Історія введення фізичних величин та одиниць їх вимірювання у життєву практику

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ІНДЗ на тему

«Історія введення фізичних величин та одиниць їх вимірювання у життєву практику»

Підготувала

Студентка 41 групи

Фізичного факультету

Дорошкевич Діана

Людина давно визнала необхідність вимірювати різні величини, причому виміряти як можна точніше. Основою точних вимірювань являються зручні, чітко визначені одиниці величин і еталони цих одиниць. В свою чергу, точність еталонів відображає рівень розвитку науки, техніки, говорить про науково-технічний потенціал країни.

В історії розвитку одиниць величин можна виділити кілька періодів.

Самим давнім являється період, коли одиниці довжини ототожнювалися з назвами частин людського тіла. Так, в якості одиниць довжини брали лікоть (довжина ліктя), фут (довжина ступні), дюйм (ширина великого пальця) та ін. В якості одиниць площі в цей період виступали: криниця (площа, яку можна полити із однієї криниці), плуг (середня площа, оброблена за день плугом) та ін.

В ХІV-ХVІ ст. появляються в зв'язку з розвитком торгівлі так звані об'єктивні одиниці вимірювання величин. В Англії, наприклад, дюйм (довжина трьох сухих зернин ячменю), фут (ширина 64 зернин ячменю, поставлених один до одного). В якості одиниць маси були введені гран (маса зерна) і карат (маса боба).

Наступний період в розвитку одиниць величин - введення одиниць, взаємозв'язаних один з одним. В Росії, наприклад, такими були одиниці довжини миля, верста, сажень, аршин; З аршина становили сажень, 500 сажнів - версту, 7 верст - мимо.

Однак зв'язки між одиницями величин були різними у різних країнах, таке різноманіття одиниць величин гальмувало розвиток промисловості, заважало науковому прогресу і розвитку торгівельних зв'язків.

Нова система одиниць, яка як наслідок з'явилася основою для міжнародної системи, була створена у Франції в кінці ХVІІІ ст. В якості основної одиниці довжини в цій системі приймався МЕТР - одна сорокамільйонна частина довжини земного меридіана.

Крім метра, були створені ще такі одиниці: АР - площа квадрата зі стороною 10 м; ЛІТР - об'єм рідини рівний об'єму куба з довжиною ребра 0,1 м; ГРАМ - маса чистої води, яка займала об'єм куба з довжиною ребра 0,01 м.

Одиниця маси КІЛОГРАМ була визначена як маса 10 води при температурі 40С.

Так як всі одиниці величини виявились тісно зв'язаними з одиницею довжини метром, то нова система величин одержала назву МЕТРИЧНОЇ СИСТЕМИ МІР.

У відповідності з прийнятими визначеннями були виготовлені платинові еталони метра і кілограма: метр представляла лінійка з нанесеними на її кінцях поділками, а кілограм - циліндрична гиря. Ці еталони передали на зберігання національному архіву Франції, в зв'язку з чим вони отримала назви „архівний метр” і „архівний кілограм”.

Проте, створена в ХVІІІ ст., метрична система мір відповідала розвитку науки і вимірювальності техніки того часу і, звичайно, не могла бути стабільною. З метою закріплення співробітництва по удосконаленню системи одиниць величин в 1921 р. було створено Міжнародне бюро мір і маси.

Бурхливий розвиток науки в промисловості в ХХ ст. призвів до того, що виникло багато різноманітних систем одиниць, доповнюючи і розвиваючих метричну систему мір. Зі всією гостротою встала проблема створення єдиної універсальної системи одиниць величин. Вона завершилася прийняттям в 1960 р. рішення про введення Міжнародної системи одиниць (СІ).

Міжнародна система одиниць - це єдина універсальна практична система одиниць для всіх галузей науки, техніки, народного господарства і викладання. Так як необхідність в такій системі одиниць була велика, то за короткий час вона одержала широке міжнародне визнання і розповсюдження по цілому світі.

Одиниці довжини

Аршин - старовинна одиниця довжини. Прийшов аршин на Русь 500 років тому разом з купцями з далеких східних країн.

Купці привозили не бачені до того тканини. найтонший китайський шовк. Виготовлену із справжніх золотих і срібних ниток важку індійську парчу. Оксамит і тафту заткану квітами і драконами - з Персії. Вони привозили в своїх тюках неоціненні витвори мистецтва, виготовлені руками народних умільців. Нині ці тканини і пошитий з них царський одяг зберігаються в музеях. Вони й зараз вражають своєю пишнотою не менше, ніж 500 років тому.

Але 500 років тому купці ними торгували, і їх доводилося відміряти. Як же це робилося? В наших крамницях користуються дерев'яними метрами.

Купці обходилися без метрів: тканину натягували на власну руку, до плеча. Це й називали міряти аршинами.

Міра хоча й була дуже зручною - адже руки у всіх при собі - однак мала істотну ваду: на жаль, руки у всіх різні. В одних вони довші, в інших - коротші. Хитрі купці швидко зметикували, що потрібно шукати прикажчиків з короткими руками - той самий сувій, а аршинів більше.

Та якось цьому прийшов кінець. Продавати „на свій аршин” влада суворо заборонила. Користуватися дозволялося тільки „казенним аршином”.

Найголовніший казенний аршин - лінійку, завдовжки з чиюсь руку, виготовили в Москві. Потім з нього зробили точні копії і розіслали в усі кінці Росії. Щоб дерев'яний аршин не можна було вкоротити, його кінці обковували залізом і позначали казенною печаткою.

Давно вже люди перейшли на метричну систему мір. Десятки років ніхто не міряє аршинами, але слово це не забули, і до цього часу про надзвичайно проникливу людину кажуть: „Бачить на три аршини під землю”. Про людину, яка судить про все тільки по собі, - „міряє на свій аршин”.

Аршин дорівнює 71 сантиметрову 1,2 міліметра.

Аршин дорівнює 16 вершкам.

Аршин дорівнює 28 дюймам.

Дюйм - міра довжини, якою користуються в багатьох країнах уже протягом кількох віків. Це - невелика довжина.

Походить дюйм від ширини великого пальця. І саме слово по-голландськи означає „великий палець”. В Англії його розмір визначали тонкіше. Закон, виданий 700 років тому встановив, що дюйм - це довжина трьох сухих зернин ячменю, вийнятих із середньої частини колоска.

В Англії, Америці і деяких інших країнах дюйм - основна міра жовтини в техніці. До введення метричної системи мір так було і в нашій країні. Та й нині дюйм залишився в деяких галузях техніки. Поглянь на велосипедні шини. На них є числа 533 х 37 (24 х 1 Ѕ) або 622 х 32 (27 х 1 ј). Що вони позначають? Розмір шин. Перші два числа - діаметр і ширину в міліметрах, а два другі - ті ж розміри в дюймах. Два штрихи біля чисел - це скорочене позначення дюйма, прийняте в усьому світі. Так само вимірюються і шини автомобілів. У „Запорожця”, наприклад, шина 5,2-13, в автобуса - 11,0-20, а у величезних самоскидів БелАЗів - 18,0-32. Перше число - це ширина шини, а друге - її внутрішній діаметр, і те й друге - в дюймах.

Дюйм дорівнює 2 сантиметри 5,4 міліметра.

Дюйм дорівнює 1/12 фута.

Метр - найголовніша одиниця вимірювання. Родоначальник великої родини одиниць, яка носить. Метр з'явився на світ наприкінці ХVІІІ століття у Франції.

Саме французькі вчені запропонували взяти за основі розміри земної кулі. Нову одиницю вони визначили як одну десятимільйонну частину чверті довжини меридіана, тобто одну десятимільйонну частину відрізку меридіана від полюса до екватора. І назвали її метр - від грецького слова „метрон” - „міра”.

Нову одиницю визначили, вона одержала ім'я. Залишилося невідомим найголовніше - її розмір. Щоб установити точну довжину метра треба було знати точну довжину меридіана. А в ті часи вони була відома тільки приблизно. Почалися багаторічні роботи. Найточнішими методами виміряли довжину меридіана. Найкращі математики зробили складні розрахунки. Нарешті розмір нової одиниці був вирахуваний. І найкращий майстер Франції зробив за цими розрахунками „архівний метр” - лінійку з платини. Довжина лінійки - відстань між її кінцями - точно дорівнювала одній десятимільйонній частини меридіана.

Нова одиниця народилася! Разом з нею з'явилися на світ численні родичі - літр, кілограм, гектар. Міри, засновані на незмінному зразку, взятому з природи. Створені „на всі часи, для всіх народів”.

Це був великий успіх. Проте швидко настало розчарування. З'ясувалося, що довжина меридіана була визначена не досить точно. І його десятимільйонна частина насправді довша, ніж архівний метр, що зберігався в архівах республіки. Більше того, стало цілком ясно, що в подальшому ця величина буде ще багато разів уточнюватися, отже доведеться багато разів уточнювати і довжину метра. Від міри, взятої з природи, довелося відмовитися. Одиницею довжини залишилась відстань між кінцями архівного метра.

Метр і основані на ньому метричні міри народилися в 1799 році. Проте остаточно встановлені і прийняті як міжнародні вони були тільки через 90 років.

На той час було виготовлено 34 зразки метра і 43 зразки кілограма. Зробити їх було не так-то просто. Роботи тривали понад десяти років. Довго вибирали матеріал - шукали надійний, стійкий. Довго розраховували форму і поперечні розміри - потрібна була найбільша міцність за найменшої ваги. Найкращим матеріалом визнали сплав платини з іридієм. Найкращою формою для зразка метра - стрижень з поперечним перерізом у вигляді літери „Х”.

У 1889 році виготовлені зразки були затверджені як еталони найточніших мір кілограма і метра. Один з них став міжнародним еталоном і зберігався в Міжнародному бюро мір і ваги в Севрі, поблизу Парижа. Інші перейшли у власність різних країн.

У 1960 році метр визначили через строго постійну величину, що залишається незмінною в будь-яких умовах - довжину світлових хвиль.

Сажень - міра довжини. Існувала вона ще в Стародавній Греції. Як сажень ця міра відома близько 900 років. Її розмір пов'язаний з людиною: сажень - це розмах рук.

Англійський сажень, на відміну від російського, вміщує на 7, а 6 футів. На американських і англійських картах, у таких одиницях вказані глибини морів і океанів.

Сажень дорівнює 213 сантиметрам 3,6 міліметра.

Сажень дорівнює 3 аршинам.

Сажень дорівнює 7 футам.

Фут - міра довжини, якою користуються вже тисячі років. Походить вона від англійського слова foot - „ступня”, тобто фут - це довжина ступні людини.

У різних країнах існують різні фути - від 28 до 33 сантиметрів, але най головніший фут - англійський, що дорівнює 30,48 сантиметра. Такої самої величини був і російський фут, котрий існував до переходу нашої країни на метричну систему мір.

одиниця величина еталон вага

Одиниці маси

Грам - одиниця маси у метричній системі мір.

Зустрічаємося ми з грамом щодня.

У крамниці, коли купуємо 200 грамів масла або 100 грамів цукерок.

Навіть кожна мідна монета важить стільки грамів, який її номінал (позначення вартості на монетах). 5 копійок - 5 грамів, 2 копійки - 2 грами і т.д. Щоразу, коли ми тримаємо мідну монету, ми маємо справу з грамами.

Грам дорівнює 1/1000 кілограма.

Гран - дуже маленька одиниця маси. Майже в 20 разів менша, ніж грам.

Слово „гран” означає „зерно”. Від маси зерна і походить його величина.

Користуються цією одиницею, коли потрібна велика точність.

В Англії, Америці та інших країнах, де прийнята англійська система мір, у гранах зважують ліки і коштовні метали. В цих країнах гран дорівнює 65 міліграмам.

Існує й інший гран, що дорівнює 50 міліграмам. Ним користуються в усьому світі, коли зважують коштовний дарунок моря - перли.

Золотник - російська одиниця маси. Відома вона на Русі з давніх часів. Сама назва свідчить про її зв'язок з золотом. Справді, походить ця одиниця від золотої візантійської монети, що важила близько чотирьох грамів.

Золотник складав 1/96 частину фунта і, в свою чергу, поділявся на 96 дрібніших одиниць-долей.

Золотниками і долями вимірювалася маса золотих виробів і таких привезених здалеку товарів, як чай і перець. Недаремно існувало в російській мові прислів'я „Мал золотник, до дорог”.

Такими самими одиницями визначали і вміст золота абр срібла в металах - їхню пробу. На кожному виробі з цих металів - ложці, чарці або каблучці - стоїть клеймо.

Число 84 на срібні ложці показує, що кожен фунт сплаву, з якого вона виготовлена, містить 84 золотники чистого срібла. А число 566 на золотій каблучці - що у фунті сплаву міститься 56 золотників чистого золота.

Речі з двозначними числами - старовинні. На нових речах, виготовлених після переходу на метричну систему мір, числа тризначні. Вони показують, скільки грамів чистого золота або срібла міститься в кілограмі сплаву.

Золотник дорівнює 4 грама 266 міліграмам.

Кілограм - головна одиниця маси. Народився він наприкінці ХVІІІ століття у Франції, водночас із метром. Проте їх не можна братати. Швидше, метр - батько кілограма. Бо найголовніша одиниця метричної системи - метр, міра довжини. А всі інші - гектар, літр, кілограм - молодші члени родини.

А як же пов'язаний з метром кілограм? Складно. Крім батька - метра, у нього була ще й мати - вода. Кілограм - це вага одного кубічного дециметра дуже чистої води.

Але як зберегти таку міру? Вода може забруднитися, випаритися або розплескатися. І вага стане більша або менша попередньої. Тому найкращий майстер Франції зробив гирю, яка за масою точно дорівнювала кілограмові. В 1799 році вона була урочисто передана на зберігання в архів Французької республіки і почала називатися „архівний кілограм”.

Минали роки. Техніка вдосконалювалась. Ваги ставали дедалі точнішими. І одного разу виявилося, що архівний кілограм трохи важкий, ніж кубічний дециметр води. Що ж вибрати за одиницю? Вибрати гирю.

З того часу кілограм перестав залежати від метра, став самостійним. З того часу кілограм - це маса гирі, яка з багатьма запобіжними заходами зберігається у Франції, в місті Севрі. Наприкінці ХІХ століття з неї зробили 43 точні копії і роздали їх у різні країни. Невеликий циліндр із сплаву платини та іридію стоїть на пластинці з гірського кришталю і накритий двома скляними ковпаками.

Такий кілограм - головна одиниця маси.

Пуд - міра маси, відома на Русі з найдавніших часів. Складався пуд з 40 фунтів.

Давно вже перейшла наша країна на метричну систему мір. Зник з ужитку фунт. А пуд живе й досі. По-перше, в мудрому прислів'ї: „Щоб узнати людину, треба з нею пуд солі з'їсти”. По-друге, у звітах про врожай. Кількість зерна, зібраного в країна, міряють пудами. Цікаво, що пудами міряють тільки зерно. Всі інші сільськогосподарські культури - і бавовну, в картоплю, і цукрові буряки, і овочі - вимірюють не пудами, а тоннами.

Пуд дорівнює 16 кілограмам 380 грамам.

Фунт - міра маси, якою користуються вже багато століть. Її назва походить від латинського слова „пондус” - „маса”, „гиря”. Від маси гирі, яка колись використовувалася, пішла і величина фунта. В різних країнах фунти неоднакові - від 320 до 560 грамів. У деяких це просто півкілограма, 500 грамів.

Як і багато інших давніх мір, у нас фунт, лишився тільки у таких висловах, як: „Це тобі не фунт ізюму” - так кажуть про складне діло, або: „Він узнав, почому фунт лиха” - так кажуть про людину, яка багато зазнала горя.

Для нас фунт - старовина. Проте в Америці він і нині основна міра маси. Фунтами вимірюють і продукти, і людей, і машини.

Російський фунт дорівнює 409 Ѕ грама.

Англійський фунт дорівнює 453 Ѕ грама.

Одиниці температури

Градус - латинське слово. В перекладі на українську мову воно означає „крок”, „ступінь”. Вимірюють градусами різні величини - кути і кола, температуру, густину нафти, міцність спирту. Звісно, градус кола - це зовсім не те, що градус температури повітря або міцності спирту. Спільне в них тільки одне - позначення. В кожному разі, коли біля числа праворуч угорі стоїть маленьке коло, знай, що йдеться про якийсь член родини градусів.

Найпростіший градус - кутовий. Це 1/90 частина прямого кута. Більше сказати про нього нічого.

З температурою річ складніша. Показує її термометр. Чим вона вища, тим вище піднімається стовпчик рідини в термометрі, тим більше градусів показує прилад. А скільки - можна довідатись з поділок, біля яких стоять числа.

Шкала термометра схожа на звичайну лінійку - і тут і там нанесені рівні поділки. Проте є й дуже важлива відмінність. На всіх лінійках, довгих і коротких, поділки однакові, кожна дорівнює 1 міліметру. А як на термометрах? Зовсім по-іншому.

Кімнатний термометр, завдовжки майже такий, як той, яким міряють температуру людям. А скільки градусів уміщується на тому й другому? На кімнатному майже 50 градусів, від -5 до +430, а на медичному тільки 8 градусів, від 34,50 до 420. Довжина кожного кроку градуса на кімнатному термометрі близько міліметра, а на медичному понад сантиметр, у 10 разів довша! А градуси? Зануримо обидва термометри у теплу воду.

Яку вони покажуть температуру? Однакову. Чому? Та тому, що градуси на них ті ж самі.

Адже градус пов'язаний не з довжиною поділки, а з температурою. Коли тане лід, температура 0, коли кипить вода, вона 1000. від танення льоду до кипіння води стовпчик рідини в трубочці термометра проходить 100 однакових кроків - градусів. Яка довжина кожного кроку залежить від товщини трубочки - чим вища товщина, тим коротший градус.

На відміну від наших, які називаються градусами Цельсія, градуси в Америці називаються градусами Фаренгейта - за іменами вчених XVIII століття Андерсена Цельсія і Габріеля Фаренгейта, які їх придумали. 00Ф - це температура снігу з сіллю. 1000Ф - температура людини (літера „Ф” позначає градуси Фаренгейта).

Кожен градус Фаренгейта майже в 2 рази менший нашого. Тому лід в Англії і в Америці тане при 320Ф, а вода кипить при 2120Ф. Нам це здається дивним.

Однак англійці звикли до своїх градусів. Проте річ не тільки у звичці.

Габріель Фаренгейт вибрав нуль для своїх градусів не випадково, а після довгих роздумів.

Він вважав, що його 0 - найнижча температура, яка може бути на світі. Хоча це всього-на-всього - 18С (літера „С” позначає градуси Цельсія), для нього, жителя Англії і Голландії, країн з помірним морським кліматом, це здавалося неймовірним холодом. Звідки йому було знати, що в далекій Якутії - 50С звична температура взимку, що там бувають морози і близько - 70С.

Габрієль Фаренгейт, звісно, не міг знати про Антарктиду, відкриту через 75 років після його смерті. Про крижану Антарктиду, де цілу зиму держиться - 70, а буває в - 90.

Фаренгейт цього не знав, і його градуси не дуже зручні. Наш 0 значно кращий.

Чому?

Та тому, що він дуже тісно пов'язаний з живою природою.

При температурі, нижчій 0, замерзають ріки, землю встеляє сніг, засинають рослини, риби, жаби і змії - настає зима.

При температурі вищій 0, сніг починає танути, і все живе знову прокидається починається весна.

Тому в більшості країн світу прийняті градуси Цельсія. У нашій країні ними почали користуватися лише після 1917 року.

Колись лічили за Реометром. І вода в нас кипіла при 800 Р. Щоправда, лід, як і нині, танув при 0 Р.

Размещено на Allbest.ru