Методички 3-й курс 1-й семестр / ДЛЯ ТЕХ КТО МЕТРОЛОГИЮ ЗАВАЛИЛ / sergeev_a_g_metrologiya_istoriya_sovremennost_p

Глава 4. Развитие русской метрологии

день и ночь), час. Началом года считали 1 марта, впрочем, в тече- ние довольно длительного периода начало года не было жестко фиксировано, оно колебалось около 1 марта (так называемый циркамартовский стиль), что обусловливалось, как предполагают, стремлением приурочить начало года к первому весеннему новолунию. Мартовский счет сохранялся до конца XV в., когда началом года стали считать 1 сентября.

Петр I внес свою лепту и в систему счисления месяцев, перенеся начало года на 1 января. Нетрудно заметить, что девятый месяц

– сентябрь – имеет латинский корень «септем» (семь), десятый – октябрь – корень «окто» (восемь), одиннадцатый – ноябрь – корень «нано» (девять), двенадцатый – декабрь – «дека» (десять). Этот сдвиг на два месяца объясняется тем, что названия месяцев перешли из юлианского календаря, по которому год начинался с 1 марта. Указанные месяцы в этом счислении занимали соответственно 7, 8, 9 и 10-е места от начала года.

Разница между юлианским и григорианским летоисчислениями каждые 100 лет увеличивается на один день. Скажем, день рождения Пушкина по старому стилю приходился на 26 мая 1799 г. (XVIII в.), но мы отмечаем его 6 июня – по новому стилю. Таким образом, разница между этими датами составляет 11 дней. Бородинское сражение по старому стилю состоялось 26 августа 1812 г. (XIX в.), а по новому – 7 сентября. Здесь разница уже 12 дней. В ХХ в. различие между юлианским (старый стиль) и григорианским (новый стиль) календарями насчитывало уже 13 дней. «Лишний» день берется из разницы между високосными годами в том и другом календарях. С 2100 г. православные будут праздновать Рождество 8 января, а старый Новый год встречать в ночь с 14-го на 15-е.

С принятием христианства порядковое обозначение лет (летоисчисление) вели от сотворения мира, в соответствии с чем каждая хронологическая дата по сравнению с нашим счетом была увеличе- на на 5508 лет. Год содержал в себе 12 месяцев, названия которых первоначально отличались от принятых в дальнейшем, отражая соответственные периодические изменения в жизни природы и в хозяйственной практике. Так, январь первоначально называли «просинец» (что характеризовало увеличение светлого времени суток),

104

4.6. Меры времени

февраль – «сечень» (сезон рубки леса), март – «сухий» (подсыхание земли) и т.д. Однако, например, в Лаврентьевской летописи 1091 г. встречаются современные названия (май, март, август и др.). Неделя издавна была принята равной, как в Византии и ряде других стран, семи суткам, что нашло отражение в ее древнерусском наименовании «седмица». Слово «неделя» первоначально употребляли для обозначения воскресенья как дня, не занятого делами, т. е. нерабочего дня (в украинском языке и ныне сохранилось это название). В отличие от современности начало суток не только расходилось с условно принятым в дальнейшем (12 часов ночи), но и было переменным, поскольку за начало суток принимали восход солнца; помимо того, в XII в. само слово «сутки» отсутствовало, а употребляли слово «день» или (в некоторых литературных памятниках) «день-нощие».

Меры времени имеют своеобразную особенность – их метрологическая основа является двойственной: более крупные единицы измерения времени (год, месяц, сутки) даны непосредственно самой природой, а более мелкие введены человеком (час, минута, секунда). Естественные единицы – год, месяц (лунный) – оказались весьма удобными прежде всего потому, что длительность их постоянна и практически одинакова почти для всех мест земного шара.

Древнейшие литературные памятники свидетельствуют, что в Киевской Руси эти единицы времени (до часа включительно) были известны уже в XI в., причем год именовали «лето» (слово, частич- но употребляемое в этом смысле и в настоящее время). В относящемся к первой половине XII в. (1136 г.) трактате по хронологии новгородского дьякона Кирика встречаем даже точную формулировку соотношений единиц времени: «Чти по 12 месяца в всяком лете... В лете едином недель 52 и един день и четверть дни. Да того четвертию на четвертое лето прибудет день... В едином лете 4380 и 3 часы, а нощи толикоже». Иногда мера времени приобретает неожиданное название, например склянка.

К XVI в. лидерство в развитии в Европе перешло к Голландии, которая, освободившись от гнета Испании, стала первым в истории буржуазным государством с буржуазным парламентом – Генеральными штатами семи провинций. Необычайно интенсивно в Голлан-

105

Глава 4. Развитие русской метрологии

дии развивался морской флот, и к 1650 г. по качеству судов Голландия превосходила флоты всех европейских стран, вместе взятых. Немудрено, что именно здесь сформировалась единица времени в морской практике. Такой единица стала склянка, вначале равная получасу. Склянкой моряки называли стеклянные песочные часы, которые вахтенный матрос должен был переворачивать каждые пол- часа, ударяя при этом в колокол. Конечно, склянка не несла в себе функции измерения точного времени. Скорее она гарантировала временной распорядок на судне.

В рамках реформирования способов счета и определения времени указом Петра I от 1700 г. начало года было перенесено на 1 января. Кроме того, был принят порядковый счет лет, соответствующий современному (а не от сотворения мира). Вместо деления суток на светлое и темное время различной длительности было введено деление суток на две равные части (по 12 часов) неизменной длительности в течение всего года (совершенно независимо от моментов восхода и захода солнца). Новое деление суток воспроизводили с помощью часоизмерительных устройств, на циферблатах которых были нанесены лишь 12 чисел, как и в настоящее время. Этим же указом начало суток было перенесено на строго определенный астрономический момент – полночь.

Номенклатура единиц времени, существовавшая в XVII в., пополнилась мелкими единицами суточного времени, например долей секунды – терцией (1/60 с). У Магницкого сказано также о еще более мелких единицах, основанных на шестидесятеричном принципе деления. Тогда они существовали лишь теоретически. Эти единицы активно стали утверждаться в XX в.

4.7. Угловые меры

Угловые измерения особенно широко использовались в астрономии и геодезии. Здесь нашли применение градус, минута, секунда, а также доля последней. Градус (1/360 часть окружности) на Руси был известен до XVI в. По-латыни градус – это ступень. Именно так его называли на Руси вплоть до XVIII в. – как ступень (деление) на круговой шкале.

106

4.7. Угловые меры

На флоте в качестве крупной угловой единицы использовался румб. В промышленности ограничивались градусами и иногда минутами, хотя при побочных работах (например, при съемках в горных выработках) использовали даже секунды, поскольку углы простирания и углы падения пластов надлежало определять с помощью теодолита в градусоминутах и секундах. Русскими астрономами были определены координаты звезд не только Северного полушария неба, но частично и Южного до широты 30°. На территории России были определены в градусах, минутах и секундах географические координаты десятков тысяч пунктов. Диапазон измеряемых углов значительно возрос в сторону малых значений, чему особенно способствовало применение нониуса и микроскопов с большой разрешающей силой. В некоторых случаях значения измеряемых углов были таковы, что приходилось пользоваться только секундами и их долями. Так, например, измеренные В.Я. Струве еще в 1824–1837 гг.

âДерптской обсерватории угловые расстояния между компонентами двойных и многократных звезд составляли от 32 до 1′′ (для 3000 звезд). Долями секунды особенно широко пользовались при обработке результатов измерений. Уже при обработке результатов градусных измерений вдоль дуги меридиана для измеренных углов указаны и сотые доли секунды, а погрешности были выражены в тысячных долях секунды.

Для ориентации в направлении север–юг, восток–запад уже с XV в. использовались магнитные компасы, иногда совместно с астролябией – угломерным прибором для определения широт и долгот

âастрономии (рис. 4.4,в). Астролябия использовалась и при измерении горизонтальных углов при землемерных работах.

Поморы задолго до появления магнитных компасов пользовались простым и оригинальным прибором – ветрометом (рис. 4.4,б). По- четный полярник Ф. Шипилов пишет о нем так: «То был... деревянный сферический сегмент диаметром 60–70 сантиметров и толщиной около 5 сантиметров. Деревянный диск разбивался на тридцать два деления – румба. В каждом румбе просверливались отверстия,

âкоторые вставлялись деревянные стержни разной высоты. Восемь основных стержней были самыми высокими: они назывались “ветры”. Восемь стержней пониже имели название “межники”, а ос-

107

Глава 4. Развитие русской метрологии

à)

Рис. 4.4. Геодезический циркуль XIX в. (а), поморский ветромет (б)

и астролябия с компасом XVII в. (в)

108

4.8. Обеспечение единства измерений

тальные шестнадцать были короткие и назывались “малые палки”. В центр круга вставлялась длинная палочка; по ней определяли по солнцу, в полдень, направление север – юг» [35].

Âразвитии методики угловых измерений наибольший интервал

ñметрологической точки зрения представляет система абсолютных и относительных определений, основы которой были заложены в 1806–1815 гг. астрономом В.К. Вишневским (будущим академиком), определившим за это время географические координаты всех пунктов Европейской России. Его долготные определения для огромного большинства пунктов опирались на сетку из 17 основных пунктов, долготы которых были определены астрономически на основе довольно редко встречающихся явлений – вроде затмений (спутников Юпитера), а долготы прочих пунктов были найдены более простым и быстрым способом – путем перевозки хронометров. Эта методика получила дальнейшее развитие в Пулковской обсерватории и у русских геодезистов, а сам принцип совмещения абсолютных и относительных определений также при измерениях других величин. Он способствовал увязке и взаимной проверке результатов и тем самым точности и единству определений.

Весьма высокая точность была достигнута при градусном измерении дуги Дерптского меридиана (1816–1855). По вычислениям В.Я. Струве, средняя погрешность измерений углов тригонометри-

ческого ряда этой дуги колебалась на различных участках последней от 0′′,501 (балтийская часть дуги, В.Я. Струве) до 1′′,113 (волынско-

подольская часть дуги, К.И.Теннер), а вероятная погрешность составляла соответственно 0′′,3375 и 0′′,751.

4.8. Обеспечение единства измерений

Изложенное свидетельствует о насущности работ в области унификации мер. Правда, это не так просто было сделать из-за динамики границ России, обусловленной присоединением новых территорий с иными бытовавшими там мерами. Общероссийская система мер складывалась постепенно, вместе с объединением земель и возникновением централизованного государства. Расширение торговли, образование общероссийского рынка делали все более нетер-

109

Глава 4. Развитие русской метрологии

пимым отсутствие единых государственных мер. Решение задачи устранения разнообразных мер осложнялось и необходимостью соблюдать осторожность в замене русскими мерами немецких, польских и турецких на окраинах России. Однако все же в целом сфера применения единых русских мер все более расширялась.

Для поддержания единства мер в Киевской Руси служили образцовые меры, которые находились в распоряжении князей, например золотой пояс, равный 108 см, великого князя Святослава Ярослави- ча (1073–1076) или локоть Иваньский – мера в распоряжении церкви Иоанна Предтечи в Новгороде. В общем случае пядь, локоть, сажень приравнивались к размерам частей тела взрослого мужчины ростом порядка 170 см.

Âуставе великого князя Владимира о церковных судах в 966 г. устанавливался надзор епископа за мерами: «блюсти городские и торговые всяческие мерила и спуды и взвесы и ставила». За неудовлетворительное хранение мер устав не только угрожал небесной карой после смерти, но и «казнити близко смерти», и даже с конфискацией имущества.

Âкрупных городах, которые вели торговлю с Западом, образцовые меры изготовляли в двух (нескольких) экземплярах – один в русской церкви, а другой (другие) – у торгового партнера. Конеч- но, при этом для своей выгоды совершались умышленные порчи мер как с одной, так и с другой стороны.

По мере объединения раздробленной Руси московскими князьями все местные меры подгонялись под московские («все мерити в новую меру», «принимати хлебные запасы у курчан в московскую таможную меру») (правление Ивана III, 1462–1505). В 1555 г. указом Ивана IV Грозного были установлены нормы на размеры пушеч- ных ядер. На обеспечение единства мер по «московскому уряду» были направлены и некоторые достижения в создании надежной ма- териально-метрологической базы.

Начиная со второй половины XVI в. и на протяжении XVII столетия был издан ряд царских указов, направленных на приведение действовавших в стране мер к единой системе. Особое место в этом ряду занимает Таможенный устав 1653 г. Его положения касались измерений веса и объема товаров, осуществлявшихся по всей стране с целью сбора внутренних таможенных платежей. Наблюдение за

110

4.8. Обеспечение единства измерений

правильностью мер и весов осуществлял приказ Большого прихода – центральное финансовое учреждение, возникшее во второй половине XVI в. Под его контролем были изготовлены первые образцовые «заорленные» меры, обязательные для всех таможен. В ведении приказа были Большая таможня и Померная изба, находившиеся в Москве.

Материальной основой для осуществления единства измерений явилась впервые получившая в XIX в. широкое развитие система эталонов основных единиц. Ее роль была достаточно велика, несмотря на то что большинство эталонов юридически не являлись общегосударственными.

Чтобы оценить всю важность создания системы эталонов в истории русской метрологии, необходимо отметить, что еще в начале и даже в середине XIX в. работы по метрологии проводили только некоторые ученые. Сами правительства принуждены были к ним обращаться. Поверочные учреждения, существовавшие тогда в некоторых государствах, должны были производить поверку мер и весовых гирь только для целей торговых и промышленных. Если ка- кие-либо приборы и поверялись в подобных учреждениях, то, оче- видно, большой точности от них нельзя было ожидать, хотя верность результатов была засвидетельствована правительством. Даже академик А.Я. Купфер при метрологических работах, связанных с созданием эталонов, пользовался не теми образцовыми мерами длины и веса, которые были поверены для России в правительственных метрологических органах Англии и Франции и имели официальные свидетельства. Юридической основой для обеспечения единства измерений служили правительственные указы. Существенную роль для обеспечения единства измерений играло осуществление мероприятий по организации централизованного изготовления мер.

Таким образом, состояние измерительного хозяйства в России XV–XVII вв. нельзя было считать удовлетворительным – обманы и злоупотребления, особенно в торговле, наблюдались на всей территории, единство мер еще не было достигнуто. Однако уже само стремление достичь в стране этого единства позволило обрести очертания системы русских мер, фактически сохранившихся до метрической реформы 1918 г.

111

Глава 4. Развитие русской метрологии

ÂXVIII в. при Петре I эта система характеризовалась увеличе- нием малых мер, повышающих точность измерений и сближающих русские меры с английскими. При этом вводили новые единицы для измерения не регламентированных ранее механических, тепловых, электрических и магнитных величин. Во времена Петра I русские меры были приведены в соответствие с английской системой. Единицей веса стал фунт, равный 96 золотникам (фунт – 0,4095 кг, золотник – 4,266 г). Все это связано с нововведениями Петра I в торговле, промышленности, строительстве, картографии, астрономии и судостроении. Потребовалось улучшение измерительного хозяйства страны, открытие новых учебных заведений, где преподавали дисциплины, связанные с измерениями, оценкой их точности, новым измерительным парком. Был организован ввоз измерительной техники (угломерной, оптической, механической) из-за границы, особенно для армии и флота. Появились ремонтно-юстировочные мастерские, а также мастерские для изготовления некоторых приборов при Навигацкой школе, Морской академии, дворе самого Петра I и доме Я.В. Брюса.

Фут сыграл большую роль в формировании российской системы мер длины, площади и объема. Как известно, Петр I приравнял сажень к семи английским футам, смело нарушив существовавшие соотношения между большими и малыми мерами (единицами) длины. Царь, очевидно, понимал, что изменения в старых мерах и по названиям, и по размерам должны быть минимальными. Он сохранил деление сажени на 3 аршина и размер версты, равный 500 саженям. В результате в аршине оказалось 28 дюймов, но по-прежне- му 16 вершков, а в версте – 3500 футов. Размер сажени изменился с 216 до 213,36 см, т. е. примерно на 1,24%, что не сказалось на проведении массовых, сравнительно грубых измерений. Соответственно, изменились и размеры аршина, вершка и единиц измерения площадей и некоторых мер объема.

Âнастоящее время установлено официальное соотношение между английским футом и метром: 1 фут равен 30,48 см (точно).

Àсам фут продолжает здравствовать, несмотря на наступление со стороны почти всемогущей метрической системы СИ.

5 апреля 1722 г. Петр I собственноручно написал и утвердил Регламент об управлении Адмиралтейства и верфи и часть вторую

112

4.8. Обеспечение единства измерений

Регламента морского. В документах отражены и вопросы, которые ныне мы относим к законодательной и прикладной метрологии. Вопервых, это «обязанность контролера поверять весы и меры в Адмиралтействе каждые полгода». Кроме того, документ обязывал капитанов «при походе в море брать из коллегии одни весы и меры, заклейменные для поверки других весов и мер». Одна из глав повествует о том, что «учреждается должность вагмейстера и унтервагмейстеров», а также утверждаются правила взвешивания различных материалов.

В 1736 г., в царствование императрицы Анны Иоановны, была образована Комиссия об учреждении весов и мер под председательством главного директора Монетного правления графа М.Г. Головкина, который, по собственным его словам, «об учреждении правдивых весов издавна старание имел». Общей задачей комиссии являлось установление прочных метрологических основ для упорядочения измерительного хозяйства. К частным, но также основным задачам комиссии относились: определение точных значений исходных мер, критическое рассмотрение вопроса о системе русских мер в целом, установление связи между единицами различных величин (длины, объема, веса), создание единых общеобязательных государственных образцов мер (эталонов), разработка совокупности положений и правил, которые определяли бы порядок использования и поверки мер. Комиссия получила право привлекать к работе академиков и других специалистов. Экспериментальной базой для работ комиссии служила лаборатория механических и инструментальных наук при Академии наук, созданная сподвижником Петра I А.К. Нартовым.

Комиссия весьма широко понимала свои задачи. Первоначально она предполагала положить в основу русской системы мер некоторые физические постоянные (размеры градуса земного меридиана и вес чистой воды или золота). Она обсуждала также вопрос об использовании десятичного принципа для соотношения дольных и кратных единиц. Таким образом, комиссия до некоторой степени пыталась решить те вопросы, которые в дальнейшем были решены создателями метрической системы мер во Франции. Анализ задач комиссии дает достаточные основания считать М.Г. Головкина первым главным метрологом (главным вагмейстером) Российской империи.

113