3. История развития метрологии

История развития метрологии насчитывает большое количество систем единиц. Каждая из них возникла из потребностей практики и отражала соответствующий уровень знаний, развития техники, производства, торговли. Территориальная разобщенность народов, слабые торговые связи в значительной степени способствовали появлению на разных стадиях развития общества различных систем единиц, каждая из которых обеспечивала единство измерений только в пределах отдельных регионов.

Многие из первых единиц измерения были заимствованы из размеров самого человека. Очевидно, первой мерой длины был человеческий шаг, затем появились и другие меры длины:

палец – ширина какого-либо пальца; дюйм – длина сустава; ладонь – ширина 4 пальцев;

ступня, или фут; локоть, или аршин.

Достоинством этих первых примитивных единиц измерения было то, что они всегда были под рукой, хотя они и несовершенны.

В последующем развитие общества требовало создания более точных мер. С этой целью в более поздние времена пытались применять средние значения указанных величин. Первые меры перестали удовлетворять в ряде случаев человека недостаточной масштабностью. Трудно, например, измерить расстояние в несколько километров футами или локтями. Тогда стали использовать для измерения больших расстояний явления окружающей среды:

бычий рев – расстояние, на котором человек может услышать рев быка;

выстрел из лука – расстояние, на которое летит стрела, выпущенная из лука;

ружейный выстрел; день пути и т.д.

Для измерения массы люди использовали зерна ячменя, проса, пшеницы. Наименование наименьшей части фунта – гран (равен 0,063 г) в переводе с латинского означает зерно. Даже в настоящее время применяемая единица массы драгоценных камней карат (0,2 г) – по-арабски означает «семя» одного из бобовых растений.

Большинство русских мер, так же как и у других народов, было связано с частями человека. Такими мерами были:

палец – равный толщине пальца; пядь – равный наибольшему расстоянию между большим и указательным пальцами;

локоть – длина которого определялась от локтя до переднего сустава среднего пальца;

сажень – представляла собой расстояние между концами средних пальцев раскинутых рук (маховая сажень) или расстояние от пяты левой ноги до конца вытянутых пальцев поднятой вверх правой руки (косая сажень).

В XVI веке сажень была приравнена к трем аршинам и стала называться казенной, или трехаршинной. Для измерения больших расстояний на Руси с давних пор употреблялась верста (XI век).

Единицей измерения площади земли была десятина, равная 2400 кв. саженей.

Применявшиеся меры веса часто связывались с денежными единицами. Долгое время товары оплачивались кусками серебра определенного веса, которые одновременно считались и денежными единицами и мерой веса. На кусках серебра делались зарубины, по которым производился разлом для более мелкого расчета. От отломленных рубленых частей кусков серебра и произошло слово «рубль».

Древние вавилоняне установили год, месяц, час. Впоследствии 1/86400 часть среднего периода обращения Земли вокруг своей оси получила название секунды.

Первым свидетельством, относящимся к мерам и весам на Руси (конец X в.), является Устав о церковных десятинах и прочих князя Владимира Святославича, в котором дано поручение епископам наблюдать за мерами и весами.

Надзор за мерами и весами в Древней Руси поручался духовенству и только в XVI веке надзор перешел к гражданским властям. Грамота (1135 г.), данная г. Новгороду князем Всеволодом Мстиславовичем, гласит: «…торговые весы, мерила и чаши от весов блюсти епископу без пакости…».

Важнейшим метрологическим документом в России является Двинская грамота Ивана Грозного (1550 г.). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры сыпучих веществ – осьмины.

Метрологической реформой Петра I к обращению в России были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и в кораблестроении, - футы, дюймы.

В 1736 г. по решению Сената была образована Комиссия весов и мер под председательством М.Г. Головкина. В качестве исходных мер комиссия изготовила медный аршин и деревянную сажень, за меру веществ было принято ведро. Важнейшим шагом было создание русского эталонного фунта.

Первоначально единицы физических величин выбирались произвольно, без какой-либо связи друг с другом, что создавало трудности при переводе. В каждой стране, а иногда даже в каждом городе, создавались свои единицы. Перевод одних единиц в другие был очень сложен и приводил к существенному снижению точности результатов измерений.

Помимо указанного разнообразия единиц, которое можно назвать «территориальными», существовало разнообразие единиц, применяемых в различных областях науки, техники, промышленности и т.д., которые назывались «отраслевым» многообразием величин. Это разнообразие существует и в настоящее время. По мере развития техники и международных связей трудности использования результатов измерений возрастали и тормозили научно-технический прогресс. Положение еще осложнялось еще и тем, что соотношение между кратными единицами были разнообразны. Даже в настоящее время в Европе насчитывается до сотни футов различной длины, около полусотни различных миль, свыше 120 различных фунтов.

Первоначально она базировалась всего на четырех единицах:

единица длины – метр; единица массы – килограмм;

единица площади – квадратный метр (м);единица объема – кубический метр (м).

Позднее к этим величинам присоединили единицы времени – секунду и температуры – градус Кельвина.

За единицу длины был принят метр, равный одной десятимиллионной части четверти меридиана Земли, проходящего через Париж. За единицу массы была принята масса 1 дм чистой воды при температуре +4 С. Эту величину назвали килограммом.

Как видим, в отличие от множества применявшихся ранее мер, основанных на самых разнообразных величинах, в основу метрической системы мер положены незыблемые образцы. В этом заключалась одна из особенностей и преимуществ метрической системы мер.

Другое важное преимущество метрической системы мер – десятичное подразделение единиц, когда каждая единица образуется путем деления или умножения основной единицы на число, кратное 10, а также единый способ образования их наименований путем включения в название соответствующей приставки: кило-, санти-.

Третьим, очень важным достоинством метрической системы являлось установление тесной и простой связи между единицами длины, площади, объема и массы.