Системы измерений

Русская народная пословица гласит: «Без меры и лаптя не сплетешь».
Люди давно столкнулись с необходимостью измерять длину тел, их вес и объем. Для этого требовалось создать системы измерений.
Для измерения длины применялись параметры разных частей человеческого тела. Так появились фут (ступня), пядь (длина ладони), локоть (расстояние от кончиков пальцев до локтя). А распространенный в англоязычных странах ярд получили, по одной из версий, измерив у одного английского короля расстояние от кончика носа до среднего пальца вытянутой руки.
С развитием связей между различными городами и странами стали возникать различные единицы измерения расстояния. Поскольку в то время не требовалась большая точность, расстояние измерялось во времени, за которое его может преодолеть пеший или конный человек, а также караван с товаром. Были и совсем курьезные, на современный взгляд, меры, например, на какое расстояние слышен лай собаки или количество выкуренных за время передвижения трубок.
В Вавилоне существовала такая мера длины как стадий. Он равнялся расстоянию, которое проходит человек спокойным шагом за время восхода солнца. Это равнялось примерно 185–195 метрам. Там же, в Вавилоне, была принята 60?ричная система счета. В частности, вавилоняне разделили расстояние, которое проходит Солнце по небосводу за день, на 180 частей, поскольку диск Солнца помещается в нем ровно 180 раз. Именно отсюда ведет свое начало деление окружности на 360 градусов.
Единицей площади в Древнем Риме был югер – участок, который могла вспахать за день пара волов.
Меры веса охватывали диапазон от аптечного грана (62,2–64,8 миллиграмма) до тонны (от лат. «бочка») – от 907 до 1016 кг. Одной из наиболее распространенных мер веса стал фунт. Его величина в различных странах колебалась от 317,62 грамма до 516 граммов.
В Киевской Руси существовала не только стройная система мер, но и государственный контроль за правильным их соблюдением. Самыми древними мерами длины на Руси были локоть и сажень. Существовали прямая и косая сажень. Прямая определялась размахом рук человека между кончиками пальцев и равнялась либо 152, либо 176 см. Косая определялась расстоянием от пальцев ноги до конца пальцев разноименной руки. В XVII в. в употребление вошел аршин – треть сажени, в свою очередь состоявший из 16 вершков. В 1835 г. размер сажени был определен в 7 футов, или 84 дюйма, что равнялось 213,36 сантиметра.
Мерой сыпучих тел на Руси была кадь, представлявшая собой большую бочку, в которой помещалось 14 пудов ржи. Ее четвертая часть называлась четверть. Та, в свою очередь, состояла из 64 гарнцев, а гарнец равнялся примерно 3–5 литрам. Мерами жидкости были ведро и бочка (40 ведер).
Мерами веса были гривна (409 граммов), пуд (16 килограммов), берковец (10 пудов), ласт (72 пуда).
В XVIII в. была окончательно установлена величина версты в 500 саженей, или 1066,8 метра. Мерой площади была десятина, равная десятой части версты.
В Западной Европе в качестве меры длины применялись дюйм (2,54 см), фут (12 дюймов, или 30, 48 см). Расстояние измеряли в милях. Существовало несколько разновидностей мили. Уставная сухопутная в США и Великобритании равнялась 1,609 км. Морская международная миля равнялась 1,852 км и делилась на 10 кабельтовых. Морская миля в Великобритании равнялась 1,8532 км. Русская миля равнялась 7 верстам, или 7,468 км. В Великобритании и США 3 мили равнялись 1 лиге. Сухопутная лига равнялась 4,828 км, морская – 5,556 км. Во Франции было распространено лье. Сухопутное лье равнялось 4,444 км, морское – 5,556 км.
В Европе и США существовало много различных мер массы и объема. Так, для измерения небольших масс применялась унция, равная 28,35 граммов. Единицей объема и вместимости служил галлон. 1 галлон жидкости в Великобритании равнялся 4,546 литра, в США – 3,783 литра. Кроме того, в США существовал галлон для сыпучих веществ, равный 4,405 литра. Галлон состоял из 4 кварт и 8 пинт. Кроме галлона единицей объема служил бушель, равный в Великобритании 36,37 литра, в США – 35,24 литра.
С развитием науки появлялась необходимость в измерении новых величин. После открытия Торричелли атмосферного давления в 40?х годах XVII в. начались работы по созданию прибора для его измерения. В середине XVII в. такой прибор был создан. Р. Бойль назвал его сначала бароскопом, затем барометром. Атмосферное давление в нем измеряется в миллиметрах ртутного столба.
В конце XVI в. Галилео Галилей решил использовать для измерения температуры свойство жидкости подниматься в тонкой трубке при нагревании. Этот прибор он назвал термоскопом. Позже такие приборы получили название термометров. В XVII в. применяли спиртовые термометры.
В 1665 г. голландский физик Христиан Гюйгенс и англичанин Роберт Гук впервые предложили использовать в качестве точек отсчета температурной шкалы точки таяния льда и кипения воды.
В 1714 г. Фаренгейт изобрел ртутный термометр. Его шкала была разбита на 180 делений. Точка плавления льда соответствовала 32 градусам, а точка кипения воды – 212 градусам тепла. Шкала Фаренгейта до сих пор распространена в англоязычных странах.
В 1730 г. спиртовой термометр был сконструирован французом Реомюром. Он разбил отрезок от точки плавления льда до точки кипения воды на 80 делений. В 1741 г. астроном Упсальской обсерватории (Швеция) Андерс Цельсий изготовил для обсерватории термометр, оснастив его оригинальной шкалой. Ее нулевое деление соответствовало точке кипения воды, а сотое – точке таяния льда. После смерти Цельсия его преемник Мартин Штремер внес в изобретение Цельсия одно усовершенствование: он перевернул шкалу «вверх ногами». В XVIII в. эту шкалу называли термометром Штремера до тех пор, пока химик Берцеллиус в своем «Учебнике химии» ошибочно не назвал ее «цельсиевой». Эта ошибка и закрепилась с тех пор во всем мире.
В конце XVIII в. после Великой французской революции во Франции была создана метрическая система мер. Она была десятичной. В основу этой системы по предложению комиссии, состоящей из крупнейших французских ученых (Ж. Борда, Ж. Кондорсе, П. Лаплас, Г. Монж), был положен метр – десятимиллионная часть длины парижского меридиана. Такое решение было обусловлено стремлением положить в основу системы легко воспроизводимую «естественную» единицу длины, связанную с практически неизменным природным объектом.
Первоначально в метрическую систему кроме метра входили следующие единицы: площади – квадратный метр, объема – кубический метр и массы – килограмм (масса 1 куб. дециметра воды при 4 °C), вместимости – литр, то есть 1 куб. дециметр, площадь земельных участков – ар (100 кв. метров) и тонна (1000 килограммов).
Для образования наименований кратных и дольных единиц были приняты приставки кило, гекто, дека, деци, санти и милли.
Декрет о введении метрической системы мер во Франции был принят 7 апреля 1795 г. В 1799 г. был изготовлен и утвержден платиновый прототип метра.
В 1875 г. 17 стран, среди которых была и Россия, подписали метрическую конвенцию для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы.
Инициатором введения метрической системы в России был Д. И. Менделеев. В 1892 г. он возглавил Главную палату мер и весов. На этом посту он решал вопросы, связанные с системами мер, возникавшие в ходе развития промышленности и торговли. Под его руководством были восстановлены и переведены в метрическую меру прототипы российских аршина и фунта. В 1899 г. метрическая система мер была допущена к применению в России в необязательном порядке.
В качестве обязательной метрическая система была введена декретом Совнаркома РСФСР от 14 сентября 1918 г., а для СССР – постановлением Совнаркома СССР от 21 июля 1925 года.
На базе метрической системы единиц возник целый ряд частных систем единиц. Они применяются лишь в отдельных отраслях науки и техники.
В XX в. существовали разные системы единиц, основанные на метрической системе, например СГС (сантиметр, грамм, секунда). Они плохо увязывались друг с другом. Поэтому в 1960 г. на XI Генеральной конференции по мерам и весам была принята Международная система единиц SI (в русской транскрипции СИ). В ней 7 основных единиц: метр, килограмм, ампер, кельвин, кандела, моль, а также дополнительные единицы: плоского угла – радиан и телесного угла – стерадиан.
Создание систем единиц измерения помогло развитию торговли, науки и техники.