Измерения и меры - [4]
ЧТО ТАКОЕ ЭТАЛОНЫ И КАК ОНИ УСТРОЕНЫ
Чтобы быть уверенным в точности какой-либо меры, её нужно время от времени поверять — сравнивать с другой, заведомо более точной мерой.
Но ведь нельзя всякий раз сравнивать меру длины непосредственно с меридианом — дело это очень трудное и требующее много времени. Поэтому сразу же, как только была измерена длина меридиана, изготовили особую меру — прототип или эталон метра (слово «эталон» означает образец). Эталон — это образцовая мера, служащая для «хранения» и «воспроизведения» единицы измерений с наивысшей точностью, достижимой при современном состоянии науки.
Однако вскоре после изготовления эталона выяснилось, что при вычислении длины метра произошла ошибка, и в четверти земного меридиана оказалось не 10 000 000 метров, а 10 000 856. Ещё большее расхождение обнаружилось между эталоном килограмма и весом одного литра воды.
Учёные были вынуждены признать, что «природные» единицы пока ещё менее надёжны, чем единицы, основанные на «искусственных» эталонах. Поэтому Международная метрическая комиссия решила не изменять эталонов. Ведь с годами методы измерений всё более совершенствуются, и кто мог бы поручиться, что при последующих измерениях длины меридиана не получатся снова несколько иные результаты. Нельзя же всякий раз вносить поправки — это подорвало бы всякое доверие к метрической системе.
Поэтому было решено считать эталон метра за единицу длины, а эталон килограмма — за единицу веса. Таким образом, метр и килограмм перестали быть «природными» мерами и превратились в такие же условные меры, как аршин, фунт, ярд и туаз. Но у метрической системы осталось всё же неоспоримое достоинство — большое удобство в пользовании.
Рис. 5. Эталон метра.
В 1889 году Международное бюро мер и весов изготовило 34 эталона метра и 43 эталона килограмма. Они были сделаны из сплава платины с 10 % металла иридия. Такой сплав химически устойчив (не растворяется в кислотах), достаточно твёрд и почти не расширяется при повышении температуры. Эталон метра изображён на рис. 5. Эталон килограмма (помещённый для хранения под два стеклянных колпака) — на рис. 6.
В том же году были утверждены международные эталоны метра и килограмма, а также эталоны для государств, подписавших метрическую конвенцию (соглашение). Россия получила по жребию эталоны метра № 28 и № 11 и эталон килограмма № 12. Эталон метра № 28 и эталон килограмма № 12, хранящиеся в Ленинграде, во Всесоюзном научно-исследовательском институте метрологии им. Д. И. Менделеева, признаны основными эталонами длины и веса (массы) СССР. Насколько же различаются между собой эталоны различных стран? Исследования показали, что эталоны метра отличаются друг от друга не более чем на 0,1 микрона (микрон — тысячная доля миллиметра). Эталоны килограмма, судя по измерениям, сделанным спустя 50 лет с момента их изготовления, отличаются друг от друга не более чем на 0,2 миллиграмма.
Рис. 6. Эталон килограмма.
Сохранить такую точность в течение долгого времени удаётся благодаря исключительно тщательному «уходу» за эталонами. Эталоны нуждаются в абсолютном покое. Пользуются ими очень редко, чтобы они не изнашивались и не изменяли своего значения. По этой же причине эталоны хранятся под стеклянными колпаками или в специальных футлярах. Температура в хранилищах поддерживается постоянной, чтобы размеры эталонов не менялись. Кроме того, при изменении температуры воздух в помещении начинает циркулировать, а это способствует накоплению пыли. Известно, например, что стеклянные колпаки-абажуры для ламп особенно сильно пылятся изнутри. И вот почему. Когда лампа горит, воздух, нагреваясь, расширяется и частично выходит из-под колпака наружу. Когда же лампа выключается, колпак остывает и засасывает воздух извне. При этом содержащаяся в воздухе пыль оседает на внутренней поверхности колпака. Такая же картина наблюдается в помещениях, где температура колеблется.
Но почему нужно оберегать эталоны от пыли? Пыль вредна тем, что при удалении её на поверхности эталона могут появляться мельчайшие царапины, а это понизит его точность.
ОТ ЭТАЛОНА К «РАБОЧЕЙ» МЕРЕ
В технике и в быту находят применение сотни тысяч различных мер. Ясно, что поверять каждую из них непосредственно по государственному эталону практически невозможно, не говоря уже о том, что от частого употребления он быстро бы износился и утратил первоначальную точность. Как же быть?
Оказывается, вопрос решается сравнительно просто. Между государственным эталоном и рядовой «рабочей» мерой существует ещё ряд промежуточных звеньев.
Обычно у каждого основного государственного эталона есть несколько «двойников» — эталонов-копий, которые применяются для поверки так называемых «рабочих эталонов». Рабочие эталоны используются в свою очередь для поверки образцовых мер меньшей точности. А уже с образцовыми мерами сличается вся масса рабочих мер, применяемых для практических измерений.
Кроме эталонов-копий, имеются ещё «эталоны-свидетели». С ними сравнивают государственный эталон, если в его правильности возникает какое-либо сомнение. Таким образом, единственное назначение «эталонов-свидетелей» — создать уверенность в неизменности основного эталона.
