Стандарты мер и весов. Метрическая система. Взвешивание без весов

Метрическая система мер , десятичная система мер, совокупность единиц физических величин, в основу которой положена единица длины - метр . Первоначально в Метрической системе мер, кроме метра, входили единицы: площади - квадратный метр, объема - кубический метр и массы - килограмм (масса 1 дм 3 воды при 4 °С), а также литр (для вместимости), ар (для площади земельных участков) и тонна (1000 кг). Важной отличительной особенностью Метрической системы мер являлся способ образования кратных единиц и дольных единиц , находящихся в десятичных соотношениях; для образования наименований производных единиц были приняты приставки: кило , гекто , дека , деци , санти и милли .

Метрическая система мер была разработана во Франции в эпоху Великой французской революции. По предложению комиссии из крупнейших французских ученых (Ж. Борда, Ж. Кондорсе, П. Лаплас, Г. Монж и др.) за единицу длины - метр - была принята десятимиллионная часть 1/4 длины парижского географического меридиана. Это решение было обусловлено стремлением положить в основу Метрическая система мер легко воспроизводимую "естественную" единицу длины, связанную с каким-либо практически неизменным объектом природы. Декрет о введении Метрическая система мер во Франции был принят 7 апреля 1795 года. В 1799 году был изготовлен и утвержден платиновый прототип метра. Размеры, наименования и определения других единиц Метрической системы мер были выбраны так, чтобы она не носила национального характера и могла быть принята всеми странами. Подлинно международный характер Метрическая система мер приобрела в 1875 году, когда 17 стран, в том числе Россия, подписали Метрическую конвенцию для обеспечения международного единства и усовершенствования метрической системы. Метрическая система мер была допущена к применению в России (в необязательном порядке) законом от 4 июня 1899 года, проект которого был разработан Д. И. Менделеевым, и введена в качестве обязательной декретом СНК РСФСР от 14 сентября 1918 года, а для СССР - постановлением СНК СССР от 21 июля 1925 года.

На основе Метрическая система мер возник целый ряд частных, охватывающих лишь отдельные разделы физики или отрасли техники, систем единиц и отдельных внесистемных единиц . Развитие науки и техники, а также международных связей привело к созданию на основе Метрическая система мер единой, охватывающей все области измерений, системы единиц - Международной системы единиц (СИ), которая уже принята в качестве обязательной или предпочтительной многими странами.

Международная система единиц - это структура, в основе которой лежит использование показателей массы в килограммах и длины в метрах. С самого ее возникновения существовали различные её варианты. Различие между ними заключалось в выборе основных показателей. На сегодняшний день многими странами используются в В ней элементы являются одинаковыми для всех государств (исключение составляют США, Либерия, Бирма). Эта система достаточно широко применяется в разных сферах - от повседневной жизни до научных исследований.

Особенности

Метрическая система мер - это упорядоченный набор параметров. Это существенно отличает ее от используемых ранее традиционных способов определения тех или иных единиц. Для обозначения любой величины метрическая система мер использует лишь один основной показатель, величина которого может изменяться в кратных долях (достигается применением десятичных приставных элементов). Главное преимущество при таком подходе заключается в более простом использовании. При этом устраняется огромное количество разных ненужных единиц (футы, мили, дюймы и другие).

Временные параметры

На протяжении длительного периода со стороны ряда ученых предпринимались попытки представить время в метрических единицах измерения. Предлагалось разделить сутки на более мелкие элементы - миллисутки, а углы - на 400 градов или принимать полный цикл оборота за 1000 миллиоборотов. Со временем из-за неудобства в использовании пришлось отказать от этой идеи. Сегодня время в СИ обозначается посредством секунд (состоят из миллисекунд) и радиан.

История возникновения

Считается, что современная метрическая система мер родилась во Франции. В период с 1791 по 1795 в этой стране был принят рад важнейших законодательных актов. Они были направлены на определение статуса метра - одной десятимиллионной доли 1/4 меридиана от экватора до Северного полюса. 4 июля 1837 года приняли специальный документ. Согласно ему, было официально утверждено обязательное использование элементов, из которых состояла метрическая система мер, во всех экономических сделках, осуществляемых на территории Франции. В дальнейшем принятая структура начала распространяться на соседние страны Европы. Ввиду своей простоты и удобства, метрическая система мер постепенно вытеснила большинство национальных, используемых ранее. Также её допустимо использовать в США и Великобритании.

Основные величины

За единицу измерения длины основатели системы, как было уже отмечено выше, взяли метр. Элементом массы стал грамм - вес одной миллионной м 3 воды при ее стандартной плотности. Для более удобного применения единиц новой системы создатели придумали способ сделать их более доступными - путем изготовления эталонов из металла. Эти модели выполнены с идеальной точностью воспроизведения величин. Где находятся эталоны метрической системы, будет сказано ниже. В дальнейшем при использовании этих моделей люди осознали, что сравненивать искомое значение с ними гораздо проще и удобнее, чем, например, с четвертью меридиана. При этом, определяя массу искомого тела, стало очевидно, что оценивать её по эталону гораздо удобнее, чем по соответствующему количеству воды.

"Архивные" образцы

Постановлением Международной комиссии в 1872-м году был принят за эталон измерения длины специально изготовленный метр. Тогда же члены комиссии решили принимать за эталон особый килограмм. Он был изготовлен из сплавов платины и иридия. "Архивные" метр и килограмм находятся на постоянном хранении в Париже. В 1885-м году, 20-го мая, представителями семнадцати стран была подписана особая Конвенция. В рамках ее была регламентирована процедура определения и использования эталонов измерения в научных исследованиях и трудах. Для этого понадобились специальные организации. К ним, в частности, относят Международное бюро мер и весов. В рамках вновь созданной организации началась разработка образцов массы и длины, с последующей передачей их копий всем странам-участницам.

Метрическая система мер в России

Принятыми образцами пользовалось все больше и больше стран. В сложившихся условиях Россия не могла игнорировать возникновение новой системы. Поэтому Законом от 4 июля 1899 года (автор и разработчик - Д. И. Менделеев) она была разрешена к применению в необязательном порядке. Обязательной же она стала только после принятия Временным правительством соответствующего декрета 1917 года. Позднее её применение было закреплено постановлением СНК СССР от 21-го июля 1925 года. В ХХ веке большинство стран перешло на измерения в международной системе единиц СИ. Окончательный вариант ее был разработан и утвержден XI Генеральной конференцией в 1960 году.

Развал СССР совпал с моментом бурного развития компьютерной и бытовой техники, основное производство которой сосредоточено в странах Азии. На территорию Российской Федерации стали ввозиться огромные партии товаров этих производителей. При этом азиатские государства не задумывались о возможных проблемах и неудобстве эксплуатации их товаров русскоязычным населением и снабжали свою продукцию универсальной (на их взгляд) инструкцией на английском языке, с использованием американских параметров. В обиходе обозначение величин по метрической системе стало вытесняться элементами, используемыми в США. Например, размеры компьютерных дисков, диагонали мониторов и другие составляющие указываются в дюймах. При этом первоначально параметры этих комплектующих обозначались строго в величинах метрической системы (ширина CD и DVD, например, равна 120 мм).

Международное использование

В настоящее время самой распространенной на планете Земля является метрическая система мер. Таблица масс, длин, расстояний и прочих параметров позволяет с легкостью переводить одни показатели в другие. Стран, в силу определенных причин не перешедших на эту систему, с каждым годом остается все меньше и меньше. К таким государствам, продолжающим использовать собственные параметры, относятся США, Бирма и Либерия. Америка пользуется в отраслях научного производства системой СИ. Во всех других применялись американские параметры. Великобритания и Сент-Люсия еще не перешли на мировую систему СИ. Но, надо сказать, что процесс находится в активной стадии. Последней из стран, окончательно перешедших на метрическую систему в 2005 году, стала Ирландия. Антигуа и Гайана только производят переход, но темпы очень медленные. Интересна ситуация в Китае, который официально перешел на метрическую систему, но при этом на его территории продолжается использование древнекитайских единиц.

Авиационные параметры

Метрическая система мер признана практически повсеместно. Но есть отдельные отрасли, в которых она не прижилась. В авиации до сих пор используется система измерения, в основе которой находятся такие величины, как фут и миля. Применение данной системы в этой области сложилось исторически. Позиция Международной организации гражданской авиации однозначна - должен быть осуществлен переход на метрические величины. Однако этих рекомендаций в чистом виде придерживаются лишь несколько стран. Среди них Россия, Китай и Швеция. Более того, гражданская авиационная структура РФ, во избежание путаницы с международными диспетчерскими пунктами, в 2011 году частично приняла систему мер, основной единицей которой является фут.

После возникновения в США десятичной монетарной системы, идея десятичных расчетов проникла в Европу. И не только в сферу денег. Десятичные системы измерений начали применять для измерения веса и длины, а в Франции даже… времени.

Рядом декретов Конвент, как назывался государственный законодательный орган Франции, в 1793 году ввел десятичную систему весов и мер, а также применил ее к деньгам, что вывело идеи десятичной и метрической системы далеко за пределы первоначальной цели. Радикалы от Французской революции стремились увязать революционную демократию и введение десятичной системы. Затем они обратили свое внимание на измерение пространства. Если километр способствовал стабилизации измерения расстояния, почему было не использовать метрическую систему также и в геометрии? Конвент отменил прямой угол в 90 градусов и заменил его прямым углом в 100 градусов. Далее каждый градус был разделен на сто минут, а круг был округлен до 400 градусов вместо неудобных 360.

Десятичная система времени

В порыве энтузиазма, затмившего энтузиазм Томаса Джефферсона и других пылких американцев, Конвент также принял решение перейти к исчислению времени, основанному на десятичной системе, предпочтя ее странной вавилонской системе с шестьюдесятью единицами измерения секунд и минут и двенадцатью часами. 24 ноября 1793 года Конвент постановил, что сто секунд будут составлять минуту, а сто минут - час. Было изготовлено несколько новых часов, но оказалось, что такие часы, которые шли бы со скоростью десять тысяч секунд в час, было трудно сконструировать, запустить в действие и определять по ним время.

По новой системе десять часов были равны одному дню, а десять дней составляли неделю, переименованную в декаду. Три декады составляли месяц. В соответствии с новым календарем французы праздновали Новый год 22 сентября, в день осеннего равноденствия, и все летосчисление начиналось с даты учреждения Французской республики в 1792 году. В новом календаре сохранялось двенадцать месяцев, но им были даны новые названия, отождествлявшиеся с погодой во Франции во время каждого данного месяца. Месяцы образовывали четыре сезона, каждый из которых имел в своем названии определенный набор суффиксов. Три месяца первого сезона - осени, заканчивались суффиксом агге. День 22 сентября по григорианскому календарю стал первым днем вандемьера.

Абсолютно никому не нравился новый французский день, состоявший из 100 000 частей, и правительство Франции отменило его 18 жерминаля третьего года (7 апреля 1795 года), но названия месяцев сохранялись во Франции до 1 января 1806 года, когда Наполеон полностью отменил республиканское время и вернул григорианский календарь.

Появление Гринвичского меридиана

Пока французы произвольно вносили изменения в часы и календарь, основанные на десятичной системе, англичане учредили Гринвичский меридиан, и постепенно он стал точкой отсчета современной географической системы измерения долготы наряду с системой исчисления времени по стандартизированным поясам времени.

Несмотря на неудачу, которую потерпела революционная десятичная система часов и календаря, десятичная система монет, весов и мер принесла большую пользу, завоевала широкое признание, и Наполеон способствовал ее распространению по всей Европе по мере того, как его армия с боями продвигалась от Испании до России. Был сконструирован платиновый метр и положен на хранение в архивы французского государства, чтобы служить в качестве официально зарегистрированного метра.

Метрическая система мер во Франции

Во Франции десятичное мышление превратилось чуть ли не в национальный фетиш революционного класса и его союзников в среде ученых. Принятие десятичной монетной системы способствовало подготовке законодателей и общественности к принятию десятичной системы в других областях, таких как система весов и мер. Первое систематизированное предложение десятичной системы весов и мер ведет свое начало из далекого исторического прошлого от Габриэля Мутона, викария церкви Святого Павла французского города Лиона с 1670 года. Эта странная идея не привлекла к себе большого внимания в то время, но ученые трудились над предложением Мутона до тех пор, пока оно постепенно не превратилось в то, что сейчас нам известно как метрическая система. Ученые установили длину метра в одну десятимиллионную часть земного меридиана, проходящего через Париж. Применяя метр в качестве определяющей меры расстояния, ученые умножили его на тысячу, чтобы получить километр, а затем разделили его на 100 сантиметров и 1000 миллиметров. Они также учредили литр в качестве меры измерения жидких и твердых тел, эквивалентной кубу, каждая сторона которого равна одной десятой метра.

Мировая стандартизация единиц измерения

Научное сообщество во всем мире очень быстро оценило значение стандартизированных единиц измерения. Каждая страна, однако, рассматривала собственную систему как самую лучшую, которую должен принять весь мир. Никто, и особенно англичане, не хотел принимать систему весов и мер, основанную на земном меридиане, проходящем через Париж.

Одним из первых важных сторонников научной десятичной системы в Англии был шотландский инженер и изобретатель Джеймс Уатт (1736 - 1819), который изобрел - среди прочих механических приборов - современный двигатель, работающий на основе конденсированного пара. В 1783 году он создал ряд измерений под названием философского фунта. Философский фунт состоял из десяти философских унций, каждая из которых содержала десять философских драхм (драм). Хотя ни одна страна, в том числе и Англия, так и не приняла полностью систему Уатта, его именем была названа единица мощности, которая до сих пор называется «ватт». Он также ввел термин лошадиная сила для обозначения единицы мощности, равной 747,5 ватт.

Система весов и мер Уатта имела свои отличительные особенности по сравнению с французской метрической системой, но главный принцип их действия - в основном один и тот же. Система Уатта в целом непроизвольно оказала большое влияние на комитет, ответственный за создание французской системы.

Хотя новая система весов и мер была введена правительственными указами, универсальными их сделала торговля. Нидерланды, включавшие Бельгию, приняли метрическую систему в 1816 году. Многие малые государстваЕвропы нуждались в такой системе для упрощения торговых сделок за пределами национальных границ. Вместо того, чтобы сделать метрическую систему обязательной, французское правительство вначале допускало действие прежних систем наряду с ней вплоть до издания в 1837 году декрета о применении во Франции после 1850 года одной лишь метрической системы в деловых отношениях.

Метрическая система мер и торговля

Одним из важных факторов, содействовавших переходу на метрическое измерение, стало проведение международных торговых мероприятий, которые позже стали известны как всемирные ярмарки, начавшись с Лондонской выставки 1851 года. Сама Англия не перешла на новую метрическую систему весов и мер, потому что та, по ее мнению, была тесно связана с чуждыми Англии политическими идеями и практикой во Франции, но выставка способствовала распространению информации о системе, завоевавшей приверженность научных кругов. Большую поддержку она нашла также среди торгового сообщества, которое оценило ее по достоинству в процессе создания международных рынков для своей продукции.

Под влиянием промышленников и других сторонников метрической системы монет, весов и мер ученые собрались на совещание по вопросам международной статистики во время следующей мировой ярмарки в Париже в 1855 году. Международное жюри Парижской выставки рекомендовало всем государствам перейти на метрическую и десятичную системы в целях развития науки и торговли. В порыве оптимизма жюри также пришло к заключению, что применение метрической системы будет способствовать установлению мира во всем мире. В силу своей склонности к философии ученые соединили обычный научный практицизм с мировой утопией. Несмотря на столь высокие идеалы, Первая мировая война доказала в следующем веке, что правительства с одинаковым успехом могут вести войны с применением оружия, измеряемого как в метрической, так и в любой другой системе.

Венский монетарный договор от 24 января 1857 года способствовал принятию десятичной монетарной системы и стимулировал распространение метрических весов и мер. Вслед за объединением Италии в 1861 и Германии в 1871 годах новые правительства приняли метрическую систему как способ стандартизации множества различных систем в составляющих их государствах. Австрия последовала их примеру в 1873 году, а вслед за другими европейскими государствами изменения произошли поочередно в Мексике (1862), Сиаме (1889), Японии (1891), Египте (1892), Тунисе (1895) и России (1900). Чтобы форсировать процесс согласования метрической системы с новыми законами, некоторые страны приняли решительные меры. Султан Оттоманской империи, например, повелел перейти на метрическую систему в 1886 году и в 1891 году конфисковал все другие весы, чтобы гарантировать применение только метрических весов.

Хотя Соединенные Штаты стали первым государством, принявшим исключительно десятичную монетарную систему, вероятно, они последними примут ее для весов и мер. Уже в 1866 году конгресс Соединенных Штатов одобрил десятичную систему как оптимальную для американского делового мира, но эта идея так и не захватила американскую общественность.

Американцы, впрочем, на самом деле применили десятичную систему, однако неожиданным образом и в другой области, что нашло свое отражение в работе мало известного библиотекаря из Нью-Йорка и профессора Колумбийского университета Мелвила Дьюи. Он разделил библиотечные книги на десять категорий, которые затем продолжал делить до тех пор, пока не получил то, что стало известно как десятичная система Дьюи. В 1876 году в возрасте двадцати пяти лет он опубликовал подробности системы в труде «Десятичная классификация и относительный индекс», которую постоянно модернизировал вплоть до 1931 года - года своей смерти.

Метрическая система мер (Международная система СИ)

Жителям США или другой страны, где метрическая система не используется, иногда трудно понять, как остальной мир живёт в и ориентируется в ней. Но на самом деле система СИ гораздо проще всех традиционных национальных систем измерений.

Принципы построения метрической системы очень просты.

Устройство международной системы единиц СИ

Метрическая система была разработана во Франции в 18 ом веке. Новая система была призвана заменить хаотический набор различных единиц измерения, которые тогда использовались, единым общим стандартом с простыми десятичными коэффициентами.

Стандартная единица длины была определена как одна десятимиллионная часть расстояния от северного полюса Земли до экватора. Получившееся значение назвали метром . Определение метра позднее несколько раз уточнялось. Современное и наиболее точное определение метра звучит так: "расстояние, которое проходит свет в вакууме за 1/299792458 секунды". Стандарты для остальных измерений были установлены аналогичным образом.

Метрическая система или Международная система единиц (СИ) основана на семи базовых единицах для семи базовых измерений, независимых друг от друга. Вот эти измерения и единицы: длина (метр), масса (килограмм), время (секунда), электрический ток (ампер), термодинамическая температура (кельвин), количество вещества (моль) и интенсивность излучения (кандела). Все остальные единицы выводятся на основе базовых.

Все единицы конкретного измерения строятся на основе базовой единицы путём добавления универсальных метрических префиксов . Таблица метрических префиксов приведена ниже.

Метрические префиксы

Метрические префиксы просты и очень удобны. Не обязательно понимать природу единицы, чтобы пересчитать значение из, например, кило-единиц в мега-единицы. Все метрические префиксы - это степени 10. Наиболее часто используемые префиксы выделены в таблице.

Кстати, на странице Дроби и проценты Вы можете легко пересчитать значение из одного метрического префикса в другой.

Даже в странах, где используется метрическая система, большинство людей знают лишь наиболее употребительные префиксы, такие как "кило", "милли", "мега". Эти префиксы выделены в таблице. Остальные префиксы используются, в основном, в науке.

Международная десятичная система измерений, в основу которой положено использование таких единиц, как килограмм и метр, называется метрической . Разнообразные варианты метрической системы разрабатывались и использовались в течение последних двухсот лет, а различия между ними состояли в основном в выборе основных, базовых единиц. На данный момент практически повсеместно применяется так называемая Международная система единиц (СИ ). Те элементы, которые в ней используются, идентичны во всем мире, хотя в отдельных деталях и есть различия. Международная система единиц очень широко и активно используется во всем мире, причем как в повседневной жизни, так и в научных исследованиях.

Метрическая система мер

На данный момент Метрическая система мер используется в большинстве стран мира. Есть, однако, несколько крупных государств, в которых по сей день применяется основанная на таких единицах, как фунт, фут и секунда – английская система мер. К ним относятся Великобритания, США и Канада. Однако эти страны также уже приняли несколько законодательных мер, направленных на переход к Метрической системе мер .

Сама она зародилась в средине XVIII столетия во Франции. Именно тогда учеными было принято решение о том, что следует создать систему мер , основу которой будут составлять взятые из природы единицы. Суть такого подхода состояла в том, что таковые постоянно остаются неизменными, и поэтому стабильной будет и вся система в целом.

Меры длины

• 1 километр (км) = 1000 метрам (м)
• 1 метр (м) = 10 дециметрам (дм) = 100 сантиметрам (см)
• 1 дециметр (дм) = 10 сантиметрам (см)
• 1 сантиметр (см) = 10 миллиметрам (мм)

Меры площади

• 1 кв. километр (км 2) = 1 000 000 кв. метрам (м 2)
• 1 кв. метр (м 2) = 100 кв. дециметрам (дм 2) = 10 000 кв. сантиметрам (см 2)
• 1 гектар (га) = 100 арам (а) = 10 000 кв. метрам (м 2)
• 1 ар (а) = 100 кв. метрам (м 2)

Меры объёма

• 1 куб. метр (м 3) = 1000 куб. дециметрам (дм 3) = 1 000 000 куб. сантиметрам (см 3)
• 1 куб. дециметр (дм 3) = 1000 куб. сантиметрам (см 3)
• 1 литр (л) = 1 куб. дециметру (дм 3)
• 1 гектолитр (гл) = 100 литрам (л)

Меры веса

• 1 тонна (т) = 1000 килограммам (кг)
• 1 центнер (ц) = 100 килограммам (кг)
• 1 килограмм (кг) = 1000 граммам (г)
• 1 грамм (г) = 1000 миллиграммам (мг)

Необходимо отметить, что метрическая система мера получила признание далеко не сразу. Что касается России, то в нашей стране ее разрешили к использованию после того, как она подписала Метрическую конвенцию . При этом эта система мер в течение длительного времени использовалась параллельно с национальной, в основу которой были положены такие единицы, как фунт, сажень и ведро.

Меры длины

• 1 верста = 500 саженям = 1500 аршинам = 3500 футам = 1066,8 м
• 1 сажень = 3 аршинам = 48 вершкам = 7 футам = 84 дюймам = 2,1336 м
• 1 аршин = 16 вершкам = 71,12 см
• 1 вершок = 4,450 см
• 1 фут = 12 дюймам = 0,3048 м
• 1 дюйм = 2,540 см
• 1 морская миля = 1852,2 м

Меры веса

• 1 пуд = 40 фунтам = 16,380 кг
• 1 фунт = 0,40951 кг

Главное отличие Метрической системы мер от тех, которые применялись ранее, состоит в том, что в ней используется упорядоченный набор единиц измерения. Это означает, что любая физическая величина характеризуется некоей главной единицей, а все единицы дольные и кратные образуются по единому стандарту, а именно – с применением десятичных приставок.

Введение этой системы мер ликвидирует то неудобство, к которому ранее приводило обилие различных единиц измерения, имеющих достаточно сложные правила преобразований между собой. Таковые в метрической системе очень просты и сводятся к тому, что исходная величина умножается или делится на степень 10.