почему метр именно такой длины

Почему метр – самая крутая мера длины?

Трудно представить жизнь без понятия метра. Как бы мы тогда мерились ростом, или например делали ремонт? Но задумывались ли вы почему метр это отрезок именно такой длины? И откуда вообще взялось это значение?

Вплоть до 18 века, люди преспокойно измеряли все дюймами, футами, ярда my и другими сомнительными мерилами. Эти ребята никогда не отличались точностью и стабильностью. Фут долгое время был равен длине ступни взрослого человека, а дюйм под предводительством английского короля Эдварда 2 сначала равнялся ширине большого пальца, а потом 3 зерна пшеницы в ряд, ярд так вообще был равен длине обхвата талии человека саксонского племенем, и поди разберись. Но как ни странно эти меры сохранились и до наших дней, правда теперь они все равно привязаны к длине метра.

В 18 веке набор оборотов промышленной революции наконец потребовал создание универсальных мер, не привязаны к своем значении ни к рукам, не к ногам, ни к остальным сомнительно точным вещам. Английский философ Джон Вилкинс предложил взять за стандарт длину маятника, при которой его взмах занимает ровно одну секунду, и всех этот метод вполне устраивал, пока французский астроном Жан Риш, в ходе своей экспедиции в южную Америку, не обратил внимание что период колебаний секундного маятника вообще-то не так уж и стабилен. Оказалось он увеличивается по мере приближения к экватору, так как там меньше сила тяжести.

И еще целый век международное сообщество не могло прийти к единому варианту, пока за эталон метр они решили брать измерения секундного маятника, производимые на 45 градусах северной широты. Но и этот вариант оказался недолговечен. В том же 18 веке, французской академии наук была создана специальная комиссия для выявления значение эталонного метра, зависимого от размера нашей земли. За значение метра была взята 1/10-миллионная часть расстояния между северным полюсом и экватором проходящим по парижскому меридиану. Это конечно не самый удобный способ измерения, но он сумел продержаться почти целый век.

Источник

Почему метр именно такой длины

Метр (русское обозначение: м; международное: m; от др.-греч. μέτρον — мера, измеритель) — единица измерения длины и расстояния в Международной системе единиц СИ. Метр равен расстоянию, которое проходит свет в вакууме за промежуток времени, равный секунды.

Содержание

История

Метр был впервые введён во Франции в XVIII веке и имел первоначально два конкурирующих определения:

Первоначально за основу было принято первое определение (8 мая 1790, Французское Национальное собрание). Однако, поскольку ускорение свободного падения зависит от широты и, следовательно, маятниковый эталон недостаточно воспроизводим, Французская Академия наук в 1791 предложила Национальному собранию определить метр через длину меридиана. 30 марта 1791 это предложение было принято. 7 апреля 1795 Национальный Конвент принял закон о введении метрической системы во Франции и поручил комиссарам, в число которых входили Ш. О. Кулон, Ж. Л. Лагранж, П.-С. Лаплас и другие учёные, выполнить работы по экспериментальному определению единиц длины и массы. В 1792—1797 гг. по решению революционного Конвента французские ученые Деламбр (1749—1822 гг.) и Мешен (1744—1804 гг.) за 6 лет измерили дугу парижского меридиана длиной в 9°40′) от Дюнкерка до Барселоны, проложив цепь из 115 треугольников через всю Францию и часть Испании. Впоследствии, однако, выяснилось, что из-за неправильного учёта полюсного сжатия Земли эталон оказался короче на 0,2 мм; таким образом, длина меридиана лишь приблизительно равна 40 000 км.

Первый прототип эталона метра был изготовлен из латуни в 1795 году.

Следует отметить, что единица массы (килограмм, определение которого было основано на массе 1 дм³ воды), тоже была привязана к определению метра.

Во время правления Наполеона метрическая система распространилась по всей Европе. Только в Великобритании, которая не была завоёвана Наполеоном, остались традиционные меры длины: дюйм, фут и ярд.

В 1889 был изготовлен более точный международный эталон метра. Этот эталон изготовлен из сплава 90 % платины и 10 % иридия [3] и имеет поперечное сечение в виде буквы «X». Его копии были переданы на хранение в страны, в которых метр был признан в качестве стандартной единицы длины. Этот эталон всё ещё хранится в Международном бюро мер и весов, хотя больше по своему первоначальному назначению не используется.

С 1960 было решено отказаться от использования изготовленного людьми предмета в качестве эталона метра, и с этого времени по 1983 метр определялся как число 1 650 763,73, умноженное на длину волны оранжевой линии (6 056 Å) спектра, излучаемого изотопом криптона вакууме.

Современное определение метра

Из этого определения следует, что в системе СИ скорость света в вакууме принята равной в точности 299 792 458 м/с. Таким образом, определение метра, как и два столетия назад, вновь привязано к секунде, но на этот раз с помощью универсальной мировой константы.

Кратные и дольные единицы

Десятичные кратные и дольные единицы образуются с помощью стандартных приставок СИ. Существуют также внесистемные единицы измерения: микрон, равный 1 мкм, и ангстрем (Å), равный 0,1 нм, но их применение не рекомендуется.

Соотношение с другими единицами измерения

Погонный метр

Погонный метр — единица измерения количества длинномерных объектов (обычно изделий, материалов и т. п.), соответствующая куску или участку длиной 1 метр. Погонный метр ничем не отличается от обычного метра, это единица, которой измеряют длину материала независимо от ширины. Погонным метром могут, например, измерять кабельные каналы, трубы, плинтуса, оконные уплотнители, ткани. Хотя для тканей правильнее было бы измерять их площадь, но если ширина ткани подразумевается известной и постоянной — используется понятие «погонный метр» (как правило, ширина ткани составляет 1,4 м, и, таким образом, погонный метр ткани является куском 1 м на 1,4 м). Говоря строго, в быту чаще используется понятие именно погонного метра, информация о ширине или высоте предметов подразумевается известной или неважной. Наименование погонного метра выделяется в специальной литературе либо для создания различной экспрессивной окраски речи.

Интересные факты

В компьютерном жаргоне «метр» может означать мегабайт. При этом про компьютерный «метр» говорят, что он «весит». Например: Этот файл весит 20 метров. [6]

Источник

Метр. История создания основной единицы длины

Описана история возникновения метра как основной международной единицы длины.

За единицу измерения «метр» было принято расстояние (при определенных условиях) между двумя специальными штрихами, которые были нанесены на платино-иридиевый стержень. Он был первым признан в 1889 году общенародным эталоном метра и помещен на хранение в Севре (Франция).

История возникновения метра

Метр возник из потребности иметь эталонную единицу длины, независящую от произвола, а также была бы строго постоянной и в случае утери легко могла бы быть восстановлена. Для установления такой единицы длины в 1791 году французское Национальное собрание назначило комиссию в составе Лагранжа, Борда, Лапласа и других ученых. В результате она выбрала единицу длины, которая была равна одной сорокамиллионной длины меридиана, проходящего через Парижскую астрономическую обсерваторию, и назвала ее метром.

При этом предполагалось, что Земля является вполне совершенным шаром. С целью определения длины меридиана, двум французским астрономам Мешену и Деламбру было предложено измерить длину дуги между Барселоной и Дюнкерком, которая заключала в себе приблизительно 9,5°. После того, как такое измерение было сделано, французский мастер Ленуар изготовил несколько образцов метра: двенадцать из железа и два из платины. Один из платиновых метров был сдан комиссией в июне 1799 года в Архив Французской Республики на хранение.

Однако последующие определения длины меридиана (Бессель, 1841 год, и другие) показали, что он имеет несколько другую длину, потому что Земля не имеет формы совершенного шара. Несмотря на это, было решено не изменять выбранного эталона метра. Однако, так как первоначальная форма эталона метра не была достаточно жесткой, Международная метрическая комиссия постановила в 1872 году изготовить новые платино-иридиевые прототипы метра, причем поперечное сечение их было выбрано специальной формы, при которой длина нейтральной плоскости оставалась неизменной даже при прогибании образца.

Длина метра зафиксирована с помощью двух очень тонких штрихов, которые нанесены на средней, нейтральной полосе прототипа. Всего была изготовлены 31 копии прототипа метра. Один из которых, № б, был принят как международный прототип. Из оставшихся 28 были по жребию переданы государствам, заказавшими эти эталоны, а два были приняты как контрольные.

Метр в России

России по жребию достались прототипы № 11 и № 28. Первый из них хранился в Академии наук, а второй — во ВНИИМ в Ленинграде. Длина прототипа № 11 на 0,0005 мм короче, а № 28 — на 0,0005 мм длиннее международного метра, и, следовательно, среднее из них в точности равно международному нормальному метру. Постановлением правительства СССР экземпляр № 28 принят в качестве эталона для нашей страны.

Международное бюро, кроме штриховых метров, распределило по жребию 6 концевых метров. России достался концевой метр № 2. Наблюдения Бенуа показали, что металлические стержни испытывают длительные изменения своей длины, если даже они были подвергнуты кратковременным температурным колебаниям. Хотя у платино-иридиевых стержней такие влияния не были обнаружены, все же нельзя поручиться, что первоначальная длина эталона не меняется со временем.

Поэтому в 1894 году Майкельсон в сотрудничестве с Бенуа сравнили международный эталон с длиной волны красного кадмиевого света. Майкельсон и Бенуа нашли, что длина международного метра равна 1 553 163,5 длин волн красного кадмиевого света при 15°С и давлении 760 мм ртутного столба (влажность воздуха ими не определялась).

Позднее (1904 год) такое же сравнение произвели Фабри, Перо и Бенуа. Они нашли, что в абсолютно сухом воздухе при тех же условиях длина международного метра равна 1 553 164,13 длин волн красного кадмиевого света.

Источник

Метр, секунда, килограмм – история происхождения

«Мир измерений» Октябрь 2008

Метр, секунда и килограмм – самые известные единицы измерения системы СИ. И каждый школьник знает, что расстояние измеряют в метрах, время – в секундах, а массу – в килограммах

Метр, секунда и килограмм – самые известные единицы измерения системы СИ. И каждый школьник знает, что расстояние измеряют в метрах, время – в секундах, а массу – в килограммах. Но школьная программа почему-то умалчивает об истории их появления на свет. Действительно – откуда же взялись эти единицы измерения? И почему именно они?

“Ты из одной
Десятку строй,
А двойку скрой,
О ней не вой.
Дай тройке ход,
Чтоб стала чёт,
И ты богач.
Четвёрку спрячь,
О ней не плачь,
А пять и шесть
С семёркой свесть,
И до восьми
Их подыми.
Девятка – кон,
Десятку – вон.
Вот ведьмина
таблица умноженья”
Гёте “Фауст”

Много шума из одного метра

“Смерть аристократам!”, “Да здравствует нация!” и “Предателей на фонарные столбы!” – такие лозунги раздавались по всей Франции, когда в 1792 г. двум астрономам Жан Батисту Деламбру и Пьеру Франсуа Мешену Национальным собранием было поручено “измерить Землю”. Выражаясь научным языком, они должны были произвести полевые работы по измерению Парижского меридиана, т.е. конкретного меридиана, который между испанской Барселоной на юге и французским Дюнкирхеном на севере точно проходит через Париж. Рассчитывая справиться с этим геркулесовым заданием за несколько месяцев, в худшем случае за год, астрономы не приняли во внимание всей смуты и эксцессов революции, жертвами которой они сами чуть не пали по подозрению в шпионаже, и потому на решение этой задачи в конечном итоге у них ушло 6 лет.

Идея была в следующем: определить расстояние от экватора до северного полюса, т.е. рассчитать четверть земного меридиана, измерив только удаленность Барселоны от Дюнкирхена. Для этого Деламбр и Мешен должны были сначала установить географические широты Барселоны и Дюнкирхена, что не составляло для них особого труда. А затем, зная, что разница широт между этими населенными пунктами составляет угол в 9°40′, а четверть меридиана соответственно 90°, путём элементарной пропорции рассчитать расстояние от экватора до северного полюса. И вот одну десятимиллионную часть (1/10000000 = 1/10 7 ) этого меридианного квадранта по поверхности земного эллипсоида на долготе Парижа решено было принять за эталон длины для всех времён и народов. Быстро сказка сказывается, да долго дело делается. Ведь прежде чем приступить к этим нехитрым подсчётам, необходимо было измерить беспрерывную цепь воображаемых треугольников на пути Барселона – Дюнкирхен, длины сторон которых вычислялись из измеренных углов.

Причём каждое из 1800 рутинных измерений углов должно было повторяться максимально возможное число раз для уменьшения статистической ошибки.

Трудоёмкость этого предприятия была колоссальной, а опасности подстерегали на каждом шагу, и, откровенно говоря, непонятно, почему бы не найти более простое решение для нахождения стандартной меры длины? Почему бы не взять расстояние между двумя гильотинами на площади Согласия, поделить его на 10 и таким образом установить меру длины? Или взять какой-либо предмет, законсервировать и его размеры принять за эталон? Но слишком рациональны были времена: эталон не должен был нести на себе позорное пятно произвола – его и так было слишком много. Эталон должен обладать универсальным свойством, обобщённой значимостью и не иметь ничего общего с нездоровыми анатомическими особенностями каких-либо королей и правителей. Нужно было одним разом распрощаться со всеми этими аршинами и футами, саженями и дюймами, рутами и ярдами.

И вот 19-го Брюмера VIII года (по грегорианскому календарю 10 декабря 1799 г.) титанический труд двух учёных привёл к предварительному официальному результату – из платины был отлит первый прототип эталона метра. Родился метр, а вместе с ним и метрическая система, в которой метр является также единицей измерения площади и объёма, а единица массы привязана к метру, т.к. определение килограмма основано на массе 1 дм3 воды. Всё это делилось и множилось при помощи цифры 10: в одном метре 100 сантиметров, в одном сантиметре 10 миллиметров и т.д. Причём интересно отметить, что десятичная система счисления предположительно связана с количеством пальцев рук у человека.

Во время правления Наполеона метрическая система распространилась по всей Европе. В 1918 г. она была введена в России. Только в Великобритании, которая не была завоёвана Наполеоном, остались традиционные меры длины: дюйм, фут и ярд. В 1889 г. был изготовлен более точный международный эталон метра. Этот эталон тоже изготовлен из сплава платины и иридия и имеет поперечное сечение в виде буквы “X”. Его копии были переданы на хранение в страны, в которых метр был признан в качестве стандартной единицы длины. Этот эталон всё ещё хранится в Международном бюро мер и весов (в г. Севр близ Парижа), хотя больше по своему первоначальному назначению не используется.

Мера длины, которую Деламбр и Мешен “вырвали” у Земли, была, выражаясь современным языком, high-tech-достижением, полученным с помощью лучших на тот момент измерительных инструментов. И действительно, если сравнить современные данные о расстоянии от Барселоны до Дюнкирхена с результатом, полученным астрономами 2 века назад, то разница составит всего лишь 2 км. Загвоздка заключается в том, что Земля не представляет собой идеального шара, каждый меридиан отличается от своего соседа, и не было учтено полюсное сжатие. Поэтому надо признать, что метр был и есть не одна десятимиллионная часть четверти земного меридиана, а всего лишь длина платинового стержня, хранящегося в Париже. Такого результата можно было достичь и меньшей кровью, как уже отмечалось, но тогда это был бы не продукт “универсального мышления”, а Деламбр и Мешен не вошли бы в историю.

Справедливости ради стоит отметить, что первоначально, 8 мая 1790 г., Национальное собрание Франции собиралось определить метр как длину маятника с полупериодом качания на широте 45° равным 1 c (в современных единицах эта длина равна примерно 0,981 м). У этого метода есть одно существенное преимущество – каждый человек с более или менее точными часами мог бы в любое время определить единицу длины.

Однако, поскольку маятниковый эталон недостаточно воспроизводим (ускорение свободного падения зависит от широты), Французская академия наук предложила Национальному собранию определить метр через длину меридиана.

Хотя если бы в каком-либо фиксированном географическом месте поставить эталонный маятник, то этот метод ничем не уступал бы методу измерения меридиана. В этом случае история метрологии была бы другой: определение метра было бы привязано ко времени, а точнее – к секунде. Так что же такое секунда?

Не думай о секунде свысока

Как известно, время уравновешенно и неумолимо движется вперед, не поддаваясь никакому воздействию, а тем более влиянию со стороны человечества.

Исторически основной единицей для измерения коротких интервалов времени были сутки (часто говорят “день”), равные периоду обращения Земли вокруг своей оси. В результате деления суток на меньшие интервалы возникли часы, минуты и секунды. Происхождение деления, вероятно, связано с двенадцатеричной системой счисления, которой придерживались древние.

Сутки делили на два равных последовательных интервала (условно “день” и “ночь”). Каждый из них делили на 12 часов. Дальнейшее деление часа восходит к шестидесятеричной системе счисления. Каждый час делили на 60 минут. Каждую минуту – на 60 секунд.

Для измерения более длительных интервалов времени используются единицы измерения “год”, “месяц” и “неделя”, состоящие из целого числа суток. Год приблизительно равен периоду обращения Земли вокруг Солнца (примерно 365 суток), месяц – периоду полной смены фаз Луны (так называемому синодическому месяцу, равному 29,53 суток). Неделя, состоящая из 7 дней, не имеет прямой астрономической основы (хотя она изначально была привязана к округлённой до целого числа дней продолжительности одной из четырёх фаз Луны), однако широко используется как единица времени.

Десятичную систему измерения времени активно использовали только в древнем Китае. День у древних китайцев состоял из ста частей под названием “кэ”, а месяц – из 10 дней, называемых “сюнь”. Европа тоже решила не отставать: во время французской революции, под влиянием “метрической горячки” декретом Конвента от 5 октября 1793 г. была сделана попытка перевести уже всё человечество на десятичное время. Сутки от полуночи до полуночи делились на 10 десятичных часов, час на 100 десятичных минут, а минута на 100 десятичных секунд. Таким образом, полночь приходилась на 0:00:00, полдень – на 5:00:00 и т. п. В принципе, почему бы и нет? Не учли же французские реформаторы только одного – очень сложно изменить то, что прочно вошло в обиход во всём мире. Кроме того, ничто человеческое нам не чуждо: так же как метрическая система отталкивается от 10 пальцев, секунда приблизительно равна интервалу между ударами человеческого сердца. Так что в отличие от республиканского календаря эта система измерения времени не получила достаточного распространения и была официально отменена в 1795 г. Сегодня же 6 миллиардов секунд, или 200 лет спустя вновь предпринимается попытка поделить время на 10.

Несколько лет назад компанию Swatch озадачила проблема наличия часовых поясов, которые мешают людям общаться через Интернет. Что же делать? Специалисты фирмы горевать не стали и просто решили ввести свою систему измерения времени. Часы и минуты в интернет-времени заменяют “биты” (не путайте с “bit” – здесь слово “beat“, или “удар”). Каждый бит равен одной минуте и 26,4 секунды, а день содержит в себе тысячу таких единиц. За точку отсчёта взяли меридиан, проходящий через город Биль (Швейцария), в котором находится штаб-квартира Swatch. Получит ли эта система измерения времени широкое распространение? Поживем – увидим.

Такой уникальный килограмм

Килограмм определяется как масса международного эталона килограмма, хранящегося в Международном бюро мер и весов и представляющего собой цилиндр диаметром и высотой 39 мм из платиноиридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Первоначально же килограмм определялся как масса одного кубического дециметра воды (литра) чистой воды при температуре 4°C и стандартном атмосферном давлении. Такое определение не вполне конструктивно: нужен очень точный кубический дециметр, совершенно чистая вода и абсолютно правильный термометр.

Рождению килограмма в немалой степени способствовал известный химик Лавуазье, который в своей лаборатории проводил опыты над составом воды как раз в то время, когда Деламбр и Мешен измеряли Парижский меридиан. Результаты его работы, к сожалению, не успели принести ему славы, т.к. Лавуазье был обвинён в участии «в заговоре с врагами Франции против французского народа, имевшем целью похитить у нации огромные суммы, необходимые для войны с деспотами» и приговорён к смерти. Но килограмм между тем появился на свет и, так же как и метр, был привязан к десятичной системе: в одном килограмме 1000 граммов, в одном грамме 1000 миллиграммов и т.п.

На данный момент килограмм – единственная единица СИ, которая определена при помощи артефакта – предмета, изготовленного людьми, – платиноиридиевого эталона. Все остальные единицы теперь определяются через значения фундаментальных физических констант. Мало того что этим обеспечивается подобающая квантовая точность, указанные единицы ещё могут быть адекватно воспроизведены в любой точке мира. “Клонировать” же килограмм куда сложнее, вдобавок для этого требуется сложная бюрократическая процедура.

К тому же по разным причинам за сто лет международный эталон теряет часть своей массы (3/100000000). Однако, по определению, масса международного эталона в точности равна одному килограмму. Поэтому её уменьшение приводит к изменению величины килограмма. Нонсенс!

Видимо, долгое время такое уникальное положение килограмма всех устраивало, раз не было достаточных побудительных оснований к созданию его скрупулёзной формулы. Но переменчивый килограмм тянет за собой в дрейфующее плавание и ватт, и другие смежные единицы измерения. В настоящее время для устранения этих неточностей рассматриваются различные варианты переопределения килограмма на основе значений фундаментальных физических констант.

Об этом, а также о современных методах измерения метра и секунды читайте в следующих номерах.

Печатается с разрешения немецкого журнала Maβstäbe.
Материал по статье Jens Simon “Eine Fingerübung. ”
с использованием других интернет-источников
подготовила Л. Ломина

Источник