метричної системи заходів
Наука починається з тих пір, як починають вимірювати.
Вершок, ЛІКОТЬ ТА ІНШІ ОДИНИЦІ.
З давніх-давен люди стикалися з необхідністю визначати відстані, довжини предметів, час, площі, обсяги і т. Д.
Значення вимірювань зростала в міру розвитку суспільства і, зокрема, у міру розвитку науки. А щоб вимірювати, необхідно було придумати одиниці різних фізичних величин. Згадайте, як написано в підручнику: «Виміряти якусь величину - це означає порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю цієї величини».
Чи знаєте ви, які існували і існують зараз одиниці довжини, яке їх походження?
Найдавнішими одиницями були суб'єктивні одиниці. Так, наприклад, моряки вимірювали шлях трубками, т. Е. Відстанню, яке проходить судно за час, поки моряк викурить трубку. В Іспанії схожою одиницею була сигара, в Японії - кінський черевик,
т. е. шлях, який проходила кінь, поки не зноситься прив'язана до її копит солом'яна підошва, що заміняла підкову. В Єгипті поширеною одиницею довжини був стадій - шлях, прохідний чоловіком за час між першим променем Сонця і появою на небі всього сонячного диска, т. Е. Приблизно за дві хвилини.
У багатьох пародов для визначення відстані використовувалася одиниця довжини стріла - дальність польоту стріли. Наші вираження: «не підпускати на рушничний постріл», пізніше «на гарматний постріл» - нагадують про подібні одиницях довжини.
Стародавні римляни відстані вимірювали кроками або подвійними кроками (крок лівою ногою, крок правою). Тисяча подвійних кроків складала милю (лат. «Милле» - тисяча).
Довжину мотузки або тканини незручно вимірювати кроками або стадіями. Для цього виявилися придатними зустрічаються у багатьох народів одиниці, ототожнюються з назвами частин людського тіла. Лікоть - відстань від кінця пальців до ліктьового суглоба (рис. 1, 2). На Русі довгий час в якості одиниці довжини використовували аршин (приблизно 71 см). Цей захід виникла при торгівлі зі східними країнами (перс, «арш» - лікоть). Численні висловлювання: «Немов аршин проковтнув», «Міряти на свій аршин» та інші - свідчать про її значне поширення. Для вимірювання менших довжин застосовували п'ядь - відстань між кінцями розставлених великого і вказівного пальців (рис. 3). П'ядь або, як її ще називали, чверть (18 см) становила 1/4 аршини, а 1/16 частки аршини дорівнював вершок
(4,4 см).
Про
В
Локоть, вершок, п'ядь, сажень, дюйм, фут і т. Д. Дуже зручні при вимірах, так як вони завжди «під руками». Але одиниці довжини, відповідні частинам людського тіла, володіють великим недоліком: у різних людей пальці, ступні і т. Д. Мають різну довжину. Щоб позбутися від свавілля, в XIV в. суб'єктивні одиниці починають замінювати набором об'єктивних одиниць. Так, наприклад, в 1324 року в Англії був встановлений законний дюйм, дорівнює довжині трьох приставлених один до одного ячмінних зерен, витягнутих з середньої частини колоса (див. Рис. 6). Фут визначили як середню довжину ступні шістнадцяти осіб, що виходять з церкви, т. Е. Обміром випадкових людей прагнули отримати більш постійне значення одиниці - середню довжину ступні (рис. 8).
ЯКУ ВЕЛИЧИНУ МИ ВИЗНАЧАЄМО, зважуючи ТІЛО НА важелів вагах?
До
При зважуванні на важільних вагах на одну чашку кладуть зважують тіло, на іншу - гирі. Гирі підбирають так, щоб встановити рівновагу. При цьому врівноважуються маси зважується тіла і гир. Якщо врівноважені ваги перенести, наприклад, на Місяць, де вага тіла менше, ніж на Землі, в 6 разів, рівновага не порушиться, так як вага і тіла, і гир на Місяці зменшився в однакове число раз, а маса не змінилася. Отже, зважуючи тіло на важільних вагах, ми визначаємо його масу, а не вагу.
Одиниці маси, як і одиниці довжини, спочатку встановлювалися по природним зразкам. Найчастіше по масі якогось насіння. Так, наприклад, масу дорогоцінного каміння визначали і досі визначають в каратах (0,2 г) - це маса насіння одного з видів бобів (рис. 10).
По масі зерен або води виготовляли металеві гирі різної маси. Ними користувалися при зважуванні. Гирі, що служили еталоном (зразком), зберігалися в храмах або урядових установах.
На Русі найдавнішої одиницею маси була гривня (409,5 г). Існує припущення, що ця одиниця ввезена до нас зі Сходу. Згодом вона отримала назву фунта. Для визначення великих мас використовувався пуд (16,38 кг), а малих - золотник (12,8 г).
ЗВІДКИ ПІШЛА Вирази: «міряти НА СВІЙ АРШИН»?
Майже у всіх країнах аж до XVIII ст. застосовувалися свої міри довжини, маси, площі і т. д. Але навіть одна і та ж міра, наприклад сажень, в Росії, в Польщі, в Прибалтиці, в Фінляндії, на Кавказі мала різну довжину. У зв'язку з цим до революції в підручниках арифметики поміщали докладні таблиці вітчизняних і зарубіжних одиниць.
Але не тільки різні держави, а й окремі області всередині одного і того ж держави використовували особливі заходи. Так, у Франції (та й в деяких інших країнах) великі землевласники мали право встановлювати в межах своїх володінь власні заходи. Такий власник, вимірюючи надходять до нього податки в буквальному сенсі слова власним аршином і власним фунтом, отримував для себе найбільший прибуток.
З розвитком торговельних зв'язків між народами в кожній країні поряд з раніше застосовувалися заходами стали вживати заходи чужих країн. Таким чином зростала кількість одиниць для вимірювання однієї і тієї ж величини.
Величезне число різних заходів, незручні для розрахунків співвідношення між одиницями створили багато труднощів, помилок, обманів і зловживань. Всілякі розрахунки в промисловості і торгівлі були дуже складні і вимагали багато часу, праці і уваги.
Назріла необхідність уточнити основні одиниці і впорядкувати всю систему заходів. І першим кроком до цього стало створення постійних зразків (еталонів) мір довжини у вигляді металевих лінійок або стрижнів і маси у вигляді металевих гир-еталонів.
Перші зразки російського фунта і аршина були виготовлені в 1747 р
ДЕСЯТКОВА метрична система заходів
Необхідність введення міжнародної системи заходів назріла ще в кінці XVIII ст. Яким же вимогам вона повинна була задовольняти?
Перш за все це повинна бути загальна система заходів, т. Е. Кожна фізична величина повинна мати цілком певну одиницю, загальну для всіх або принаймні для багатьох народів.
Крім того, всі основні заходи бажано взяти безпосередньо з природи, щоб при втраті або зносі еталона ту чи іншу міру можна було б знову відновити.
Потрібно також, щоб одиниці були певним чином пов'язані один з одним. Про
Доба ділилася на день і ніч.
Кожна з цих частин ділилася на 12 годин.
Час дорівнював часу закінчення води з посудини кубічної форми.
Довжина ребра цього куба була прийнята за одиницю довжини так званий священний фут.
Площа квадрата зі стороною, що дорівнює 1 футу, була одиницею площі.
Обсяг куба з ребром в 1 фут був одиницею обсягу.
Маса кубічного фута води становила вавилонський талант - найдавнішу одиницю маси.
Тут одиниці різних величин: часу, довжини, площі, обсягу, маси - виявилися пов'язаними між собою.
Однією одиниці для вимірювання будь-якої величини мало. Незручно, наприклад, відстань між містами, довжину мотузки і товщину паперу вимірювати аршинами. Треба ввести одиниці великого й малого і вказати, скільки разів вони більше або менше обраної.
Співвідношення між одиницями вказувалося і в старовину. Наприклад, 1 миля = 7 верстам, 1 верста = 500 сажням, 1 сажень = 3 аршинам, 1 аршин = 16 вершкам. Але така система одиниць незручна. Спробуйте порахувати, наприклад, скільки вершків у милі!
Набагато зручніше для розрахунків така система, в якій кожна одиниця в 10, 100, 1000 і т. Д. Раз більше або менше за інших однорідних одиниць.
Вперше система заходів на десяткового основі була запропонована в XVII в. французьким астрономом Мутоном.
У 1791 році у Франції було прийнято рішення створити десяткову метричну систему заходів. Основними величинами в цій системі були обрані довжина і маса.
До
Н
За одиницю маси була прийнята маса одного кубічного дециметра дистильованої води при температурі її найбільшої щільності
4 ° С, що визначається зважуванням в вакуумі. Був виготовлений еталон цієї одиниці, названої кілограмом, у вигляді платинового циліндра
(Рис. 14).
У 1869 р Петербурзька академія наук звернулася до наукових установ усього світу із закликом зробити запропоновану французькими вченими десяткову метричну систему заходів міжнародної. У цьому зверненні говорилося і про те, що «досягнення науки привели до необхідності відмовитися від колишнього визначення метра як 1/100000000 частки чверті довжини паризького меридіана, так як пізніші більш точні вимірювання меридіана давали інші результати». Крім того, стало відомо, що довжина меридіана згодом змінюється. Але так як немислимо було після кожного вимірювання меридіана міняти довжину метра, то Петербурзька академія наук запропонувала прийняти метр, що зберігався у французькому архіві (архівний метр), за прототип - перший зразок і виготовити з нього можливо точні і стійкі копії для різних країн, зробивши цим метричну систему заходів міжнародної.
Коли ж була введена метрична система заходів в нашій країні? Передові російські вчені, які зробили для того, щоб метрична система заходів стала міжнародною, не змогли подолати опору царського уряду введенню метричної системи заходів в нашій країні. Вдалося домогтися тільки того, що в 1899 р був прийнятий закон, підготовлений Д. І. Менделєєвим, за яким нарівні з російськими заходами «дозволялось застосовувати в Росії міжнародний метр і кілограм», а також кратні їм одиниці - грам, сантиметр і ін.
Дмитро Іванович Менделєєв (1834-1907) - великий російський хімік, різнобічний вчений, педагог, прогресивний громадський діяч. Багато зробив для того, щоб метрична система заходів стала міжнародною і була введена в Росії. Д. І. Менделєєв був організатором і першим директором (з 1893 року і до кінця життя) Головної палати мір і ваг (нині Всесоюзний науково-дослідний інститут метрології ім. Д. І. Менделєєва).
СІ - СИСТЕМА ИНТЕРНАЦИОНАЛЬНАЯ
Недоліком метричної системи був малий охоплення вимірюваних величин - довжина, площа, об'єм, маса. А в першій половині XIX ст. в зв'язку з розвитком навчань про теплоту, світлі, електрику і магнетизм з'явилася потреба в одиницях цих величин. З розширенням кола величин, що підлягають вимірюванню, виникали різні системи одиниць, що охоплюють певні розділи фізики. Так, на основі десяткової метричної системи було створено кілька різних систем одиниць, наприклад технічна, в якій за основні були вибрані наступні одиниці: метр для довжини, кілограм-сила для сили, секунда для часу. Одиниці інших величин в цій (так само як і в будь-який інший) системі виражалися через основні за допомогою рівнянь, що пов'язують ці величини з основними.
Одиниці, одержувані з основних за допомогою фізичних формул, називаються похідними.
Наприклад, одиницю швидкості отримують з рівняння підставляючи в праву частину рівності одиниці шляху і часу
Одиницю площі - з рівняння S = lb,
де l і b - довжина і ширина, виражені в метрах. Тому одиницею площі буде 1 м 2.
Аналогічно отримуємо одиницю об'єму з рівняння
де h - висота, також виражена в метрах.
Так ви будете з відповідних рівнянь виводити і інші похідні одиниці.
Безліч одиниць в різних системах і велике число позасистемних одиниць (калорія, кінська сила і ін.) Дуже ускладнювали наукові і технічні розрахунки. У зв'язку з цим постало питання про встановлення єдиної універсальної системи одиниць, що охоплює всі галузі науки і техніки.
У 1960 р XI Генеральна конференція з мір та ваг, в якій брали участь видатні вчені багатьох країн, в тому числі і СРСР, прийняла резолюцію про встановлення Міжнародної системи одиниць - СІ (читається «ес-і» від перших літер слів «система інтернаціональна »).
В якості основних одиниць були обрані наступні:
метр - одиниця довжини,
кілограм - одиниця маси,
секунда - одиниця часу,
коливань - одиниця температури,
ампер - одиниця сили струму,
кандела - одиниця сили світла.
У 1971 р була введена ще одна одиниця -
моль - одиниця кількості речовини.
При цьому були введені нові зразки основних одиниць, які можна визначити з більшою точністю, ніж попередні.
Що таке метр, секунда, ви вже знаєте. З одиницею маси - кілограмом ви познайомитеся в VI класі. Що таке коливань, кандела, моль - дізнаєтеся в старших класах.
Поряд з одиницями Міжнародної системи допускається використання деяких позасистемних одиниць, таких, як градус Цельсія (° С), годину (ч), хвилина (хв), кілометр на годину (км / год) і ін.
У стародавні часи найточнішою мірою довжини вважалася товщина волосини верблюда або мула (близько 0,1 мм), причому тільки в тому випадку, якщо волосся був висмикнуть з хвоста.
Англійці зіткнулися з великими труднощами при переході в 1977 р на Міжнародну метричну систему заходів. Вони настільки звикли до старих англійським мерям, що довго не могли без помилок застосовувати нові одиниці. Так, наприклад, 20-річний лондонський поліцейський визначив, що його зріст близько 7 метрів, а одна 23-річна жінка відповіла, що її зростання 55 см.