Единицы измерения древнего мира

Какой народ и когда изобрел рычажные весы – неизвестно. Возможно, что это было сделано многими народами независимо друг от друга, а простота использования послужила причиной их широкого распространения.

При взвешивании на рычажных весах на одну чашку кладут взвешиваемое тело, на другую – гири. Гири подбирают так, чтобы установить равновесие. При этом уравновешиваются массы взвешиваемого тела и гирь. Если уравновешенные весы перенести, например, на Луну, где вес тела меньше, чем на Земле, в 6 раз, равновесие не нарушится, так как вес и тела, и гирь на Луне уменьшился в одинаковое число раз, а масса осталась прежней.

Следовательно, взвешивая тело на рычажных весах, мы определяем его массу, а не вес.

Единицы массы, как и единицы длины, сначала устанавливались по природным образцам. Чаще всего по массе какого-нибудь семени. Так, например, массу драгоценных камней определяли и до сих пор определяют в каратах (0,2 г) – это масса семени одного из видов бобов.

Позднее за единицу массы стали принимать массу воды, наполняющей сосуд определенной вместимости. Например, в Древнем Вавилоне за единицу массы принимали талант – массу воды, наполняющей такой сосуд, из которого вода равномерно вытекает через отверстие определенного размера в течение одного часа.

По массе зерен или воды изготовляли металлические гири разной массы. Ими пользовались при взвешивании.

Гири, служившие эталоном (образцом), хранились в храмах или правительственных учреждениях.

На Руси древнейшей единицей массы была гривна (409,5 г). Существует предположение, что эта единица ввезена к нам с Востока. Впоследствии она получила название фунта. Для определения больших масс использовался пуд (16,38 кг), а малых – золотник (12,8 г).

В 1791 г. во Франции было принято решение создать десятичную метрическую систему мер. Основными величинами в этой системе были выбраны длина и масса.

Комиссия, в которую входили крупнейшие французские ученые, предложила принять за единицу длины 1/40000000 часть длины земного меридиана, проходящего через Париж. Измерить длину меридиана было поручено астрономам Мешену и Деламберу. Работа продолжалась шесть лет. Ученые измерили часть длины меридиана, расположенную между городами Дюнкерком и Барселоной, а затем вычислили полную длину четверти меридиана от полюса до экватора.

На основании их данных из платины был изготовлен эталон новой единицы. Эту единицу назвали метром – от греческого слова “метрон”, что значит “мера”.

За единицу массы была принята масса одного кубического дециметра дистиллированной воды при температуре ее наибольшей плотности 4°С, определяемая взвешиванием в вакууме. Был изготовлен эталон этой единицы, названной килограммом, в виде платинового цилиндра

В 1869 г. Петербургская академия наук обратилась к научным учреждениям всего мира с призывом сделать предложенную французскими учеными десятичную метрическую систему мер международной. В этом обращении говорилось и о том, что “достижения науки привели к необходимости отказаться от прежнего определения метра как 1/40000000 доли четверти длины парижского меридиана, так как позднейшие более точные измерения меридиана давали другие результаты”. Кроме того, стало известно, что длина меридиана со временем меняется. Но так как немыслимо было после каждого измерения меридиана менять длину метра, то Петербургская академия наук предложила принять метр, хранившийся во французском архиве (архивный метр), за прототип – первый образец и изготовить с него возможно точные и устойчивые копии для разных стран, сделав этим метрическую систему мер международной.

Когда же была введена метрическая система мер в нашей стране? Передовые русские ученые, много сделавшие для того, чтобы метрическая система мер стала международной, не смогли преодолеть сопротивления царского правительства введению метрической системы мер в нашей стране. Удалось добиться только того, что в 1899 г. был принят закон, подготовленный Д. И. Менделеевым, по которому наравне с российскими мерами “дозволялось применять в России международный метр и килограмм”, а также кратные им единицы – грамм, сантиметр и др.

Вопрос об использовании метрической системы мер в России был окончательно решен после Великой Октябрьской социалистической революции. 14 сентября 1918 г. Советом Народных Комиссаров РСФСР было издано постановление, в котором говорилось: “Положить в основу всех измерений международную метрическую систему мер и весов с десятичными подразделениями и производными”.

По подсчету академика Б. С. Якоби (сторонника превращения метрической системы в международную), от замены прежней системы мер на метрическую преподавание арифметики в школе выиграло третью часть времени, отводившегося на этот предмет. Соответственно значительно упростились расчеты в промышленности и торговле.

Вывод: такую длинную историю прошли длина и масса , пока не стали измеряться в метрах и килограммах соответственно.

Что имеем сейчас:

Единицы СИ

Размерности основных величин в СИ

Базовые единицы СИ

Определения базовых единиц

1. Метр равен расстоянию, которое проходит плоская электромагнитная волна в вакууме за 1/299792458 долю секунды.
2. Килограмм равен массе международного прототипа килограмма.
3. Секунда равна 9 192 631 770 периодам излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия 133 Cs.
4. Ампер равен силе постоянного тока, который при прохождении по двум параллельным прямолинейным проводникам бесконечной длины и ничтожно малой площади кругового поперечного сечения, расположенным в вакууме на расстоянии 1 м друг от друга, вызвал бы на каждом участке проводника длиной 1 м силу взаимодействия, равную 2·10 –7 Н.
5. Кельвин равен 1/273,16 части термодинамической температуры тройной точки воды.
6. Моль равен количеству вещества системы, содержащей столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в углероде 12 C массой 0,012 кг.
7. Кандела равна силе света в заданном направлении от источника, испускающего монохроматическое излучение частотой 540·10 12 Гц, энергетическая сила света которого в этом направлении составляет 1/683 Вт/ср.

1. С.А.Шабалин. Измерения для всех.
2. Энциклопедия Кирилла и Мефодия.
3. А.Г.Чертов. Физические величины.
4. И.Г.Кириллова. Книга для чтения по физике.

Источник

История измерений

Пять интересных фактов из истории измерений

Пять интересных фактов из истории измерений

Меры и веса играли важную роль в жизни человека с самого начала человеческой цивилизации. Измерения важны для самых разных задач: строительства домов, торговли, шитья одежды. Во всех этих случаях требуется как-то передать информацию о размере. Потребность в измерениях привела к возникновению огромного множества различных систем мер и весов — от самых простых до очень сложных.

1) Какие единицы длины использовались в древние времена?

Самые первые меры длины были основаны на размерах частей тела человека: ладонь, палец, локоть, ступня — всё это использовалось в качестве единиц длины с самых древних времён. Некоторые современные единицы (особенно в странах, не перешедших на метрическую систему) уходят корнями в те древние измерения частей тела. И даже там, где старые единицы уже не используются для измерения, они всё ещё остались в языке: сажень, вершок, пядь и т.п.

Английский дюйм изначально был равен ширине большого пальца человека, пока в 14 веке король Эдуард II не постановил для большей точности считать дюйм равным длине трёх ячменных зёрен, уложенных в линейку друг за другом. Фут считался равным средней длине ступни человека, а ярд был длиной мужского пояса. Кубит (локоть) был расстоянием от локтевого сгиба до конца пальцев руки.

Конечно же, такая система была далека от идеала. Размеры частей тела у разных людей могут сильно отличаться. Как следствие, существовала потребность в универсальной системе, не зависящей от размеров частей тела. Однако, чтобы прийти к такой системе, человечеству потребовались тысячелетия.

2) Как измеряли вес?

Древние меры веса чаще всего основывались на сравнении с распространёнными семенами, зёрнами или камнями, которые использовали на простых весах. Следующий шаг в развитии системы весов появился в Древнем Вавилоне, где ввели стандартные единицы веса: шекель, мина, талант. Древние израилитяне заимствовали единицы веса у Вавилона, позже эти же единицы попали к грекам, затем римлянам. Название мина у римлян заменилось на литра, что на современный английский можно перевести как фунт.

Несмотря на стандартные названия, веса одних и тех же единиц очень сильно различались в разных странах и даже в разное время в одной и той же стране. Например, мина в Вавилоне в один период соответствовала 640 граммам, а в другой — 978 граммам. Несмотря на значительные различия, мина была ключевой единицей веса в библейские времена.

Даже с сравнительно недавнее время — в 19 веке — одни и то же единицы измерения часто отличались в разных странах и частях стран. Во время золотой лихорадки в США многие прииски устанавливали свои собственные единицы измерения. Одним из первые официальных законов Калифорнии в 1850г был закон об установлении стандарта мер и весов.

3) А что с измерением объёма?

В древние времена обычно использовали глиняные мерные сосуды для измерения объёма. Археологи часто находят специальные амфоры для измерения зерна и жидкостей. Для измерения зерна и жидкостей (вино или масло) обычно использовали разные измерительные сосуды, и поэтому зачастую и сами единицы объёма для жидкостей и сыпучих веществ были разными. Это до сих пор видно в американских единицах объёма. Во всех частях Древней Греции ключевой единицей измерения объёма была амфора, однако значение этой единицы могло меняться от 2 до 26 литров в разных городах.

4) Когда впервые в истории появилась единая система измерений?

Первая универсальная система мер и весов появилась в Древней Индии — в Хараппе, примерно во 2-4 тысячелетии до нашей эры. Удивительно точная система была очень подробной для своего времени, в ней использовались единицы для 0.05, 0.1, 0.2, 0.5, 1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200 и 500. Это была единственная древняя система, не унаследовавшая от Вавилона части 12 и 60 (у нас до сих пор 12 часов на циферблате и 60 минут в часе — это всё идёт со времён Вавилона). На измерительной линейке из слоновой кости, найденной в городе Лоталь, показана минимальная единица длины того времени, равная 1.704 мм. Это минимальная известная единица Бронзового Века.

Универсальная система Хараппы содержала точные единицы для веса, времени и длины по единой шкале. Базовая единица веса, аналогичная унции, была равна 28 граммам. Минимальная единица была равна 0.05 базовой, а максимальная 500 базовым.

5) Как измеряли время до появления современного календаря и часов?

Время измеряли по углу или градусу солнца над горизонтов. Солнечные часы — это наиболее часто использовавшийся в древние времена инструмент для измерения времени. Прохождение очередного часа отмечалось тенью от солнца на диске часов. Увы, после заката такие часы уже на работали.

Другими изобретениями, которые появились чуть позже, стали измерительные свечи — специальные свечи с размеченными часовыми отрезками. По мере горения свечи, она уменьшалась каждый час ровно на часовой отрезок. Такие свечи использовались в Китае. Одно из самых точных устройств для измерения времени придумали в древнем Китае. Водяные часы можно было использовать для измерения времени даже ночью, достаточно лишь было наполнять их водой. А первые механические часы были изобретены китайскими инженерами в 11 веке.

Древние календари были совсем не походи на современный календарь. Большинство из них были лунными или лунно-солнечными — зависящими от фазы луны, чтобы обозначить месяц. Новый месяц начинался в новолуние.

Измерения развивались с самого рассвета цивилизации. Новые общества изобретали свои собственные стандарты, чтобы измерить, объяснить и описать мир вокруг. В современном мире, где точность измерений важна во всех аспектах жизни, системы измерений стандартизованы и определены. Теперь они позволяют ясно и точно измерять мир вокруг.

Это — гостевая статья, написанная Джонатом Легером

Источник

Эволюция в измерении расстояний

120 лет назад, в 1899 году, в России была разрешена к использованию метрическая система, которую разработали и приняли во Франции на век раньше. Китай признал метрическую систему 90 лет назад, Великобритания официально перешла на нее в 1995 году, а США до сих пор продолжают использовать традиционную английскую систему мер. Мы решили вспомнить историю и рассказать, как и чем в разных странах люди измеряли расстояние.

Первые единицы измерения

С давних времен людям требовалось измерить расстояние, участок земли, морской путь или длину предмета. Первые путешественники, торговцы, мореплаватели, строители и астрономы нуждались в единицах измерения и приборах и изобретали их в зависимости от фантазии и возможностей. Древние системы мер были очень субъективными и, как правило, привязывались к размерам человеческого тела.

В Древней Греции и Риме были в ходу единицы измерения от пальца и локтя до дня пути. На Олимпийских играх античные спортсмены соревновались в беге на стадию — эта дистанция равнялась расстоянию, которое мог пройти человек спокойным шагом за время от появления первого луча при восходе солнца до момента, когда солнце показывалось на горизонте целиком. Ученые выяснили, что стадия соответствовала длине стадиона в Олимпии и составляла 192,27 м.

В Древнем Китае первые единицы измерения ввел император Хуан-ди — они происходили от длины частей тела. Японская система измерения была исторически аналогична китайской, были похожи даже иероглифы. Например, в практике акупунктуры сун определяется через длину средней фаланги указательного пальца, а сяку равнялся десятку сун или длине от локтя до сустава основной фаланги мизинца.

На Руси также мерилом являлось тело. Человек вытягивал руки в сторону — получалась сажень, делал шпагат пальцами, максимально отодвигая указательный от большого — получалась пядь, мерил локтем или аршином, то есть собственным шагом.

В США до сих пор используется единица измерения миля. Изначально она была введена в Древнем Риме и равнялась тысяче двойных шагов римских солдат в полном облачении на марше. Двойной шаг — это шаг левой ногой и шаг правой. С тех пор понятия о миле сильно разошлось в разных странах. Ее величина колебалась от 0,58 км в Египте до 11,3 км в старинной норвежской системе измерения. К XIII веку в Европе совсем запутались: там существовало 46 единиц измерения, называвшихся милями. Метрическая система была принята в 1875 году в Париже, но в трех странах до сих пор в ходу мили: кроме США древних единиц измерения придерживаются Либерия и Мьянма.

Конечно, до метрической системы встречались и другие способы измерения расстояний. Например, моряк мог измерить путь трубкой — расстоянием, которое пройдет корабль за время, пока он покурит. В Японии извозчик поглядывал на лошадиное копыто и отмечал для себя расстояние, которое проходит конь, пока не износится его соломенная подошва, заменявшая подкову. Многие народы замеряли путь по дальности полета стрелы. А в Сибири в ходу была мера длины бука — это такое расстояние, на котором рога быка сливаются в единое целое. Но все это были ненадежные и неточные способы, и даже древние люди чувствовали, что им нужен измерительный прибор, который послужит эталоном.

Первые измерительные инструменты

Локти и шаги у всех разные, как и зрение, позволяющее видеть уходящего вдаль быка. Поэтому в ход пошли палки, шесты и посохи нужной длины. Первые упоминания о таком инструменте есть в Библии в Книге пророка Иезекииля. «В руке того мужа трость измерения в шесть локтей, считая каждый локоть в локоть с ладонью», — говорится в тексте, а сам девайс именуется жезлом Иезекииля.

Другой древнейший измерительный инструмент можно увидеть на памятниках Египта эпохи фараонов: наместники зачастую изображены с мерным шнуром — средством распределения земельных наделов, которое быстро стало одним из символов их власти.

В Древней Греции и Риме, кроме шнуров и шестов, применялись мерные цепи, линейка, циркуль и некоторые другие геодезические приборы. Греческий механик и математик Герон Александрийский, живший в I веке н. э., описывал изготовление измерительных веревок так: намоченную веревку растягивали между двумя колами и высушивали несколько раз, затем натирали воском и смолой. Полученная измерительная веревка, по словам Герона, не отличалась по длине от надежных, но дорогих и тяжелых мерных цепей, более чем на 1:2000 (1 см на 20 м). Веревка была размечена на отрезки и имела в определенных местах узлы, нужные для построения прямых углов на местности.

Такой измерительный инструмент использовался в разных странах в течение тысячелетий. В Китае еще в XI–XX веках до н. э. производились измерения «всей земли» с применением мерных цепей. Во многих странах землемеров и межевщиков называли «натягивающими веревки». В Египте это были гарпедонапты, что означает «протягивающие, закрепляющие веревку», в Риме — агрименсоры, в России — веревщики. В коллекции Политехнического музея хранится землемерная цепь, изготовленная в России в XVIII — первой половине XIX века. Сегодня усовершенствованные мерные шнуры по-прежнему в ходу: это обычные строительные рулетки.

Древние люди умудрялись измерять расстояния до удаленных объектов косвенными способами. Например, древнегреческий математик Фалес еще в VI веке до н. э. определял высоту предмета по его тени. В частности, он измерил высоту пирамиды, заметив, что длина ее тени находится в таком же отношении к длине тени вертикального шеста, как их высоты. Свои наблюдения он вел в момент, когда тень человека имела ту же длину, что и он сам.

Археологи раскопали богатую коллекцию древних измерительных приборов. Самый старый сохранившийся измерительный медный стержень датируется 2650 годом до н. э., он был найден немецким ассириологом Экхардом Унгером при раскопках в Ниппуре — священном городе и религиозном центре Шумера в Южной Месопотамии (современный Ирак). Раскопки показали, что цивилизация долины Инда использовала линейки из слоновой кости еще до 1500 года до н. э. Одна из таких линеек была найдена в Лотале и, по мнению археологов, соответствует размерам древних кирпичей, обнаруженных по всему региону. Ее предполагаемая длина — 33,4 мм, деления отстоят друг от друга на 1,6 мм. Пройдет много веков, прежде чем пользоваться линейкой смогут все. Первая метрическая линейка, похожая на современные, появилась во Франции после французской революции.

Метрическая система

По мере развития торговли людям из разных стран пришлось унифицировать свои системы измерения. В XIV–XVI веках они пытались найти общие единицы для измерения, ища эталон в сфере своих интересов. Вошли в употребление, например, дюйм как длина трех приставленных друг к другу ячменных зерен, фут как ширина 64 ячменных зерен, положенных бок о бок. Петр I пытался соотнести русские меры длины с западными, чтобы положить конец разночтениям. Однако различия в измерениях сохранялись вплоть до создания новой системы единиц во Франции в конце XVIII века. Метрическая конвенция была подписана 20 мая 1875 года, со временем к ней присоединились практически все страны мира.

Эволюция метра

Любопытно, что представления о метре менялись с течением времени. В 1668 году британский священник Джон Уилкинс предложил выбрать для единицы длины длину маятника с полупериодом колебания, равным 1 секунде. К этому времени голландец Христиан Гюйгенс уже разработал часовой маятник, и его длина была поразительно близка к длине современного метра. Однако вскоре оказалось, что длина, измеренная таким способом, различается в зависимости от места измерений. В частности, в Южной Америке наблюдалось увеличение периода колебаний относительно Парижа — это обнаружил французский астроном Жан Рише во время экспедиции.

Французская академия наук отвергла идею с маятником и решила, что новая единица измерения должна быть равна одной десятимиллионной расстояния от Северного полюса до экватора (четверть земной окружности), измеренного вдоль меридиана, проходящего через Париж. Идея привязать единицу измерения длины к меридиану Земли не была новой, этим же образом ранее были определены морская миля и лье. Решение о «метре подлинном и окончательном» было принято властью в 1795 году, и в том же году был изготовлен прототип эталона метра из латуни.

В 1799 году был изготовлен платиновый эталон метра, длина которого соответствовала одной сорокамиллионной части Парижского меридиана. В 1889 году он был заменен на более точный из сплава платины и иридия (90% и 10%) с поперечным сечением в виде буквы X. Его копии были переданы на хранение в страны, в которых метр был признан в качестве стандартной единицы длины. Эталон находится в Международном бюро мер и весов в предместье Парижа, где хранятся и другие эталоны международных единиц измерения.

В 1960 году было принято решение, что метр не будет привязан к изготовленному людьми предмету. До 1983 года метр определялся как число 1 650 763,73, умноженное на длину волны оранжевой линии (6 056 Å) спектра, излучаемого изотопом криптона 86Kr в вакууме. С 1983 года и по сегодняшний день метр определяется как длина пути, проходимого светом в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунд.

Источник