Одиниці виміру з давніх-давен до наших днів

Розділи: Фізика

Наука починається відколи починають вимірювати.Д.І. Менделєєв

З давніх-давен люди стикалися з необхідністю визначати відстані, довжини предметів, час, площі, обсяги і т.д.

Вимірювання були потрібні і в будівництві, і в торгівлі, і в астрономії, фактично в будь-якій сфері життя. Дуже велика точність вимірювань була потрібна при будівництві єгипетських пірамід.

Значення вимірів зростало з розвитком суспільства і, зокрема, з розвитком науки. А щоб вимірювати, необхідно було вигадати одиниці різних фізичних величин. Згадаймо, як написано у підручнику: "Виміряти якусь величину - це означає порівняти її з однорідною величиною, прийнятою за одиницю цієї величини".

Метою моєї роботи було з'ясувати: які існували та існують зараз одиниці довжини та маси, яке їхнє походження?

Вершок, лікоть та інші одиниці.

Виміряй все доступне виміру і роби не доступне виміру доступним”.Г.Галілей

Найдавнішими одиницями були суб'єктивні одиниці. Так, наприклад, моряки вимірювали шлях трубками, тобто відстанню, яка проходить судно за час, поки моряк викурить трубку. В Іспанії схожою одиницею була сигара, в Японії - кінський черевик, тобто шлях, який проходив кінь, поки не зноситься прив'язана до її копит солом'яна підошва, яка заміняла підкову.

У програмі Олімпійських ігор Стародавньої Еллади був біг на стадію. Встановлено, що грецька стадія (або стадій) це довжина стадіону в Олімпії – 192,27 м. Стадій дорівнює відстані, яку людина проходить спокійним кроком за час від появи першого променя сонця, при його сході, до моменту, коли диск сонця цілком виявиться над горизонтом. Це часприблизно дорівнює двом хвилинам.

Стадій як одиниця виміру відстаней був і у римлян (185 см), і у вавилонян (близько 195 см), і у єгиптян (195 см).

У Сибіру у давнину вживалася міра відстаней – бука. Це відстань, де людина перестає бачити роздільно роги бика.

У багатьох народів визначення відстані використовувалася одиниця довжини стріла – дальність польоту стріли. Наші висловлювання "не підпускати на рушничний постріл", пізніше "на гарматний постріл" - нагадують про подібні одиниці довжини.

Стародавні римляни відстані вимірювали кроками чи подвійними кроками (крок лівою ногою, крок правою). Тисяча подвійних кроків складала милю (лат. "Мілле" - тисяча).

Довжину мотузки чи тканини незручно вимірювати кроками чи стадіями. Для цього виявилися придатними одиниці, що зустрічаються у багатьох народів, ототожнювані з назвами частин людського тіла. Лікоть – відстань від кінця пальців до ліктьового суглоба.

Мірою довжини для тканин, мотузок тощо. намотуваних матеріалів у багатьох народів був подвійний лікоть. Цим заходом ми і зараз користуємось для приблизної оцінки довжини.

На Русі довгий час як одиниця довжини використовували аршин (приблизно 71 см). Цей захід виник при торгівлі зі східними країнами (перс, “арш” – лікоть). Численні висловлювання: "Наче аршин проковтнув", "Мірити на свій аршин" та інші - свідчать про її поширення.

Для вимірювання менших довжин застосовували п'ядь – відстань між кінцями розставлених великого та вказівного пальців.

П'ядь або, як її ще називали, чверть (18 см) становила 1/4 аршина, а 1/16 аршина дорівнював вершок (4,4 см).

Дуже поширеною одиницею довжини була сажень. Вперше згадка про неї зустрічається у XIв. З 1554 сажень встановлюють рівною 3 аршин (2,13 м) і вона отримує назву царської (або орленої, друкованої) на відміну від довільних - махової і косою. Махова сажень – розмах рук – дорівнює приблизно 2,5 аршин. Рибалка, який показує, яку велику рибу він упустив, демонструє нам махову.

Коса сажень - відстань від кінця витягнутої вгору правої руки до носка лівої ноги, вона приблизно дорівнює 3,25 аршин.

Згадаймо, як у казках про велетнів: "Коса сажень у плечах". Напрочуд збіг давньоримської міри довжини - "архітектурної тростини" та давньоукраїнського косого сажня: 248 см. Мається на увазі сажень "з ноги на руку коса, від землі і до землі". Цю сажень визначали довжиною мотузки, один кінець якої притискався ногою до землі, а інший перекидався через зігнуту в лікті руку людини, що стоїть, і опускався знову до землі.

При додаванні згаданої вище косої сажні вчетверо отримуємо "литовський лікоть" (62 см).

У країнах Західної Європи здавна застосовували як одиниці дюйм (2,54 см) – довжину суглоба великого пальця (від голл. “дюйм” – великий палець) та фут (30 см) – середня довжина ступні людини (від англ. “фут”) - Ступня).

Лікоть, вершок, п'ядь, сажень, дюйм, фут і т. д. дуже зручні при вимірах, оскільки вони завжди під руками. Але одиниці довжини, що відповідають частинам людського тіла, мають великий недолік: у різних людей пальці, ступні і т. д. мають різну довжину. Щоб позбутися свавілля, у XIV ст. суб'єктивні одиниці починають замінювати набором об'єктивних одиниць. Так, наприклад, в 1324 в Англії був встановлений законний дюйм, рівний довжині трьох приставлених один до одного ячмінних зерен, витягнутих із середньої частини колоса. Фут визначили як середню довжину ступнішістнадцяти чоловік, що виходять із церкви, тобто обміром випадкових людей прагнули отримати більш постійне значення одиниці – середню довжину ступні.

Яку величину ми визначаємо, зважуючи тіло на важелях?

Який народ і коли винайшов важелі ваги – невідомо. Можливо, що це було зроблено багатьма народами незалежно один від одного, а простота використання спричинила їх широке поширення.

При зважуванні на важелях на одну чашку кладуть тіло, що зважується, на іншу - гирі. Гірі підбирають так, щоб встановити рівновагу. При цьому врівноважуються маси тіла, що зважується, і гир. Якщо врівноважені ваги перенести, наприклад, на Місяць, де вага тіла менша, ніж на Землі, в 6 разів, рівновага не порушиться, оскільки вага і тіла, і гир на Місяці зменшився в однакове число разів, а маса залишилася незмінною.

Отже, зважуючи тіло на важелях, ми визначаємо його масу, а не вагу.

Одиниці маси, як і одиниці довжини, спочатку встановлювалися за природними зразками. Найчастіше за масою якогось насіння. Так, наприклад, масу дорогоцінного каміння визначали і досі визначають у каратах (0,2 г) – це маса насіння одного з видів бобів.

Пізніше за одиницю маси почали приймати масу води, що наповнює посудину певної місткості. Наприклад, у Стародавньому Вавилоні за одиницю маси приймали талант - масу води, що наповнює таку посудину, з якої вода рівномірно витікає через отвір певного розміру протягом однієї години.

По масі зерен чи води виготовляли металеві гирі різної маси. Ними користувалися під час зважування.

Гірі, які служили еталоном (зразком), зберігалися у храмах чи урядових установах.

На Русі найдавнішоюодиницею маси була гривня (409,5 м). Існує припущення, що цю одиницю ввезено до нас зі Сходу. Згодом вона одержала назву фунта. Для визначення великих мас використовувався пуд (16,38 кг), а малих золотник (12,8 г).

У 1791 р. мови у Франції було прийнято рішення створити десяткову метричну систему заходів. Основними величинами у цій системі були обрані довжина та маса.

Комісія, до якої входили найбільші французькі вчені, запропонувала прийняти за одиницю довжини 1/40000000 частину довжини земного меридіана, що проходить через Париж. Виміряти довжину меридіана було доручено астрономам Мешену і Деламберу. Робота тривала шість років. Вчені виміряли частину довжини меридіана, розташовану між містами Дюнкерком та Барселоною, а потім вирахували повну довжину чверті меридіана від полюса до екватора.

На підставі їх даних із платини було виготовлено еталон нової одиниці.Цю одиницю назвали метром – від грецького слова “метрон”, що означає “захід”.

За одиницю маси було прийнято масу одного кубічного дециметра дистильованої води при температурі її найбільшої щільності 4°С, яка визначається зважуванням у вакуумі. Було виготовлено еталон цієї одиниці, названої кілограмом, у вигляді платинового циліндра

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 йшлося й у тому, що “досягнення науки призвели до необхідності відмовитися від попереднього визначення метра як 1/40000000 частки чверті довжини паризького меридіана, оскільки пізніші точні вимірювання меридіана давали інші результати”. Крім того, стало відомо, що довжинамеридіана згодом змінюється. Але оскільки немислимо було після кожного виміру меридіана змінювати 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 та стійкі копії для різних країн, зробивши цим метричну систему заходів міжнародної.

Коли ж було запроваджено метричну систему заходів у нашій країні? Передові українські вчені, які багато зробили для того, щоб метрична система заходів стала міжнародною, не змогли подолати опору царського уряду запровадження метричної системи заходів у нашій країні. Вдалося домогтися лише те, що у 1899 р. було прийнято закон, підготовлений Д. І. Менделєєвим, яким нарівні з українськими заходами “дозволялося застосовувати в Україні міжнародний метр і кілограм”, і навіть кратні їм одиниці – грам, сантиметр та інших.

За підрахунком академіка Б. С. Якобі (прихильника перетворення метричної системи на міжнародну), від заміни колишньої системи заходів на метричне викладання арифметики в школі виграло третю частину часу, що відводився на цей предмет. Відповідно значно спростилися розрахунки у промисловості та торгівлі.

Висновок:таку довгу історію пройшли довжина і маса, поки не стали вимірюватися в метрах та кілограмах відповідно.

Що маємо зараз:

Одиниці СІ

Розмірності основних величин у СІ

Базові одиниці СІ

Фізичні величини	Одиниця СІ	Символ
Довжина	метр	м
Маса	кілограм	кг
Час	секунди	з
Сила струму	ампер	А
Температура	кельвін	К
Кількість речовини	моль	моль
Сила світла	кандела	кд

Визначення базових одиниць

1. Метрдорівнює відстані, яку проходить плоска електромагнітна хвиля у вакуумі за 1/299792458 частку секунди.
2. Кілограмдорівнює масі міжнародного прототипу кілограма.
3. Секундадорівнює 9192631770 періодів випромінювання, відповідного переходу між двома надтонкими рівнями основного стану атома цезію 133 Cs.
4. Ампердорівнює силі постійного струму, який при проходженні двома паралельним прямолінійним провідникам нескінченної довжини і мізерно малої площі кругового поперечного перерізу, розташованим у вакуумі на відстані 1 м один від одного, викликав би на кожній ділянці провідника довжиною 1 м силу взаємодії, що дорівнює 2 · 10 -7 Н.
5. Кельвіндорівнює 1/273,16 частини термодинамічної температури потрійної точки води.
6. Мільдорівнює кількості речовини системи, що містить стільки ж структурних елементів, скільки міститься атомів у вуглеці 12 C масою 0,012 кг.
7. Канделадорівнює силі світла в заданому напрямку від джерела, що випускає монохроматичне випромінювання частотою 540 10 12 Гц, енергетична сила світла якого в цьому напрямку становить 1/683 Вт/пор.

1. С.А.Шабалін.Вимірювання для всіх.
2. Енциклопедія Кирила та Мефодія.
3. А.Г.Чертов.Фізичні величини.
4. І.Г.Киріллова.Книга для читання з фізики.

---