Метрология

Методические указания к курсовому проектированию

· Архитектурная физика. Раздел «Архитектурная акустика»: Метод. указания и расчетные задания к курсовой работе для студ. спец 1-69 01 01 «Архитектура» / Сост.: Ощепкова Н.В., Качанов А.Н. – Новополоцк, ПГУ. – 2007.

· Метод. указания к выполнению и оформлению курсовой работы по дисциплине «Архитектурная физика» для студ. спец 1-69 01 01 «Архитектура» / Сост. Ощепкова Н.В. – Новополоцк, ПГУ. – 2007.

Метрология (от греч. μέτρον — мера, измерительный инструмент и от др.-греч. λόγος –мысль, причина) — наука об измерениях, методах и средствах обеспечения их единства и способах достижения требуемой точности (РМГ 29-99).

Сегодня трудно определить, что появилось раньше метрология или математика?

И та и другая науки появились с тех пор, когда древний человек начал что-то делить, например, пищу, землю и т. д.. Вот именно тогда появилась потребность в нахождении эталонов введении дольных и кратных величин а затем уже в последующей, как мы сейчас говорим математической обработке их, конечно же, первоначально в сложении вычитании и делении.

Несомненно, первые эталоны могли быть примитивны: например эталон длинны - длинный лист дерева, который в дальнейшем мог подсохнуть, эталон массы красивый прозрачный камень поваренной соли, изменяющийся после каждого дождя. Человек заметил необходимость стабильности эталонов, и кроме того, удобство эталонов, которые просто воспроизводимы и легко доступны.

Самым доступным и удобным оказалось утверждение:

Человек – мера всех вещей

С древних времен для удовлетворения своих потребностей человек строит жилища, делает орудия труда, шьет одежду и т.д. Чтобы служить человеку, они должны быть ему соразмерны. В древние времена части человеческого тела служили естественной основой всех единиц измерения. Даже сегодня, чтобы наиболее ясно представить себе размеры того или иного предмета, мы говорим, что он во столько-то раз больше человеческого роста, что его длина равна стольким-то локтям, что он на столько-то футов (фут-стопа) шире или на столько-то голов выше.

Из древнерусских мер (XI —XII вв.), происхождение которых связывают с древнеегипетскими мерами длины, основными явля­лись верста, сажень, локоть, пядь (см. таблицу)

Верста (приблизительно 1140 м) использовалась для оценки относительно больших расстояний.

Сажень (около 152 см) получила широкое применение пре­имущественно при измерении небольших расстояний, в строи­тельстве различных сооружений. Существовали мерные веревки, длина которых была кратна сажени.

Локоть (приблизительно 51 см) — расстояние по прямой от лок­тевого сгиба до конца вытянутого среднего пальца руки. Впервые локоть как мера длины упоминается во времена одного из правите­лей Киевской Руси Ярослава Мудрого. Локоть широко применяли в розничной торговле холстом, полотном, иноземным сукном.

Пядь (18... 19 см) означало кисть руки на древнерусском языке. Это максимальное расстояние по прямой между концами вытяну­тых большого и указательного пальцев кисти руки. Пядь часто упо­требляли в обиходе для приближенного определения небольших длин, особенно размеров цилиндрических тел.

В древней Руси применялись также сугубо приближенные быто­вые меры, неточные и не воспроизводящиеся материально, напри­мер перестрел (расстояние, которое пролетела выпущенная из лука стрела, около 60...70 м), день (проходимое за день расстояние).

По мере объединения и развития Государства Российского древ­нерусская система мер длины (1 верста = 750 саженям = 2 250 лок­тям = 4 500 пядям) претерпевает изменения.

Появляется заимствованный с Востока аршин (72 см), с тече­нием времени вытеснивший локоть, и вершок (4,5 см), его доли.

Для измерений расстояний между населенными пунктами ста­ли использовать версту в 1000 сажен, позднее — версту в 500 са­жен. В дальнейшем эта мера стала единственной русской верстой.

Использование единиц измерений, основанных на размерах человеческого тела, единиц измерений, не имеющих веществен­ного тела, и единиц измерений, не имеющих вещественного воп­лощения для непосредственного измерения (например, верста), не обеспечивало единство измерений и их достоверность.

О С Н О В Н Ы Е П Е Р В И Ч Н Ы Е М Е Р Ы
САЖЕНЬ
ПОЛУСАЖЕНЬ
ЛОКОТЬ
ПЯДЬ
Д О П О Л Н И Т Е Л Ь Н Ы Е М Е Р Ы
САЖЕНЬ
ЛОКОТЬ

Отдельные единицы измерений имели не только отдельные стра­ны, но и внутри стран не было единообразия. Так, при Петре I с целью создания русского флота сложившаяся система единиц (мер) длины увеличилась введением английских мер — фута (304,8 мм), дюйма (25,4 мм), линии (2,54 мм). Это было необходи­мо для заказа морских судов за границей, составления потребных спецификаций и контроля размеров. Кроме того, помимо английского фута применяли преимущественно лишь в научной практи­ке французский фут. Вошли в употребление заимствованные с За­пада единицы длины, прежде всего разные мили. Обе системы мер длины (с аршином и футом) использовались в стране вплоть до 1917г. только в разных отраслях промышленности: в текстильной — исключительно аршины и вершки, а в кораблестроении — в ос­новном футы и дюймы. В соответствии с этим размеры судов и судостроительных деталей указывались в футах, размеры парусов — в аршинах. На окраинах России население пользовалось местными мерами, образование которых происходило под влиянием инозем­ных метрологией, особенно польской и немецкой.

Отсутствие единства измерений тормозило дальнейшее разви­тие промышленности, науки как внутри страны, так и при со­трудничестве с другими странами.

10 декабря 1799 г. декретом французского революционного пра­вительства во Франции была введена в качестве обязательной мет­рическая система мер. В этой системе за единицу длины был принят метр — основная исходная единица, поэтому и вся система еди­ниц получила название метрическая.

Основное принципиальное отличие метрической системы от существовавших в разных странах состоит в том, что в ней преду­сматривалось десятичное подразделение мер длины. До этой систе­мы в основном использовалось разделение основной меры чаше всего на 12 частей. Принятая единица длины — метр — не совпада­ла ни с одной из существовавших в мире единиц длины. Это было сделано с тем, чтобы ни одна страна, которая пожелает присоеди­ниться к ней, не имела преимуществ перед другими.

С целью выбора единицы измерения, для которой мог бы сущест­вовать эталон, не изменяющийся во времени, за метр была принята величина, равная одной десятимиллионной (1/10000000, т.е. 1∙10^-7) части от 1/4 части земного меридиана, на котором расположен Па­риж. Само слово метр является французским словом metre (от греч. metron — мера). Размер метра был определен на основе геодезичес­ких и астрономических измерений. Был изготовлен первый эталон в виде платиновой линейки шириной около 25 мм и толщиной около 4 мм с расстоянием между концами в 1 метр. Изготовленный метр был передан на хранение в архив Франции, где находится до сих пор, и его называют «метр архива», или «архивный метр».

В 1872 г. было решено за метр принять длину архивного метра. По нему были изготовлены 31 копия в виде платино-иридиевых брусков, имеющих в поперечном сечении форму буквы X, как бы вписанную в воображаемый квадрат, сторона которого равна 20 мм. Такая форма бруска обеспечивала прочность от изгиба во всех на­правлениях. На нейтральной плоскости, менее всего подвержен­ной изгибу, вблизи каждого конца были нанесены по три штриха, и расстояние между средними штрихами было равно одному метру при 0 °С. Изготовленные эталоны были распределены между стра­нами. Эталон метра № 28 достался России, который впоследствии был утвержден в качестве государственного эталона СССР.

Требования к повышению точности эталона длины (платино-иридиевый прототип метра не может дать точности воспроизведе­ния выше 0,1... 0,2 мкм), а также целесообразность установления естественного и неразрушимого эталона привели к тому, что в 1960 г. за метр была принята длина, равная 1650763,73 длины вол­ны в вакууме излучения, соответствующего переходу между уров­нями 2р₁₀ и 2d₅ атома криптона-86 (криптоновый метр). При этом точность определения метра по сравнению с прежним возросла в 10 раз.