Подписка
МЕНЮ
Подписка

История возникновения и развития метрологии в мире и России

Коллектив авторов ФКУ "НИЦ "Охрана" Росгвардии, 24/12/20

Еще в далекие времена человеку приходилось постигать не только искусство счета, но и измерений. Наши предки, пытаясь найти для себя пещеру, вынуждены были соразмерять длину, ширину и высоту своего будущего жилища-убежища с собственным ростом и теми вещами, которые предполагалось в нем хранить. С течением времени люди испытывали все большую потребность в различных измерениях и измерения становились все более точными.

В процессе своей жизнедеятельности человеку постоянно приходилось и приходится сравнивать и измерять различные величины: расстояния, площади, объемы, массу, время.

рис1

Первобытные люди уже измеряли площади, длину, объем, вес

Издавна для измерения времени приходилось ориентироваться на относительно постоянные значения продолжительности суток и года, замечать периодические изменения расположения Луны, Солнца и звезд.

Различные габариты и расстояния соизмерялись с собственным ростом, длиной рук и ног, иногда физическими свойствами и способностями – своими, животных или растений.

Одним словом, люди пользовались и сейчас пользуются на бытовом уровне "естественными" мерами, которые с относительной точностью и постоянством можно всегда воспроизвести.

Первые цивилизации – центры развития способов измерений и повышения их точности

С развитием экономической деятельности человека, основанной на разделении труда и торговле, точные измерения приобретали все более важное значение, без них просто невозможно было бы существовать.

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.

В разных регионах появлялись и существовали различные опорные метки – очень субъективные меры, нередко весьма экзотические. Приведем несколько примеров.

Бука – расстояние, на котором человек перестает видеть рога быка (Сибирь).

Бычий рев – мера земельной площади, в пределах которого этот звук отчетливо слышен.

рис2

Бык дал народное название одной из мер площади

Стадия – расстояние, пройденное человеком с первыми лучами солнца навстречу светилу, пока оно полностью не поднималось над горизонтом (194 м – Вавилон, 174,5 м – Египет, 185 м – Греция).

Моряки измеряли путь трубками, то есть расстоянием, которое проходит судно за время, пока моряк выкурит трубку. В Испании похожей единицей была сигара, в Японии – лошадиный башмак, а именно путь, который проходила лошадь, пока не износится привязанная к ее копытам соломенная подошва, заменявшая подкову.

Знаменитый английский дюйм первоначально определялся как длина трех пшеничных зерен, взятых из середины колоса. Были и меры посложнее: например, тысячи лет назад в Китае единицей длины служила полая бамбуковая палочка, которая при свисте издавала определенный тон.

Зачастую меры, имевшие одинаковое название, значительно различались по сути. Так, французский туаз – это "шесть королевских шагов", он изначально был на 15 см длиннее швейцарского. Вполне понятно, что при таких условиях невозможно было обеспечить единообразия.

Одним словом, существовала острая необходимость в принятии и изготовлении стабильных прототипов различных мер.

Как уже сказано выше, многие меры имели антропометрическое происхождение или были связаны с конкретной трудовой деятельностью человека. Брали то, что подвернется под руку (или саму руку), делали из этого эталон, а все остальное сравнивали с ним.

рис3

Изначально многие единицы измерения были связаны с телом человека

Так, в обиходе в качестве мер применялись: 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) или бочка, ведро, корчага, чарка.

Постепенно с развитием ремесел и торговли появлялись специально изготовленные единицы – линейки, мерные емкости, гири.

рис4

Мерные емкости и гири

Длительное время использовались относительно стабильные природные меры.

Так, 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.

рис5

Стручки и семена рожкового дерева, давшие имя карату

Единица аптекарского веса – гран, что в переводе с латинского означает "зерно", равна 0,062 г (в России) или 0,064 г (в некоторых странах).

рис6

Зерна, давшие название единице аптекарского веса – грану

В древнем Вавилоне (примерно III тысячелетие до н. э.) были установлены весьма точные меры времени. Вавилон находился в центральной части Ирака, вблизи города Эль-Хилла (современное название).

рис7

Древний Вавилон, положивший начало точному измерению времени

Год вавилонян всего на несколько минут отличается от современного. Число 60 в то время являлось одним из священных чисел, оно было принято у вавилонян за основу счета. Час делили на 60 минут, минуту – на 60 секунд. Эти деления круга и часа дошли дот наших дней.

В Вавилоне во II в. до н. э. время измерялось в минах. Мина равнялась промежутку времени (около двух астрономических часов), за который из распространенных в Вавилоне водяных часов вытекала мина воды, масса которой составляла около 500 г. Затем мина трансформировалась в привычную для нас минуту. Со временем водяные часы уступили место песочным, а затем и более сложным маятниковым.

Первые весы предположительно появились в Древнем Египте и Вавилоне. На пирамидах в городе Гиза, датируемых шестым веком до н.э., сохранились изображения этих измерительных приборов.

Так, весы хорошо видны на папирусе 19-й династии (около 1250 г. до н.э.). Согласно древнеегипетской "Книге мертвых", Анубис (бог – покровитель мертвых, проводник умерших в загробный мир), на входе в подземное царство взвешивает сердце умершего на особых весах, где в качестве гири выступает перо правосудия богини справедливости Маат.

рис8

Весы Анубиса

Историки приписывают Древнему Риму изобретение принципиально новой системы измерения веса, при которой передвигается гиря, а точка опоры и положение привеса остаются неизменными. В Помпеях найден один из самых ранних безменов. У римского приспособления, в отличие от современного, было две шкалы и две ручки в виде крюков.

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.

Гривна

Фунт

Золотник

А для взвешивания монет были специальные весы.

Древние меры веса и весы

История метрологии на Руси

В Уставе князя Владимира (996 г.) "О десятинах, судах и о людях церковных" составлено Поручение верховного надзора за мерами и весами епископам, с обязательством "городские и торговые всякие мерила блюсти без пакости, ни умалити, ни множити...".

В Уставе князя Всеволода Мстиславовича о церковных судах, людях и мерилах торговых (1134–1135) впервые упоминается о проведении ежегодной периодической поверки мер и весов, находящихся под надзором епископа. За нарушения законных мер устанавливались жестокие наказания, вплоть до смертной казни и конфискации имущества.

До XVIII в. важнейшим метрологическим документом являлась Двинская грамота Ивана Грозного (1550). В ней регламентированы правила хранения и передачи размера новой меры объема сыпучих тел – осьмины. Ее медные экземпляры рассылались по городам на хранение выборным людям – старостам, целовальникам.

С этих мер надлежало сделать клейменые деревянные копии для городских помещиков, а с тех, в свою очередь, деревянные копии для использования в обиходе. Образцовые меры, с которых снимались первые копии, хранились централизованно в приказах Московского государства. Таким образом, можно говорить о создании государственной системы обеспечения единства измерений и государственной метрологической службы.

Московские указы, касавшиеся введения единых мер в стране, рассылались на места вместе с образцами казенных мер. За злоумышленную порчу контрольных мер грозило наказание, вплоть до смертной казни. Работу по надзору за мерами и их поверку проводили два столичных учреждения, Померная изба и Большая таможня. В провинции надзор был поручен персоналу воеводских и земских изб, а также старостам, целовальникам и другим "верным людям".

Впоследствии метрологической реформой Петра I для обращения в России были допущены английские меры, получившие особенно широкое распространение на флоте и в кораблестроении. Для облегчения вычислений были изданы таблицы мер и соотношений между русскими и иностранными мерами. К примеру:

1 миля = 7 верст (=7,47 км);
1 фут = 12 дюймов;
1 дюйм = 10 линий (= 2,54 см);
1 линия = 10 точек (= 2,54 мм).

Верста в XVIII в. окончательно определилась как единица длины, равная 500 саженей (= 1,07 км).

Начинают выделяться некоторые метрологические центры.

Коммерц-коллегия занялась вопросами единства мер и метрологического обслуживания в области торговли.

Адмиралтейств-коллегия заботилась о правильном применении угломерных приборов, компасов и соответствующих мер.

Берг-коллегия опекала измерительное хозяйство горных заводов, рудников и монетных дворов.

Основанная в 1725 г. Петербургская академия наук занялась воспроизведением угловых единиц, единиц времени и температуры. Она имела в своем распоряжении образцовые меры и копии эталонов туаза и фунта. Назревала необходимость создания в стране единого руководящего метрологического центра.

Аналогичные мероприятия проводились и в других странах, но, несмотря на все усилия властей, продолжало существовать великое множество псевдоэталонов различных мер и величин. Даже в конце XVIII в. в странах Европы использовали 391 весовую единицу, называемую фунтом, и 282 единицы длины, проходившие как фут. В одном только Баденском герцогстве насчитывалось 112 разных версий другой единицы длины – локтя.

Создание и становление метрической системы единиц

Примерно с XVII в., с развитием точных наук, ученые стали понимать, что огромное количество мер тормозит экономический и технический прогресс.

Первым практическим шагом на пути к единообразию стало создание метрической системы – международной десятичной системы единиц.

Основы десятичного счета были заложены еще в древности, что вполне естественно, ведь у человека на руках десять пальцев. Однако официальным рождением десятичной шкалы измерений длины принято считать 1670 г., когда ее предложил французский математик и астроном Габриэль Мутон. Пятью годами позже работавший в Польше итальянский архитектор и оптик Тито Ливио Бураттини предложил принять за всеобщую единицу линейных измерений длину маятника, отсчитывающего 3600 колебаний в час. Под колебанием он понимал движение груза от одной крайней точки до другой, в современной терминологии это означает длину маятника с секундным полупериодом. Он назвал ее всеобщим метром (Metro Cattolico).

 

Если мы воспользуемся формулой для периода идеального маятника и подставим туда величину ускорения свободного падения, скажем, на широте Москвы, то получится, что эталон Бураттини расходится в длине с сегодняшним метром лишь примерно на полсантиметра. На практике этот способ непригоден, так как в разных местах земного шара маятник (при одной и той же длине) качается с разным периодом.

 

Со сходными идеями в 1660 г. выступило Лондонское Королевское общество, а в 1668-м – французский астроном Жан Пикар. Однако Бураттини первым осознал, что универсальную единицу длины надо определять не путем простого соглашения, а на основе естественного и надежно воспроизводимого эталона.

 

Идея оказалась хороша, ее попытались реализовать в России. В 1736 г., в царствование Анны Иоанновны, сенатским указом была создана комиссия по мерам и весам, которую возглавил директор Монетного двора граф Михаил Головкин. В ее работе участвовали многие члены Российской академии наук, включая Леонарда Эйлера. Члены комиссии обсуждали использование естественных единиц (сажень предлагалось определить как известную долю меридиана, а фунт – как вес заданного количества воды), а также кратных и дольных единиц на десятичной основе. Однако для реализации этих предложений у комиссии, как обычно бывает на Руси, не было ни денег, ни оборудования.

 

После воцарения Елизаветы комиссию распустили, а дослужившегося до должности вице-канцлера Головкина сослали в Якутию.

В конечном счете метрическая система стала детищем Французской революции. Новая парижская власть осознала необходимость наведения порядка в средневековых единицах измерений (число которых достигало неимоверной величины) и принять единую общенациональную систему мер и весов. Так, 9 марта 1790 г. Шарль Морис Талейран, впоследствии знаменитый дипломат, а тогда епископ Отенский, предложил Национальному собранию план ее создания, который и был принят депутатами.

 

Рождение метра

 

Название "метр" (от греческого metron – мера) в 1790 г. придумал парижский преподаватель математики Леблон. 19 марта 1791 г. академическая Комиссия мер и весов в составе звезд французской науки Лагранжа, Лапласа, Борда, Монжа и Кондорсе избрала основной единицей длины одну десятимиллионную долю квадранта парижского меридиана и рекомендовала измерить длину дуги меридиана от Дюнкерка до Барселоны на долготе Парижа.

 

Геодезические промеры меридиана начались в 1792 г., затянулись до 1798 г., а ранее, в 1793-м, был введен временный метр, вычисленный на основе прежних геодезических измерений. Королевский ювелир Этьен Ленуар изготовил из меди первый эталон.

 

Обработкой данных занимались ученые из Италии, Испании, Нидерландов, Дании и Швейцарии, и весной 1799 г. появился официальный эталон длины, который незначительно отличался от планируемой величины, а временный метр 1793 г. был точнее! Изготовление эталонов из платиновых брусков сечением 25,3 х 4 мм опять поручили Ленуару, и 22 июня 1799 г. самый лучший из них (ошибка не превышала 0,001%) в торжественной обстановке сдали на хранение в Республиканский архив.

 

Более 80 лет архивный метр был единственным в мире эталоном, а после 20 мая 1875 г. представители 17 стран (в том числе и России) подписали в Париже Метрическую конвенцию и учредили несколько межгосударственных метрологических организаций.

 

В 1877 г. лондонская фирма Johnson, Matthey and Co изготовила несколько платиново-иридиевых линеек Х-образного сечения, одна из которых оказалась лишь на 6 мкм короче архивного метра (ее использовали как временный эталон), а в 1882-м было сделано еще 30 линеек, среди которых нашлась практически точная копия архивного метра.

 

 

Эталонный метр

 

В 1889 г. Первая Генеральная конференция по мерам и весам постановила считать длину этой линейки при температуре 0 °C метрической единицей длины.

 

Рождение килограмма

 

В качестве единицы массы химик Антуан Лавуазье и кристаллограф Рене Жюст Айи предложили в 1793 г. французской Комиссии мер и весов использовать грамм – массу одного кубического сантиметра чистой воды при температуре плавления льда. Для удобства практического использования уже упоминавшийся Ленуар изготовил эталонную медную гирю массой в 1000 г. С 1795 г. новую единицу массы стали называть килограммом (один кубический дециметр воды, или, проще говоря, один литр).

 

Через четыре года было принято предложение физика Луи Лефевра-Гиньо взвешивать воду при температуре ее максимальной плотности (4 °C). Новый эталон килограмма был изготовлен из платины и помещен на хранение в архив Республики. Были также сделаны несколько его копий для использования в качестве образцов при изготовлении гирь. Однако произведенные в XIX в. измерения показали, что масса 1 куб. дм воды на 0,028 г меньше массы архивного эталона. Чтобы не допустить в будущем никаких разночтений, Международная комиссия по эталонам метрической системы в 1872 г. решила принять в качестве единицы массы массу прототипа – архивного килограмма.

В 1880 г. увидел свет международный эталон килограмма из сплава, состоящего из 90% платины и 10% иридия, тогда же были изготовлены и четыре из шести ныне существующих официальных копий этого эталона. Все они сейчас хранятся под двумя герметичными стеклянными колпаками в сейфе, расположенном в подвале Международного бюро мер и весов (Bureau International des Poids et Mesures – BIPM) в Севре, неподалеку от Парижа.

 

 

Эталоны килограмма

 

В 1889 г. 1-я Генеральная конференция по мерам и весам приняла определение килограмма как равного массе международного эталона. Это определение действительно и в наше время.

 

Однако на территории России килограмм официально стал основной единицей веса лишь в 1918 г., с изданием декрета "О введении международной метрической десятичной системы мер и весов".

 

Ранее, в 1875 г., Метрической конференцией было основано Международное бюро мер и весов, его целью стало создание единой системы измерений, которая нашла бы применение во всем мире, но это тема другой статьи.

 

Заключение

 

Как мы видим, различные меры существуют практически столько же, сколько существует человечество. Наука и техника постоянно развиваются, и в процессе их развития появляются и совершенствуются все новые виды измерений и их единицы. В наши дни эти процессы идут особенно интенсивно, и мы даже представить себе не можем, какие еще единицы измерений появятся через несколько десятков лет…

 

Список используемых источников:

https://multiurok.ru/index.php/files/edinitsy-izmereniia-edinitsy-izmereniia-dliny-v-ra.html
https://nag.ru/articles/article/102601/injeneram-na-zametku-utverdili-novyie-etalonyi-ampera-i-kilogramma.html
https://www.popmech.ru/science/7760-vysshaya-mera-metrologiya-kak-nauka/#part6
https://urok.1sept.ru/%D1%81%D1%82%D0%B0%D1%82%D1%8C%D0%B8/549850/
https://www.sites.google.com/site/mendeleev180let/vklad-v-razvitie-metrologii
https://ur-consul.ru/Bibli/Myetrologiya-standartizatsiya-i-syertifikatsiya-SHpargalka.html
https://komu-za-50.mirtesen.ru/blog/43752326732/Starinnyie-russkie-meryi-dlinyi,-vesa,-obyoma
https://www.raznoves.ru/podderzhka/stati/istoriya-poyavleniya-i-razvitiya-vesov/

Янгиров

Адиль Янгиров
Начальник сектора ФКУ "НИЦ "Охрана" Росгвардии, лейтенант полиции

Чаплыгин

Андрей Чаплыгин
Научный сотрудник ФКУ "НИЦ "Охрана" Росгвардии, полковник полиции в отставке

Темы:Развитие экономикиСистема измеренияМетрология

Хотите участвовать?

Выберите вариант!

 

КАЛЕНДАРЬ МЕРОПРИЯТИЙ 2021
ПОСЕТИТЬ МЕРОПРИЯТИЯ
ВЫСТУПИТЬ НА КОНФЕРЕНЦИЯХ
ПРОЕКТ «СИСТЕМЫ БЕЗОПАСНОСТИ»
Комментарии

More...