Сторінка
2

Наука вимірювання: становлення і сучасність

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.