Precizitāte nekad nav lieka. Tāpēc ir izveidota un visā pasaulē pastāv starptautisku mērījumu sistēma, kas izteikta visu cilvēkam zināmo mērījumu etalonos. Un mērvienību diapazonā izceļas tikai kilogramu etalons. Galu galā viņš ir vienīgais, kuram ir fizisks reālās dzīves prototips. Cik tas sver un kurā valstī tiek glabāts starptautiskais kilograma standarts, mēs atbildēsim šajā rakstā.
Kāpēc mums ir vajadzīgi standarti?
Kilograms, tāpat kā apelsīni, Āfrikā un Krievijā sver vienādi? Atbilde ir jā, gandrīz. Un tas viss, pateicoties starptautiskajai sistēmai kilogramu, metra, sekundes un citu fizisko parametru standartu noteikšanai. Mērījumu standarti ir nepieciešami, lai cilvēce nodrošinātu saimniecisko darbību (tirdzniecību) un celtniecību (rasējumu vienotība), rūpniecisko (sakausējumu vienotība) un kultūras (laika intervālu vienotība) un daudzas citas darbības jomas. Un ja iekšāJa jūsu iPhone tuvākajā nākotnē salūzīs, ļoti iespējams, ka tas noticis svarīgākā masas standarta svara izmaiņu dēļ.
Standartu vēsture
Katrai civilizācijai bija savi standarti un standarti, kas gadsimtu gaitā mainīja viens otru. Senajā Ēģiptē priekšmetu masu mērīja kantaros vai kikkaros. Senajā Grieķijā tie bija talanti un drahmas. Un Krievijā preču masu mērīja mārciņās vai spolēs. Tajā pašā laikā dažādu ekonomisko un politisko sistēmu cilvēki it kā vienojās, ka masas, garuma vai cita parametra vienība būs pielīdzināma vienai līguma vienībai. Interesanti, ka pat pūds senos laikos dažādu valstu tirgotāju vidū varēja atšķirties par trešdaļu.
Fizika un standarti
Vienošanās, bieži vien verbāla un nosacīta, darbojās, līdz cilvēks nopietni pievērsās zinātnei un inženierzinātnēm. Izprotot fizikas un ķīmijas likumus, rūpniecības attīstību, tvaika katla izveidi un starptautiskās tirdzniecības attīstību, radās nepieciešamība pēc precīzākiem vienotiem standartiem. Sagatavošanās darbs bija ilgs un rūpīgs. Fiziķi, matemātiķi, ķīmiķi visā pasaulē strādāja, lai atrastu universālu standartu. Un vispirms - kilograma starptautiskais etalons, jo tieši no svara mēra tiek atvairīti citi fizikālie parametri (ampērs, volts, vats).
Metriskā konvencija
Nozīmīgs notikums notika Parīzes pievārtē 1875. gadā. Tad pirmo reizi 17 valstis (ieskaitot Krieviju) parakstīja metrikukonvencija. Šis ir starptautisks līgums, kas nodrošina standartu vienotību. Šobrīd tai ir pievienojušās 55 valstis kā pilntiesīgas dalībvalstis un 41 valsts kā asociētās dalībvalstis. Vienlaikus tika izveidots Starptautiskais svaru un mēru birojs un Starptautiskā svaru un mēru komiteja, kuras galvenais uzdevums ir uzraudzīt standartizācijas vienotību visā pasaulē.
Pirmās metrikas konvencijas standarti
Mērītāja etalons bija lineāls, kas izgatavots no platīna un irīdija sakausējuma (9 pret 1), kura garums bija viena četrdesmit miljonā daļa no Parīzes meridiāna. Tā paša sakausējuma kilogramu standarts atbilda viena litra (kubikdecimetra) ūdens masai 4 grādu pēc Celsija temperatūrā (lielākais blīvums) standarta spiedienā virs jūras līmeņa. Standarta sekunde bija 1/86400 no vidējās saules dienas. Visas 17 valstis, kas piedalījās konvencijā, saņēma standarta kopiju.
Z vieta
Prototipi un standarta oriģināls šodien tiek glabāti Svaru un mēru kamerā Sevrā netālu no Parīzes. Tieši Parīzes pievārtē ir vieta, kur ir kilograms, metrs, kandela (gaismas intensitāte), ampērs (strāvas intensitāte), kelvins (temperatūra) un mols (kā vielas vienība, nav fiziska standarta). glabājas. Svaru un mēru sistēmu, kas balstās uz šiem sešiem standartiem, sauc par Starptautisko mērvienību sistēmu (SI). Taču ar to standartu vēsture nebeidzās, tā tikai sākās.
SI
Mūsu izmantotā standarta sistēma - SI (SI) no franču Systeme International d'Unites - ietver septiņas bāzes vienības. Tas ir metrs (garums),kilograms (masa), ampērs (strāva), kandela (gaismas intensitāte), kelvins (temperatūra), mols (vielas daudzums). Visi pārējie fizikālie lielumi tiek iegūti ar dažādiem matemātiskiem aprēķiniem, izmantojot pamatlielumus. Piemēram, spēka mērvienība ir kg x m/s2. Visas pasaules valstis, izņemot ASV, Nigēriju un Mjanmu, mērījumiem izmanto SI sistēmu, kas nozīmē nezināma daudzuma salīdzināšanu ar standartu. Un standarts ir līdzvērtīgs fiziskai vērtībai, par kuru visi piekrīt, ka tā ir absolūti precīza.
Cik ir atsauces kilograms?
Šķiet, ka tas ir kaut kas vienkāršāks - 1 kilograma standarts ir 1 litra ūdens svars. Bet patiesībā tā nav gluži taisnība. Ko ņemt par kilogramu etalonu no aptuveni 80 prototipiem, ir diezgan sarežģīts jautājums. Bet nejauši tika izvēlēts optimālais sakausējuma sastāva variants, kas kalpoja vairāk nekā 100 gadus. Kilograma masas etalons ir izgatavots no platīna (90%) un irīdija (10%) sakausējuma, un tas ir cilindrs, kura diametrs ir vienāds ar augstumu un ir 39,17 milimetri. Tika izgatavotas arī tās precīzas kopijas, 80 gab. Kilogramu standarta kopijas atrodas valstīs, kuras piedalās konvencijā. Galvenais standarts tiek glabāts Parīzes priekšpilsētā un ir pārklāts ar trim noslēgtām kapsulām. Lai kur atrastos kilogramu etalons, saskaņošana ar svarīgāko starptautisko standartu tiek veikta ik pēc desmit gadiem.
Svarīgākais standarts
Starptautiskais kilograma etalons tika izliets 1889. gadā un tiek glabāts Sevrā, Francijā, Starptautiskā svaru un mēru biroja seifā.trīs aizzīmogoti stikla vāciņi. Šī seifa atslēgas ir tikai trim augsta ranga biroja pārstāvjiem. Kopā ar galveno standartu seifā ir arī seši tā dubultnieki jeb pēcteči. Katru gadu galvenais svara mērs, kas tiek ņemts par kilograma etalonu, tiek svinīgi izņemts pārbaudei. Un ar katru gadu viņš kļūst plānāks un plānāks. Šī svara zuduma iemesls ir atomu atdalīšanās, noņemot paraugu.
Krievu versija
Standarta kopija ir arī Krievijā. Tas tiek glabāts Viskrievijas metroloģijas pētniecības institūtā. Mendeļejevs Sanktpēterburgā. Tie ir divi platīna-irīdija prototipi - Nr.12 un Nr.26. Tie atrodas uz kvarca statīva, pārklāti ar diviem stikla vāciņiem un noslēgti metāla seifā. Gaisa temperatūra kapsulu iekšpusē ir 20 °C, mitrums 65%. Iekšzemes prototips sver 1 000000087 kilogramus.
Kilogramu standarts zaudē svaru
Standarta saskaņošana parādīja, ka valsts standartu precizitāte ir aptuveni 2 µg. Tie visi tiek glabāti līdzīgos apstākļos, un aprēķini liecina, ka kilogramu etalons simts gados zaudē 3 x 10−8svaru. Bet pēc definīcijas starptautiskā standarta masa atbilst 1 kilogramam, un jebkuras izmaiņas standarta faktiskajā masā noved pie paša kilograma vērtības izmaiņām. 2007. gadā izrādījās, ka kilogramu smagais cilindrs sāka svērt par 50 mikrogramiem mazāk. Un viņa svara zudums turpinās.
Jaunas tehnoloģijas un jauns svara mērīšanas standarts
Lai novērstukļūdas, tiek meklēta jauna kilogramu etalona struktūra. Ir izstrādāti uzlabojumi, lai noteiktu noteikta daudzuma silīcija-28 izotopu standartu. Ir projekts "Elektroniskais kilograms". Nacionālais standartu un tehnoloģiju institūts (2005, ASV) izstrādāja ierīci, kuras pamatā ir jaudas mērīšana, kas nepieciešama, lai izveidotu elektromagnētisko lauku, kas spēj pacelt 1 kg masas. Šāda mērījuma precizitāte ir 99,999995%. Notiek masas definīcijas attīstība attiecībā pret neitrona pārējo masu. Visi šie uzlabojumi un tehnoloģijas ļaus izvairīties no piesaistes fiziskajam masas standartam, sasniegt augstāku precizitāti un iespēju samierināties jebkurā pasaules vietā.
Citi daudzsološi projekti
Un, kamēr pasaules zinātnes spīdekļi nosaka, kurš problēmas risināšanas veids ir uzticamāks, visdaudzsološākais ir projekts, kurā masa laika gaitā nemainīsies. Šāds standarts būtu oglekļa-12 izotopu atomu kubiskais korpuss, kura augstums ir 8,11 centimetri. Šādā kubā būs 2250 x 281489633 oglekļa-12 atomi. Pētnieki no ASV Nacionālā standartu un tehnoloģiju institūta ierosina noteikt kilogramu standartu, izmantojot Planka konstanti un formulu E=mc^2.
Mūsdienu metrikas sistēma
Mūsdienu standarti nepavisam nav tādi, kādi tie bija agrāk. Metrs, kas sākotnēji bija saistīts ar planētas apkārtmēru, šodien atbilst attālumam, ko gaismas stars veic vienā sekundes 299792458.daļā. Bet sekunde ir laiks, kurā paiet 9192631770cēzija atoma vibrācijas. Kvantu precizitātes priekšrocības šajā gadījumā ir acīmredzamas, jo tās var reproducēt jebkur uz planētas. Rezultātā vienīgais fiziski pastāvošais standarts paliek kilogramu standarts.
Cik maksā standarta?
Pastāvot vairāk nekā 100 gadus, standarts jau ir daudz vērts kā unikāls un artefakts priekšmets. Bet kopumā, lai noteiktu cenas ekvivalentu, ir jāaprēķina atomu skaits kilogramā tīra zelta. Skaitlis tiks iegūts no aptuveni 25 cipariem, un tas ir, neņemot vērā šī artefakta ideoloģisko vērtību. Taču runāt par kilogramu etalona pārdošanu ir pāragri, jo pasaules sabiedrība vēl nav atbrīvojusies no vienīgā atlikušā starptautiskās mērvienību sistēmas fiziskā standarta.
Brīnos par mērījumiem
Visās planētas laika zonās laiks tiek noteikts attiecībā pret UTC (piemēram, UTC+4:00). Jāatzīmē, ka saīsinājumam vispār nav dekodēšanas; to 1970. gadā pieņēma Starptautiskā telekomunikāciju savienība. Tika ierosinātas divas iespējas: angļu CUT (koordinētais universālais laiks) un franču TUC (Temps Universel Coordonné). Mēs izvēlējāmies vidēji neitrālu saīsinājumu.
Jūrā tiek izmantots mezgla mērījums. Kuģa ātruma mērīšanai tika izmantots speciāls baļķis ar mezgliem vienā attālumā, kas tika izmests pāri bortam un skaitīja mezglu skaitu noteiktā laika periodā. Mūsdienu ierīces ir daudz modernākas nekā virve ar mezgliem, taču nosaukums paliek.
Vārda skrupulozitāte, nozīmekuru ārkārtējā precizitāte un precizitāte valodās cēlusies no sengrieķu svara standarta nosaukuma – skrupula. Tas bija vienāds ar 1,14 gramiem un tika izmantots sudraba monētu svēršanai.
Naudas vienību nosaukumi arī bieži cēlušies no svara mēru nosaukumiem. Tātad Lielbritānijā sudraba monētas sauca par sterliņu mārciņām, un 240 no šīm monētām svēra vienu mārciņu. Senajā Krievijā lietoja “sudraba grivnas” vai “zelta grivnas”, kas nozīmēja noteiktu monētu skaitu, kas izteiktas svara ekvivalentā.
Dīvainajam automašīnas zirgspēku mērījumam ir ļoti reāla izcelsme. Tvaika dzinēja izgudrotājs Džeimss Vaits nolēma šādā veidā demonstrēt sava izgudrojuma priekšrocības salīdzinājumā ar vilces transportu. Viņš aprēķināja, cik daudz zirgs var pacelt slodzi minūtē, un apzīmēja šo daudzumu kā vienu zirgspēku.
