WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Наука вимірювання: становлення і сучасність - Реферат

Наука вимірювання: становлення і сучасність - Реферат

Реферат на тему:

Наука вимірювання: становлення і сучасність

У сучасному розумінні наукою про вимірювання називають, як уже було сказано, метрологію. Але історія становлення й удосконалення вимірювань так само давня, як і історія цивілізації. Вимірювання — це один із засобів розвитку матеріальної культури суспільства.

Необхідність вимірювань стала зрозумілою людям іще в доісторичні часи. Перші міри (водночас і засоби вимірювання) — це здебільшого руки і ноги людини, що завжди були "напохваті". З розвитком продуктивних сил, економіки і торгівлі міри (засоби вимірювання) набули загальносуспільного значення, удосконалювались і уточнювались. Відомо, що вже у стародавньому Єгипті було запроваджено перші узаконені міри: "великий царський лікоть" (525 мм) і "малий лікоть" (450 мм). Похідною від ліктя була одиниця площі арур — квадрат зі стороною в сто великих ліктів і одиниця місткості хомен — половина об'єму куба з ребром в один великий лікоть.

У Європі найбільш рання спроба впровадження узаконених мір датується VI ст. до н. е. і зв'язується з ім'ям відомого грецького реформатора Солона. Тоді обов'язковою мірою довжини в Греції був фут (близько 297 мм) і стадія. В інших країнах обов'язкових мір не існувало. Так, навіть у кінці XVIII ст. на європейських ринках застосовували близько 100 різної довжини "футів", 50 різних "миль", понад 100 різних мір ваги — "фунтів". Подекуди, наприклад в Австрії, майже кожне місто, і навіть окремі ринки того самого міста, мали власні міри. Перерахунки однієї міри в іншу потребували досить складних арифметичних дій: наприклад, англійський ярд (914 мм) не був кратним французькому туазові (1950 мм), а останній — російському аршину (711 мм) і т. д. Та навіть тоді, коли відношення й були кратними, вони не були системними. Так, у Росії миля дорівнювала семи верстам, верста — 500 саженям, сажень — трьом аршинам, аршин — чотирьом чвертям, чверть — чотирьом вершкам. Спробуйте швидко підрахувати, скільки у милі вершків! Поряд з цим існувала ще одна проблема. У процесі використання інструменти вимірювання (різноманітні лінійки, палиці, гирі тощо) поступово зношувалися, втрачали свій номінальний розмір і вагу, а для їх відновлення не існувало надійного, "незалежного" від людини еталона. Саме це і спонукало в кінці XVIII ст. учених, прогресивних промисловців, комерсантів створити нову однакову для всіх країн систему мір, котра, як писав один із французьких учених, "була б гідна людей свого освіченого часу і не могла б залежати від сваволі людини, а запозичена була б у самої природи".

З рішення Національних зборів Паризька академія наук створила комісію, до якої ввійшли видатні вчені: математик Жорж Луї Лагранж, астроном П'єр Симон Лаплас, геометр Гаспар Монж, геодезист і математик Жан Шарль Борда і економіст Жан Антуан Кондорсе. Саме вони запропонували "узяти за основну одиницю міри довжини одну десятимільйонну частину чверті земного меридіану". Як виникла ця ідея? На жаль, про це не написано в шкільних підручниках, хоча відомо, що досить точно величину земної кулі виміряв іще давньогрецький математик, астроном і географ Ератосфен Кіренський, який жив близько 276—194 рр. до н. е. і, так само як і Арістотель, уважав, що Земля має кулясту форму. За його вимірами (у перерахунку на наші міри) довжина меридіану становить приблизно 40 000 км. Як він спромігся це зробити? Ератосфен знав, що в день літнього сонцестояння в єгипетському місті Сиєні (сучасний Асуан) Сонце стоїть в зеніті і його промені освітлюють дно глибоких колодязів. Водночас в Александрії (на північ від Сиєни на тому самому меридіані) кут між сонячним променем і віссю колодязя (отже і між двома радіусами Землі — АС і ВС) відповідає 712, що становить 1/50 частку кола (меридіану Землі). Відстань між Сиєною і Александрією була відома — 5000 грецьких стадій (1 стадія — близько 175 м), звідки окружність земної кулі визначалася як 5 000   50 = 250 000 стадій (рис. 11).

Рис. 11. Метод вимірювання давньогрецьким ученим ЕратосфеномКиренським довжини меридіану Землі (ІІІ ст. до н. е.)

Зрозуміло, що засоби вимірювання за часів Ератосфена були недосконалі і його досить точні вимірювання скоріше сприятлива випадковість, ніж свідома майстерність. Але ідею французьких учених виміряти довжину Земного меридіану було запозичено в Ератосфена. Протягом шести років (1792—1798) під керівництвом учених Деламбре і Мешена геодезисти й математики виконували градусне вимірювання довжини Паризького меридіану від Дюнкерка до міста Монж поблизу Барселони.

Одиницею виміру був французький туаз (близько 1,95 м). За нову одиницю було прийнято 1/10 000 000 частку чверті меридіану, яку назвали метром (від грецького έ — міра), а система мір на її основі отримала назву метричної. Кожна більша одиниця послідовно збільшувалась кратно 10, а її назва починалася з грецького префікса "дека" (десять), "гекто" (сто), "кіло" (тисяча). Назва одиниць, менших за метр, починалася з латинських префіксів "деці", "санти", "мілі". Інші важливі особливості метричної системи — взаємозв'язок, кратний 10, між одиницями площі, об'єму і одиницею ваги. Вагу одного кубічного дециметра хімічно чистої води температурою +4С було взято за одиницю ваги і названо кілограмом, а її 1/1000 — грамом. На честь нової системи було навіть розроблено проект медалі з написом "На всі часи — для всіх народів" (рис. 12).

Рис. 12. Проект медалі на відзнаку впровадження Метрологічної системи і еталони: метр(1 м) і кілограм (1 кг)

Здавалося б, запровадження не тільки в науку, а і в практику виробництва, торгівлі й побуту такої досконалої та зручної системи не викликатиме спротиву. На жаль, сталося не так, тривала історія впровадження метра в багатьох країнах світу не завершилась і нині. Проти запровадження метричної системи у Франції виступив "перший француз" Наполеон Бонапарт і, хоч як дивно, але саме з огляду на економічну незручність: "Щоб прийняти нову систему мір і ваги, — писав він, — треба перекроїти всі адміністративні правила, всі розрахунки промисловості; така робота страхає розум". Водночас французькі реформатори вимагали покінчити зі "строкатістю мір — нагадуванням про ганьбу феодального рабства". Знадобилося майже століття, щоб у Парижі на конференції 20-ти країн (1875) представники 17-ти з них прийняли нову метричну систему і підписали конвенцію про "забезпечення міжнародної єдності вимірювань і вдосконалення метричної системи мір". Конференція прийняла рішення про утворення і підтримку державами — учасницями конференції Міжнародного бюро мір і ваги — першої у світі науково-дослідної установи (МБМВ), яка б опрацьовувала міждержавні програми з метрології.

1889 року Міжнародне бюро мір і ваги виготовило 34 еталони метра (лінійка з х-подібним перерізом) і 43 еталони кілограма (циліндр) зі сплаву платини з 10% іридію і передало їх різним країнам (див. рис. 12). Усе ж таки метр "природною" мірою на став: згодом з'ясувалося, що довжина еталона метра дорівнює не 1/10 000 000 чверті меридіана, а є трохи меншою — 1/10 000 856. Проте виготовлення нового еталона визнали недоцільним: не було гарантії, що згодом не будуть виконані ще точніші розрахунки.

Минав час, усе більше країн запроваджувало метричну систему, але необхідність реалізації ідеї справді "природної" міри не було забуто. Поступово вона ставала вимогою часу.

1960 року ХІ Міжнародна генеральна конференція мір і ваги (ГКМВ) прийняла рішення про скасування міжнародного платино-іридієвого еталона метра і перехід до нового "природного" еталона "світлового" метра, котрий визначався як 1 650 763, 73 довжини хвиль випромінювання атома криптону-86 за певних умов. Але і цей еталон протримався недовго. На XVII ГКМВ 1983 р. було прийнято новий, чинний і сьогодні: "Метр дорівнює відстані, яку проходить у вакуумі плоска електромагнітна хвиля за 1/29 979 458 частки секунди".

Установлення міри довжини — метр (м) і ваги (кг) як одиниць метричної системи одиниць десяткової кратності відіграло вирішальну роль у розвитку й уніфікації методів вимірювання.

До сторіччя Метричної конвенції (1975 р.) її підписали 43 держави, у тім числі найбільш розвинуті країни ринкової економіки — США, Великобританія, Франція, Канада, а також СРСР і країни—члени РЕВ. Це була подія справді всесвітнього значення.

Але із сучасного погляду одиниці метричної системи мір не утворюють єдиної системи, а є тільки сукупністю одиниць, похідних від метра і кілограма, з десятковим поділом на кратні і часткові одиниці. Крім того, вона не охоплює всі сучасні галузі науки і техніки, зокрема атомну фізику, електрику, магнетизм, світло та ін.

У зв'язку з цим для точних наук теоретичного спрямування розроблялись спеціальні природні системи одиниць М. Планка (1906), Д. Хартрі (1929) та інші. За основні одиниці у таких системах бралися певні фізичні сталі, а саме: стала Планка (h), Больцмана (R), Авогадро (А) та ін. Наприклад, за системою Д. Хартрі одиниця довжини дорівнювала боровому радіусу 5,29 10–11 м; одиниця маси прирівнювалась до маси електрона 9,11 10–20 кг, а одиниця часу становила  2,42 10–17 с. Така система застосовується, наприклад, у квантовій механіці, оскільки вона уможливлює значне спрощення розрахунків специфічних математичних рівнянь. У техніці, економіці, торгівлі використовували зручніші системи одиниць, розроблені на основі метричної системи.

Наприклад, системи "Механічних одиниць": СГС (міжнародне позначення — CGS), яка базувалася на трьох одиницях: сантиметр — одиниця довжини, грам — одиниця маси, секунда — одиниця часу; та МКС (метр, кілограм, секунда); МКГСС (метр, кілограм — сила, секунда) і МТС (метр, тонна, секунда). За цими системами обраховувались такі похідні фізичних величин, як сила, робота, потужність, тиск (табл. 4).

У технічній механіці і матеріалознавстві в кінці ХІХ і першій половині ХХ ст. широко застосовувалась система МКС. Вона була зручною для практичного застосування і наукових досліджень.

Пізніше було запроваджено в науку і практику системи "Теплові одиниці" — МКСК (метр, кілограм, секунда, кельвін), "Електричні одиниці" — МКСА (метр, кілограм, секунда, ампер) та інші, які застосовувались відповідно у фізиці, електриці, оптиці та інших галузях. Кожна з наведених систем мала власні (різні за назвами і розміром) одиниці вимірювання таких фізичних величин, як енергія (робота, теплота), потужність, тиск тощо.

Наприклад, у системі "Теплові одиниці" одиницею теплоти є калорія, яка визначається через кількість енергії, що витрачається на підігрівання 1 г води на 1С. У системі "Механічні одиниці" одиниця енергії — джоуль. За розміром одиниця теплоти — калорія — у 4,19 раза більша за одиницю роботи — джоуль, а останній у 0,427 раза менший ніж кілограмометр. Як бачимо, дві різні одиниці енергії (теплота й робота) не є кратними, що значно ускладнює розрахунки.

На таку саму ситуацію натрапляємо, порівнюючи одиниці багатьох інших фізичних величин. Більше того, за вимірювання фізичних величин одиницями традиційних систем буває таке, коли певна фізична величина, наприклад тиск, вимірюється одиницями іншої фізичної величини — довжиною стовпчика ртуті чи води. Ці та інші складнощі спонукали до розробки нової системи фізичних величин, позбавленої вказаних недоліків.

Сучасний рівень техніки, технології, ринкової економіки та екології промислового господарства держави потребує чіткого взаєморозуміння економістів, технічних працівників і екологів. Це досягається тільки знанням сучасних систем вимірювання, які й вивчає метрологія.

Література

  1. Колотило Д. М. К 61 Екологія і економіка: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1999.

Loading...

 
 

Цікаве