История одного из главных измерений нашей повседневной жизни начинается во Франции в эпоху революции. До этого момента каждая страна (и даже отдельные регионы!) имела свои единицы измерения, часто связанные с телом правителя, вроде «фута» (ступни короля) или «дюйма» (ширины большого пальца). Это приводило к невероятной путанице, затрудняло торговлю и развитие науки.
Даже после перехода на метрическую систему во многих странах продолжается путаница с единицами измерения. В Австралии, например, столовая ложка равна четырём чайным, тогда как почти во всём остальном мире — трём. И в США, несмотря на официальное признание метрической системы, повседневная жизнь до сих пор измеряется в фунтах и дюймах.
История метра богата интересными событиями и трансформациями. Как и килограмм, эта единица измерения претерпела несколько переопределений, связанных с развитием науки и технологий. Значительный вклад в историю «метра» внесла революционная Франция. Французы хотели создать систему измерения, основанную на вечных и универсальных природных величинах.
Так появился «метр» — от греческого слова «метрон», означающего «измерение». В конце XVIII века во Франции метр впервые определили как одну десятимиллионную часть расстояния от Северного полюса до экватора, проходящего через Парижскую обсерваторию. Для измерений учёные Ж. Деламбр и П. Мешен провели семилетние геодезические и астрономические исследования, путешествуя от Парижа до Барселоны. Однако позже выяснилось, что современный метр короче изначально задуманного на 0,2 мм из-за неточностей в данных о форме Земли и погрешностей измерений.
20 мая 1875 года 17 стран подписали Метровую конвенцию — международный договор, установивший единые стандарты измерения. Для поддержания и развития этих стандартов создали Международное бюро мер и весов в Париже, где хранился эталон метра — платиново-иридиевый стержень. Австралия присоединилась к этому договору в 1947 году, а окончательно перешла на метрическую систему лишь в 1970-м.
Однако точность требовала совершенствования. В 1960 году стержень из платины заменили новым определением, основанным на длине волны света, испускаемого атомами криптона-86. Теперь один метр равнялся 1 650 763,73 длинам волны красновато-оранжевого света криптона. Это позволило делать более точные измерения на микроскопическом уровне — например, для производства электронных компонентов.
Первый эталон метра — «архивный метр» — изготовили в 1799 году из платины. Это была линейка шириной 25 мм и толщиной 4 мм. Позже, в 1889 году, его заменили на более точный эталон из сплава 90% платины и 10% иридия с поперечным сечением в виде буквы «X». Копии этого эталона были переданы странам-участницам Метрической конвенции.
В 1983 году метр переопределили ещё раз. Метр — это расстояние, которое проходит свет в вакууме за интервал времени 1/299 792 458 секунды. Скорость света в вакууме была принята как универсальная физическая константа, одинаковая во всех уголках Вселенной. Это определение позволило проводить уникальные эксперименты, например измерять расстояние от Земли до Луны с точностью до сантиметра с помощью лазерных отражателей, оставленных на Луне астронавтами программы «Аполлон».
Для измерения размеров предметов и расстояний между объектами люди используют как простые подручные средства, так и специализированные приборы. В астрономии применяются более сложные методы, учитывающие масштабы Вселенной.
Надеюсь, что рассказ о простых измерительных приборах будет интересен для уважаемых читателей, равно как и о сложных приборах, помогающих учёным измерять расстояния космических масштабов.
Простые измерительные приспособления (подручные средства)
которые можно использовать для измерений:
· Большой палец руки. Средняя длина большого пальца — около 5 см.
· Монеты. Например, диаметр 5-рублёвой монеты — 25 мм, 10-рублёвой — 22 мм.
· Банкноты. Длина 100-рублёвой купюры — 15 см, ширина — 6,5 см.
· Банковская карта. Стандартные размеры — 85,6 мм в ширину и 53,98 мм в высоту.
· Смартфон. Можно использовать его габариты для измерений или установить приложение-линейку.
· Скрепки. Маленькие скрепки обычно имеют длину 2,5 см, большие — 5 см.
· Игральные кости. Стандартные кубики имеют габариты 1,6 см в поперечнике.
· Пивная бутылка или банка. Высота стандартной бутылки 0,5 л — 26 см, алюминиевой банки того же объёма — 16,8 см.
· Зажигалка Zippo. Габариты классической зажигалки — 5,6 × 3,6 × 1,2 см.
· Сигарета. Длина сигарет стандарта King Size — 84 мм, Queen Size — 110 мм.
· Клетка тетради. Согласно ГОСТ 12063-89, сторона клетки составляет 0,5 см.
· Лист A4. По стандарту ISO 216, длина листа — 297 мм, ширина — 210 мм.
Также можно использовать спичку для измерения расстояния до объекта. Для этого нужно вытянуть руку со спичкой, совместить её верхний конец с верхней точкой объекта, а нижним концом отметить его нижнюю точку. Зная длину руки и высоту объекта, можно рассчитать расстояние по пропорции.
Специализированные измерительные приборы
Для точных измерений применяются различные инструменты:
· Линейка, рулетка. Используются для измерения длины предметов и расстояний.
· Микрометры, штангенциркули. Применяются для измерения линейных параметров деталей и изделий с высокой точностью.
· Теодолит. Геодезический прибор для измерения горизонтальных и вертикальных углов.
· Лазерный дальномер. Измеряет расстояние с помощью лазерного луча. Подходит для больших расстояний (до десятков метров).
· Анемометр. Измеряет скорость воздушного потока.
· Люксметр. Определяет освещённость в люксах.
· Пирометр и тепловизор. Бесконтактно измеряют температуру поверхностей.
Измерение расстояний в космосе
Для определения расстояний до космических объектов используются специальные методы:
1. Метод тригонометрического параллакса. Основан на измерении смещения объекта на фоне более далёких звёзд при наблюдении с разных точек Земли или с учётом движения Земли вокруг Солнца. Расстояние вычисляется по формуле d=1pd=p1, где dd — расстояние в парсеках, pp — параллактический угол в угловых секундах.
2. Метод стандартных свечей. Использует объекты с известной светимостью (например, цефеиды — пульсирующие переменные звёзды или сверхновые типа Ia). Сравнивая видимую яркость с абсолютной светимостью, можно рассчитать расстояние.
3. Лазерная и радиолокация. Сигнал (лазерный луч или радиоволна) посылается к объекту, отражается и возвращается на Землю. Время прохождения сигнала позволяет вычислить расстояние. Лазерная локация точна до долей сантиметра, радиолокация — до нескольких километров.
4. Метод Талли-Фишера. Применяется для спиральных галактик и основывается на корреляции между светимостью галактики и скоростью вращения её диска.
5. Красное смещение и закон Хаббла. Для далёких галактик расстояние определяется по красному смещению в спектре. Закон Хаббла устанавливает линейную зависимость между скоростью удаления галактики и её расстоянием: v=H0⋅Rv=H0⋅R, где vv — скорость удаления, H0H0 — постоянная Хаббла, RR — расстояние.
Таким образом, для измерений в повседневной жизни достаточно простых подручных средств или специализированных приборов, а в астрономии требуются сложные методы и технологии, учитывающие огромные масштабы Вселенной.