Переход от подручныхсредств для измерений квещественным мерам, их заменяющим, привел к осознанию роли и внедрению в практикуестественных мер и единиц измерений.
Первая естественная мера, мера времени– период вращения Земли. Относительная погрешность определения единицы времени секунды как 186400 части среднего периода обращения Земли вокруг своей оси оказалась равной 107. Точность других, вещественных, мер времени (от песочных часов до сложных механизмов) не шла с этим ни в какое сравнение. В 1664 году Гюйгенс, занимавшийся разработкой маятниковых часов, предложил использовать свойство изохронности колебаний математического маятника (установлено еще в 1583г. Галилеем) для выражения меры длины через естественную меру времени. Речь идет об использовании выражения для зависимости периодаТколебаний маятника от его длиныl
при малых отклонениях маятника. (g = const- ускорение свободного падения).
Единицей длины, например, могла бы стать 13 длины маятника с периодом колебаний, равным 1 секунде.
Идея Гюйгенса при жизни не была реализована, но мысль о естественной единице длины заинтересовала ученых. Она обсуждалась в Комиссии мер и весов в России. Рассматривалась возможность определения сажени через длину меридиана Земли. Однако из-за отсутствия денежных средств и специалистов Комиссия ограничилась, как отмечено выше, изготовлением и утверждением в качестве исходных вещественныхмер (эталонов) длины и массы. По той же причине пришлось отказаться и от определения фунта через вес определенного количества чистой воды, от введения десятичной системы образования кратных и дольных единиц и др.
Это были первые проекты создания системы мер, основанной на физических постоянных. Лишь в 1824г. в Англии был принят закон, установивший единицу длины ярд через длину секундного маятника.
1. 4. Метрическая система
Идея построения системы измерений на десятичной основе принадлежит французскому астроному Г. Мутону (XVIIв.) После революции 1790г. 8 мая Учредительное собрание Франции приняло декрет о реформе системы мер. Комиссия Парижской академии, в состав которой входил Лаплас, предложила считать единицей длины длину десятимиллионной части четверти земного меридиана, проходящего через Париж. 26 марта 1791г. Учредительное собрание узаконило эту единицу и назвало ееметром. На основе этой единственной единицы строилась вся система, получившая названиеметрической.
Другая комиссия академии под руководством Лагранжа рекомендовала десятичное подразделение кратных и дольных единиц. Метрическая система была задумана как международная, так как ее единицы не совпадали ни с какими национальными единицами, а наименования единиц были образованы от слов «мертвых» языков (латинского и древнегреческого). Национальный конвент признавал, что дело реформы мер и весов, "как одно из величайших благодеяний революции, должно быть доведено республикой до конца". В 1792г. под руководством астрономов Делямбра и Мешена начались градусные измерения длины Парижского меридиана между Дюнкерком на севере Франции и испанским городом Барселона. 7 апреля 1795г. Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции и поручил комиссарам, в число которых входили Кулон, Делямбр, Лагранж, Лавуазье, Лаплас и другие ученые, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. Под наблюдением международной комиссии работы по измерениям и обработке их результатов были завершены в 1799г. Был изготовлен образец или эталон метрав виде концевой меры – платинового стержня прямоугольного сечения. За единицу площади принималсяквадратный метр, за единицу объема –кубический метр, за единицу массы –килограмм– масса кубического дециметра чистой воды при температуре наибольшей ее плотности +4С. Эталон килограмма был изготовлен в виде платинового цилиндра. Платиновые образцы метра и килограмма были сданы на хранение в архив Французской республики; они получили названиеархивного метра и архивного килограмма.
За единицу измерения объема жидких и сыпучих тел был принят литр, равный объему куба с ребром в 1 дециметр.
Несмотря на преимущества, метрическая система внедрялась с трудом. Выяснилось сразу, что децентрализованное воспроизведение на основе принятых определений метра и килограмма менее точно, чем непосредственное сличение изготовленных вещественных мер длины и массы. Во Франции Наполеон, например, считал, что "нет ничего более противоречащего складу ума, памяти и соображению, чем то, что предлагают эти ученые. Абстракциям и пустым надеждам принесено в жертву благо теперешних поколений, ибо чтобы заставить старую нацию принять новые единицы мер и весов, надо переделать все административные правила, все расчеты промышленности. Такая работа устрашает разум". В 1812г. он ввел новую систему, в которую вернул туаз(1 туаз1,95м) и другие единицы со старыми наименованиями, но приведенные к метрической системе.
Только 4 июля 1837г. метрическая система, очищенная от нововведений Наполеона, была по закону введена во Франции, и лишь с 1 января 1840г. стала обязательной.
Метрические меры начали постепенно распространяться в других странах. Представители точных наук больше других ощутили потребность в единых мерах, поэтому в борьбе за внедрение метрических мер они стояли в первых рядах.