Метрическая система мер сформировалась на основе постановлений, принятых национальным собранием Франции в 1791 и 1795 годах, по определению метра как одной десятимиллионной доли четверти окружности Земли (от северного полюса до экватора) по меридиану, проходящему через Париж. В 1790 году французы предложили Великобритании и США установить единую единицу измерения длины метр, равную длине маятника с полупериодом колебаний в 1 секунду. Парламент Великобритании и конгресс США отказались от этого предложения по той причине, что не удалось согласовать широту, на которой надо измерять длину маятника. Каждая страна хотела использовать меридиан, проходящий через их страну. Поэтому французские ученые решили пойти на определение метра самостоятельно [1].
Ключевые слова: метрическая система, плотность воды, эталон длины, метр, гидростатическое взвешивание, килограмм Архива, наибольшая плотность воды, 1 дм 3 .
The metric system of measures was formed on the basis of regulations adopted by the National Assembly of France in 1791 and 1795, defining the meter as one ten-millionth of a quarter of the circumference of the Earth (from the north pole to the equator) along the meridian, passing through Paris. In 1790, the French proposed to Great Britain and the United States to establish a single unit of measurement of length, the meter, equal to the length of a pendulum with a half-period of oscillation of 1 second. The British Parliament and the US Congress rejected this proposal for the reason that they could not agree on the latitude at which the length of the pendulum should be measured. Each country wanted to use the meridian passing through their country. Therefore, French scientists decided to determine the meter themselves [1].
Keywords: metric system, density of water, standard of length, meter, hydrostatic weighing, kilogram of the Archive, highest density of water, 1 dm 3 .
В 1832 году немецкий ученый Карл Фридрих Гаусс предложил новую систему мер, (ставшую прообразом системы СГС), которая была привязана к миллиграмму и миллиметру. Тем самым Гаусс ввел метрические единицы в науку. С 4 июля 1837 года метрическая система была объявлена обязательной к применению во всех коммерческих сделках во Франции. В 1861 году группа британских ученых предложила модель взаимосвязанных единиц. Взяв за основу СГС, введенный Карлом Гауссом для механических единиц (длина, масса, время), они предложили связать с ними тепловые и электрические единицы. Все единицы измерения могут быть получены на основе базовых величин, в качестве которых были выбраны метр, грамм и секунда. Определяя метр как десятимиллионную долю четверти земного меридиана, создатели метрической системы стремились добиться инвариантности и точной воспроизводимости системы. За единицу массы они взяли грамм, определив его как массу одной миллионной кубического метра воды при ее максимальной плотности. Для облегчения применения новых единиц в повседневной практике были созданы металлические эталоны, с предельной точностью воспроизводящие указанные идеальные определения. Вскоре выяснилось, что металлические эталоны длины можно сравнивать друг с другом, внося гораздо меньшую погрешность, чем при сравнении любого такого эталона с четвертью земного меридиана. Было, ясно, что точность сравнения металлических эталонов массы друг с другом гораздо выше точности сравнения любого подобного эталона с массой соответствующего объема воды.
Метрическая система мер была применена в России законом от 4 июня 1899 года, проект которого был разработан Д. И. Менделеевым. Метрическая система введена в качестве обязательной декретом временного правительства от 30 апреля 1917 года, а в СССР — постановлением СНК СССР от 21 июля 1925 года [1].
На основе метрологической системы в 1960 году XI Генеральной конференцией по мерам и весам была введена Международная система единиц СИ [2]. В течение второй половины ХХ века большинство стран мира перешло на систему СИ.
При создании метрической системы мер предполагалось построить ее только на основе эталона длины — метра, который был принят 7 апреля 1795 г. При этом литр как единица емкости отождествлялся с кубическим дециметром.
Единица массы — килограмм была определена как 1 дм 3 воды при температуре наибольшей плотности (4 0 С). Работа по определению массы 1 дм 3 воды при 4 0 С была начата в 1791 г. Лавуазье и завершена Луи Лефевром-Жино в 1799 г. когда килограмм массы получил материальное осуществление в виде платинового эталона, известного под названием «Килограмма Архива». Был изготовлен международный эталон килограмма из сплава платины и 10 % иридия, который воспроизводил массу «Килограмма Архива». Со временем возник такой вопрос: с какой точностью была в конце XVIII в. определена масса 1 дм 3 воды при 4 0 С?
В 1875 г. Международное бюро мер и весов приняло решение о проведении работ по уточнению массы 1 дм 3 воды при 4 0 С. Эта работа была выполнена в период между 1895 и 1905 гг. При этом, как и в конце XVIII века, применялся метод гидростатического взвешивания тела сначало в воздухе, а затем в воде при температуре 4 0 С, на основе которого определяли плотность воды.
В 1910 г. было, найдено, что масса 1 дм 3 чистой воды при 4 0 С и нормальном атмосферном давлении составляет 0,999973 кг. В 1929 был получен более точный результат 0,999972 кг. Это означает, что объем 1 кг воды при температуре 4 0 С равен 1,000028 дм 3 . Таким образом, изготовленный в 1799 г. «килограмм Архива» представлял массу куба воды с ребром 1,000009 дм, взятой при температуре 4 0 С. Ошибка, допущенная Лефевром-Жино составляла всего 1 мк. Это блестящий результат, если учесть уровень измерительной техники в конце XVIII в.
В 1901 г. III Генеральная конференция по мерам и весам приняла определение литра как объема 1 кг чистой воды при температуре ее наибольшей плотности. Это решение создало двойственность между кубическим дециметром и литром:
1 л = 1,000028 дм 3
На практике кубической дециметр и литр часто отождествлялись, что нередко приводило к ошибкам.
В связи с этим XII Генеральная конференция по мерам и весам отменила определение литра, принятое III Генеральной конференцией, и приняли резолюцию, согласно которой литр приравняется к кубическому дециметру. Эти два термина стали теперь синонимами. При этом название «литр» не рекомендуется употреблять при выражении результатов измерений высокой точности. Этой резолюцией восстановлено соотношение между литром и кубическим дециметром, принятое в 1795 г. при введении Метрической системы мер:
1 л = 1 дм 3
Заметим, что плотность чистой воды при 4 0 С теперь равна 0,999972 кг/дм 3 и 0,9999972 кг/л, в то время как прежде она была равна 1 кг/л, но 0,999972 кг/дм 3 .
При измерениях невысокой точности и теперь можно с известной степенью приближения считать плотность чистой воды равной как 1 кг/л, так 1 кг/дм 3 [3].
Литература:
- Белобров В. А. История метра / Материалы конференции на в филиале ИНЭТ на факультете географии СП6ГПУ Герцена 01.11.2019.
- Постановление Правительства РФ от 31.10.2009 г. № 879, Об утверждении положения о единицах величин, допускаемых к применению в Российской Федерации.
- Метрическая система мер и весов // Малый энциклопедический словарь Брокгауза и Эфрона, 2-е изд., Вновь. перераб. и допол., Т.1–2 СПО, с.1907–1909.
