История создания Метрической системы

СОДЕРЖАНИЕ 

Введение__________________________________________2

Появление международной  системы____________________3

Древнерусские меры_________________________________4

История развития___________________________________5

Разработка и внедрение______________________________6

Закон о метрической системе  мер______________________7

Метрология________________________________________7

Меры англоязычных и других стран____________________9

Библиографические ссылки___________________________11

Список используемых источников______________________13

ВВЕДЕНИЕ

Измерения нужны для познания природы: точность измерений — это дорога к открытиям, хранению и использованию точных значений.

Люди стали измерять окружающие их предметы ещё в древности. И с каждым днём роль и значение измерений увеличивалась. Человечество глубоко развило технику измерений. Используя новейшие методики, ученые точно измеряют свойства предметов и явлений. Эти измерения являются одним из средств помогающим познать человеку природу, подчинить ее нашим нуждам.

Старые средства измерений (палка, тень, чашка, камень) заменились новыми, позволяющими нам воспринимать невидимый свет, ощущать магнитные силы и другие явления, которые без новых СИ были бы нам неизвестны.

Измерение массы товаров, длины, объема это очень сложный и долгий  процесс, который повторяется большое количество раз и вычисляется изо дня в день многими миллионами операций. Это имеет большое значение для торговли продовольственными товарами, где большинство операций по подготовке к продаже и при продаже включает обязательное взвешивание. Измеряют вес также и у некоторых хозяйственных товаров, строительных материалов. Необходимо измерять товары, в том числе при их дозировании и фасовке, а также при операциях по приему и отпуску товара на складах.

ПОЯВЛЕНИЕ МЕЖДУНАРОДНОЙ  СИСТЕМЫ

10 декабря 1979 года правительство  Франции, с Наполеоном во главе, признало метр, а с ним, выходит, стала признана и метрическая система. Закон, который приняло правительство Франции, гласил: “Будет изготовлена медаль, чтобы передать памяти потомства время, когда система мер была доведена до совершенства, и операцию, которая послужила ей основой. Надпись на лицевой стороне медали будет: ”На все времена, для всех народов”, а внизу : “Французская республика, VIII год”. Хоть медаль так и не была изготовлена, её слова сохранились в  истории. Революционное происхождение метрической системы мер помешало её принятию в других странах, в том числе и восстановление королевской власти во Франции в 1815 году помогло ее забыть. Лишь в 1875 году в Париже дипломатической конференцией в составе которой было 20 стран, подписали “Конвенцию метра для обеспечения единства и совершенствования метрической системы”, после этого создали Международное бюро мер и весов. Не малую роль, русская наука, сыграла при превращении метрической системы мер в международную. Конференцию в Париже 1875 г. создали благодаря Петербургской Академии Наук. Русские учёные в отчете писали: “…ученый мир обязан России тем, что упомянутая реформа проведена на основаниях, ею выработанных с самого начала и все время поддерживаемых ею против расходившихся иной раз мнений”.

14 сентября 1918 г. Совет Народных Комисаров РСФСР под председательством В.И. Ленина принял постановление “Положить в основание всех измерений международную метрическую систему мер и весов с десятичными подразделениями и производными. Принять за основу единицу длины – метр , а за основу единицы веса – килограмм. За образцы основных единиц метрической системы принять копию международного метра, носящую знак № 28, и копию международного килограмма, носящую знак № 12, изготовленные из иридиевой платины, переданные России I Международной Конференцией Мер и Весов в Париже в 1889 году и хранимые ныне в Главной Палате Мер и Весов в Петрограде”.

Единственной системой мер и весов, которую, возможно было использовать в СССР, стала Метрическая система только с 1 января 1927 г..

Развитие и рост международных  отношений упорно требовали единообразия единиц в международном охвате, и лишь в октябре 1960 г. собралась XI Генеральная Конференция по мерам и весам , в которой участвовали представители 32 стран.

Международная комиссия, которую возглавлял советский профессор Г.Д. Бурдуном, выдвигает на рассмотрение Генеральной Конференции проект Международной системы СИ. Систему утверждают.

С 1 января 1963 г. утверждённую систему используют как предположительной во всех сферах науки, техники народного хозяйства, при обучении в нашей стране. Эта система универсальна и охватывает все области науки и техники, в новой системе соответственно сгруппированы все величины. Разработаны системы на базе десятичного принципа: кратны и дольные единицы получаются с помощью умножения либо деления на 10. Данный способ не используется для единиц времени, для них как и изначально оставили деление на 60 и 12,. Но доли секунды всё же подлежат делению на 10 ,100 и т.д.

Международную систему единиц узаконили в нашей стране ГОСТ 8.417-81 (СТ СЭВ 1052-78) ”ГСИ. Единицы физических величин”.

Самый “консервативный” из эталонов основных единиц СИ – килограмм. Его оставили равным массе международного прототипа, который хранится в Бретейльском павильоне парка Сен-Клу в окрестностях Парижа. Прототип килограмма с двумя контрольными копиями хранятся там с 1889 г. За величину килограмма приняли архивный килограмм, т.е. масса 1,000028 дц3 воды при температуре самой большой плотности равной 40С.

Метр – был определён как длина 1/40000000 части меридиана или платинового, а после платиноиридиевого Х-образного эталона. Эталон метра № 28, установленный Россией, имел в 1888-1889 годах длину 1метр + 0,47 мкм. Сравнение того метра с парижским эталоном в 1936 г. дало длину 1 метр + 0,71 мкм. Сложилась потребность соединить длину эталона с более точной природной величиной. Майкельсон обнаружил, что в метре умещается 1553163,5 длины волны красной линии кадмия. Метрологи приняли целесообразность данного установления метра в 1937 г. уточнили и определили, что метр это 15553164,13 длины красной линии кадмия при некоторых внешних условиях. В 1939 г. на Международной Конференции было предложено утверждение определения метра, но не удалось, так как началась война. Лишь послевоенные метрологи, не отвергли идею обозначения метра доказали экспериментально, что для этой цели умно пользоваться криптоном-86. И вот метр равен 1650763,73 длин волн в вакууме излучения, соответствующую переходу между уровней 2р10 и 5d5 атома криптон-86. Теперь с помощью данного определения длина метра может быть восстановлена в любом месте и в любое время, поэтому точность сравнения длин волн между собой намного больше точности сравнения металлических эталонов длины.

Воспроизведение эталонами единиц физических величин, поддержание их в работоспособном состоянии, обеспечение  их сохранности, сличение с эталонами  образцовых, а с ними, в свою очередь, рабочих средств измерений позволяет  метрологам обеспечивать единство измерений. [2]; [3]; [4]

ДРЕВНЕРУССКИЕ МЕРЫ

Приняв разумность перевода к десятичной метрической системе, человечество продолжает использовать мерами, которыми пользовались наши предки. В том числе и в государственных документах урожаи оценивают в нашей стране в миллиардах пудов.

В разговорной речи и сейчас используем такие меры как например, верста, золотник, фунт, ведро. Дореволюционные литературные писания возвращают к используемым в древности мерам. А.С. Пушкин, к примеру, писал так: “Он, правда, в туз из пистолета в пяти саженях попадал”.

“Болезнь входит пудами, а уходит золотниками”,- говорит нам старая народная пословица.

Неизвестно время установления появившихся русских мер, определить это очень трудно, известно, что писания X века говорят нам не только о наличии мер, но и в том числе оглашают правила гос. надзора за их правильностью.

Меры крепко повязаны с числами. Старославянская азбука работала с большими числами, как например, “Колода”.

У мер длины на Руси существовала своя история, их сущность и сажени и версты изменялось постепенно. Главной путевой мерой в XI в. являлась верста, каковая была равна 750 саженям и её длина в метрах была 1140 м. Мера пути “выпряжой” была равна расстоянию меж этапами, где перепрягали лошадей, при перевозке почты. В Киевской Руси сажень была равна 152 см. – это было расстояние меж размахом расправленных рук человека от большого пальца одной руки, до большого пальца другой. Сажень мерная, её другое название “маховая” была равна 176 см., в ней учитывали расстояние от края пальцев одной руки до конца пальцев другой; сажень косая – 248 см, меж подошвой левой ноги и краем среднего пальца поднятой вверх правой руки.

В 1649 г. Соборным уложением утвердили версту, равную 2,16 км и сажень 2,16 метра, равную 3 аршинам или 48 вершкам. В XVI веке открыли аршин – от персидского названия “арш” – локоть и был равен 72 см. К началу XX века Россия подошла с мерами длины, такими как например:  
1 миля = 7 верстам = 7,468 км;

1 верста =560 саженям = 1066,80 м; 
1 сажень = 3 аршинам = 7 футам = 100 сеткам = 2,1336 м;

1 аршин = 16 версткам = 28 дюймам = 0,711м;

1фут = 12 дюймам = 30,48 см;

1 дюйм = 10 линиям = 25,4 мм;

1 вершок = 44,38 мм;

1 линия = 10 точкам = 2,54 мм.

Меры объёма жидкостей в  Древней Руси были такие меры, как бочка, ведро, корчага, кружка, чарка. Корчагами измерили мед, воск, и она была равна 12кг. К ХХ веку были введены некоторые меры объёма для жидкостей:  
1 бочка = 40 ведрам = 491,97636 л.;

1 ведро = 4 четвертям = 10 штофам = 20 водочным бутылкам = 16 винным бутылкам = 100 чаркам = 200 получаркам или шкаликам = 12,2994 гр.

Изначально древние российские меры как единую систему презентовал академик Рыбаков Б.А., он же написал: ”одно главное что отличает русскую народную метрологию от древнегреческой, римской или византийской и западноевропейской, есть правило последовательного деления на 2… ”. “Полусажень”, «локоть”, который представляет четвертую часть сажени.

Русские меры – достояние русской культуры и мы должны гордиться достижениями своих предков, их мудрыми намерениями в делах торговли и взаимных расчетов. [2];[3];[4]

ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ

Быстрый рост промышленности и науки, и в том числе увеличение торговых отношений между разными странами в XIX в. Стали основными факторами, возбудившими работу и большое развитие в области метрологии как науки и установку в роли главной ее задачи разработку единой международной системы единиц, охватывавшею различные системы измерений.

Первыми стадиями разрешения возникшей проблемы стали установка и международное распространение Метрической системы мер и весов, разработка научных баз создания систем связанных между собой единиц физических величин, которые характеризуют большую часть явлений природы, разработка и не теоретическое внедрение систем СГС, МКГСС, МТС, МКС и др. Большая часть этих систем единиц имела не полноценную область использования и не была взаимосвязана между собой. Параллельно с разработкой систем единиц в результате желания сделать значения тех или иных физических величин максимально удобными для измерения и записи в некоторых отраслях науки и техники создали довольно много разнообразных внесистемных единиц. Благодаря этому сложилось такое положение, что для одной и той же величины применялось множество различных единиц (например, у силы было более 10 единиц, у энергии и работы - более 30, у давления - 18 единиц и т.д.). [2]; [4]

РАЗРАБОТКА И  ВНЕДРЕНИЕ

Разработка и внедрение  Метрической системы мер - это  большой прогресс для устранения большого количества несвязанных между собой единиц физических величин и мер, которые воспроизводили для нас эти величины. Эта множественность мер задерживала развитие промышленности и торговли.

Во времена французской буржуазной революции благодаря требованиям торгово-промышленных сфер, Национальное Собрание Франции (31 марта 1791 г.), утвердило, разработанное, Специальной комиссией, в составе которой входили многие французские ученые той эпохи (Лаплас, Лагранж, Борда, Кондорсе, Монж и др.), ожидание введения в качестве единицы длины метра, равного одной десятимиллионной доле четверти земного меридиана. Данную единицу длины окончательно утвердили 10 декабря 1799 г., и она стала основой единицей метрической системы. В виде ее первоначального эталона избрали платиновый стержень. Следующей по порядку, единицей Метрической системы стала единица массы - килограмм, эта единица изначально была равна массе в вакууме кубического дециметра воды при ее большей плотности (4 °С) там, где находится место уровне моря и на широте 45°. Первоначальным эталоном этой единицы была платиновая гиря. Прототип метра а также прототип килограмма находятся в Национальном Архиве Франции, их называют "метр Архива" и "килограмм Архива".

Одним из главнейших достоинств Метрической системы мер считалась ее десятичность, потому как дольные и кратные единицы, соответствуя признанным условиям, были образованы соответственно с десятичным счетом благодаря десятичным множителям, которым применяют приставки деци, санти, милли, дека, гекто и кило.

Международная дипломатическая конференция  семнадцати стран (Россия, Франция, Англия, США, Германия, Италия и др.) 20 мая 1875 г. приняла Метрическую конвенцию, в ней Метрическая система мер установилась международной, были утверждены также первоначальные эталоны метра и килограмма. Конференцией учредили Международное бюро мер и весов, основная задача данного бюро была обеспечение единства измерений в международном размере, также был образован Международный комитет мер и весов, осуществлявший научное руководство данной работой, готовил и выполнял Генеральные конференции по мерам и весам (ГКМВ). Одна из которых была произведена в 1889 г. [2]

ЗАКОН О МЕТРИЧЕСКОЙ  СИСТЕМЕ МЕР

Благодаря большому количеству сил, вложенных Главным хранителем Палаты мер и весов великим русским ученым Д. И. Менделеевым - неравнодушным сторонником Метрической системы мер, в России 4 июля 1899 г. приняли закон, в связи с которым с января 1900 г. разрешалось использовать Метрическую систему "наравне с основными российскими мерами". Несмотря на это, в России, Метрическую систему мер официально ввели лишь в сентябре 1918 г. Окончательно перешли к метрической системе к 1 января 1927 г.

Когда завершилась (в 1934 г.) большая и важная работа по разработке и утверждению стандартов на единицы физических величин для всех областей науки и техники, поставили задачу их совершенствования и устранения главных недостатков, присущих разработанным стандартам. Основной недостаток был таков, что стандарты для разных областей применения основывались на разных системах единиц.

В период послевоенного времени главные силы направляли на разработку стандартов, конструированных на основе единой системы единиц. С 1955 по 1958 гг. Комитет стандартов, мер и измерительных приборов утвердил новые ГОСТы на единицы для всех областей измерений. Устанавливались новые стандарты во время разработки Международной системы единиц, которая является нынешней формой Метрической системы, базирующейся на системе МКСА. Из-за этого новые стандарты в основном исходили из данной системы. Как и в СИ, в стандартах чётко разграничили единицы массы (килограмма) и единицы силы (ньютона), при отсутствии этого разграничения раньше постоянно вызывало путаницу между единицей силы в системе МКГСС и единицей массы в системе МКС. [2]; [4]

МЕТРОЛОГИЯ

Метрология – это не только наука об измерениях, это еще вспомогательная историческая дисциплина, которая изучает историю сложения систем мер.

Метрология изучает широкий  круг вопросов, связанных с разным родом проблем и задач. В них входят: общая теория измерений, единицы физических  величин и системы этих величин, методы и средства их измерений, методы помогающие определять точность измерений, основы обеспечения единств измерений и единообразия средств измерений, эталоны и образцовые средства измерений, технологии передачи величин единиц от эталонных к рабочим средствам измерения. Важное значение имеет исследование метрологических характеристик СИ, которые влияют на вывод при окончании подсчётов и на погрешности измерений.

Метод измерений – это сумма способов использования принципов и СИ. Все существующие методы измерения представляются вариациями одного основного метода – метода сравнения с мерой, в этом методе измеряемый размер сличают с размером, воспроизводимым мерой (однозначной или многозначной). Бывают такие виды данного метода: метод непосредственной оценки, (значение измеряемой величины определяют непосредственно по отсчетному устройству многозначной меры, на которую непосредственно действует сигнал измерительной информации, например, измерение электрического напряжения вольтметром); метод противопоставления (измеряемая величина и величина, воспроизводимая мерой, одновременно воздействуют на прибор сравнения – компаратор, например – равноплечие весы). дифференциальный метод (сравнение меры длины с образцовой на компараторе) нулевой метод (результирующий эффект воздействия величин на прибор сравнения равен нулю) метод замещения – измеряемую величину заменяют известной величиной, воспроизводимой мерой (взвешивание с поочередным помещением измеряемой массы и гирь на одну чашу весов) метод совпадений – разность между измеряемой величиной и величиной, воспроизводимой мерой, измеряют, используя совпадение меток шкал или периодических сигналов (измерение длины при помощи штангенциркуля с нониусом)

Единица физической величины - физическая величина (ФВ) фиксированного размера, которой условно присвоено значение, равное единице, и которую применяют для выражения количества однородных физических величин. Бывают основные, производные, кратные, дольные, когерентные, системные, внесистемные единицы. Производная единица – единица производной ФВ совокупности единиц, которая образована с учётом уравнения, связывающим ее с основными единицами или с основными и установленными производными. Производная единица называется когерентной, если в данном выражении числовой коэффициент равен единице.

Погрешности измерений – отклонения результатов измерения от истинного значения измеряемой величины. Погрешности неизбежны, выявить истинное значение невозможно.

По числовой форме представления

• Абсолютная погрешность  
  (А=Ад-Аизм (действит. минус измерянное)
• Относительные погрешности
• Относительная действительная
• Относительная измерянная
• Относительная приведенная
• Amax – максимальное значение шкалы прибора

По характеру проявления

• Систематические (могут быть исключены из результатов)
• Случайные
• Грубые или промахи (как правило, не включаются в результаты изм)

Классификация погрешностей в зависимости от эксплуатации приборов

Основная – это погрешность СИ при нормальных условиях. Дополнительная погрешность – это составляющая погрешности СИ, дополнительно возникающая из-за отклонения какой-либо из влияющих величин или неинформативных параметров от нормативного значения или выхода за пределы нормальной области значений. Дополнительных погрешностей столько, сколько функций влияния или неинформативных параметров.

Классификация средств измерений:

СИ классифицируются по большому количеству разных параметров и признаков, взаимно независимых в большинстве случаев, и в каждом СИ могут присутствовать практически во всех возможных сочетаниях. 
Основные критерии:

• Принцип действия
• Способ образования показаний
• Способ получения числового значения измеряемой величины
• Точность
• Условия применения
• Степень защиты от внешних магнитных и электрических полей
• Устойчивость против механических воздействий и перегрузок
• Стабильность
• Чувствительность
• Пределы и диапазоны измерений

В систему единиц веса в начале XX века входили также: 
1 берковец = 10 пудам = 163,80496 кг.;  
1 пуд = 40 фунтам = 16,3005 кг.; 
1 фунт = 32 лотам = 409,51241 г.; 
1 лот = 3 золотникам = 12,797 г.;

[2]; [3]; [4]

МЕРЫ АНГЛОЯЗЫЧНЫХ И  ДРУГИХ СТРАН

Кроме таких мер как ярд, фут, шток, дюйм, англичане используют и  своеобразные денежные системы: фунтами  стерлингов, шиллингами и пенсами. От подобных денежных систем отказались все государства мира, но единицы  физических величин все еще используются в англоязычных странах. Английские меры длины представлены в виде: 1 ярд = 3 футам; 1 фут = 12 дюймам; 1 миля = 5280 футам = 1760 ярдам.

Единицы объема – 1 галлон = 4 квартам = 231 кубическому дюйму, а веса – 1 фунт = 16 унциям; 1 топка = 200 фунтам. Англичане и американцы пользуясь этими мерами, давно пришли к выводу, что их система неудобна и начали внедрять десятичную систему.

Петр I был первым, попытавшимся объединить русскую и английскую системы мер. По его указу аршин уравновесили с 28 английскими дюймами, так чтобы сажень был соответственно равен семи английским футам. Русская сажень до “подгонки “ ее под английские футы равнялась 216 см., и после уточнилась до 213,36 см., что и показывает подлинная линейка царя Петра I. Попытка объединения долго обдумывалась учеными и лишь в 1835 г. Указ наконец-то определил: “Основанием российской линейной меры оставить навсегда сажень в семи настоящих английских футах с разделением на три аршина, каждый на 28 дюймов или 16 вершков”.

Фунт и дюйм, которыми пользовались в России соответствуют английским мерам. Поэтому, применялись системы мер, выражающиеся не целыми числами. Вот например: 1 фут = 66/7 вершка, или один вершок = 13/4 дюйма. Естественно, такие подсчёты были не самыми удобными. Неудобства остались, в том числе при переходе нашей страны к Метрической системе мер. В англоязычных странах метрическую систему мер официально признали в 1879 году, а полный переход на неё не завершен до сих пор, национальные меры не сдаются, играет большую роль привычка граждан и пассивность правительства таких стран.

[2]

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЕ ССЫЛКИ

¹Кило... (франц. kilo..., от греч. chilioi - тысяча), приставка для образования наименований кратных единиц, по размеру равных 1000 исходных единиц.

²Гекто... (от греч. hekaton - сто), приставка для образования наименований кратных единиц, по величине равных 100 исходным единицам.

³Дека (нем. Decke), часть корпуса некоторых струнных инструментов, служащая усилителем и излучателем звука.

⁴Деци... (от лат. decern - десять), приставка к наименованию единицы физической величины: служит для образования наименования дольной единицы, равной 1/10 от исходной.

⁵Санти... (от франц. cent, лат. centum - сто), приставка для образования наименований дольных единиц, по размеру равных 1/1000 исходных единиц.

⁶Милли... (от лат. mille - тысяча), приставка для образования наименований дольных единиц, по размеру равных 1/1000 исходных единиц.

⁷Борда (Borda) Жан Шарль (4.5.1733, Дакс, - 19.2.1799, Париж), французский физик и геодезист. Член Парижской АН. Служил офицером в армии, затем на флоте.

⁸Кондорсе (Condorcet) Мари Жан Антуан Никола (17.9.1743, Рибмон, - 29.3.1794, Бур-ла-Рен), маркиз, французский философ-просветитель, математик, социолог, политический деятель.

⁹Лаплас (Laplace) Пьер Симон (23.3.1749, Бомон-ан-Ож, Нормандия, - 5.3.1827, Париж), французский астроном, математик и физик, член Парижской АН (1785, адъюнкт с 1773), член Французской академии (1816)

¹⁰Монж (Monge) Гаспар (10.5.1746, Бон, Кот-д'Ор, - 28.7.1818, Париж), французский математик и общественный деятель, член Парижской АН (1780). Профессор Мезьерской военно-инженерной школы (с 1768)

¹¹Менделеев Дмитрий Иванович [27.1(8.2).1834, Тобольск, - 20.1(2.2).1907, Петербург], русский химик, открывший периодический закон химических элементов, разносторонний учёный, педагог и общественный деятель.

¹²Международная система единиц (Systeme International d 'Unitees), система единиц физических величин, принятая 11-й Генеральной конференцией по мерам и весам (1960). Сокращённое обозначение системы – SI(СИ)

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

[1] «Большая Советская энциклопедия», под ред. академика  Александра Михайловича Прохорова, изд. «Большие Советские Энциклопедии», г.Москва, 3800 авторских листов текста.  

Большая Советская Энциклопедия: http://sovencyclopedia.ru/?aid=46893

[2] Широков К.П., научные статьи, опираясь на литературу:«Единицы физических величин», Бурдун Г. Д., 4 изд., Москва., 1967г. ; и Маликов С. Ф., Тюрин Н. И., Введение в метрологию, 2 изд., М., 1966

История измерений: http://www.kipstory.ru/

[3] «Справочник по Международной системе единиц», Бурдун Г. Д., Букинистическое издание, изд. «Государственное издательство стандартов», Москва, 1971г. 232 стр.

[4] «50-летие метрической системы в СССР», Широков К. П., "Измерительная техника", Москва, 1968,изд. № 9