ФИЗИЧЕСКИЕ КОНСТАНТЫ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРИ ВЫБОРЕ ЕДИНИЦ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН

Физические принципы создания современной эталонной базы с использованием физических эффектов и явлений.

ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР

Малые длины первоначально измерялись путем сравнения с индивидуальными измерительными объектами. Историчность метрологии рассматривалась с точки зрения антропоморфии. Свидетельством этому являются старые наименования единиц: пядь, локоть, фут, сажень, аршин. Большие расстояния сопоставлялись друг с другом и совершенно иным способом — говорили о часе пути, о дне пути, однако мы не будем останавливаться на этом методе. Вскоре сравнение с индивидуальными размерами, присущими телу отдельного человека и потому различными, перестало соответствовать все возрастающим требованиям точности (например, при землемерных работах в Египте).

Требовалось создать единый и устойчивый масштаб. Его пытались вводить главным образом властители, и, как нетрудно понять, в результате возникло такое количество запутанных единиц в области мер и весов, что это стало мешать развитию хозяйственных отношений. В 1800 г. в одном только Бадене было 112 разных мер, которые все носили наименование «локоть», и 92 единицы площади. Иногда меняли и величину самой единицы.

Единая метрическая единица была принята во Франции. Обсуждалось использование трех естественных основ для определения единицы длины:

  • • длина маятника f с периодом колебаний 1 с;
  • • длина части экватора Земли;
  • • длина меридиональной окружности Земли.

Правильность формы экватора была установлена не

так строго, как правильность земного меридиана, поэтому выбор пал на длину меридиана, и единица длины должна была равняться точно 10 7 части от одной четвертой меридиональной окружности. Измерить ее поручили астрономам X. Б. Ж. Деламберу и П. Ф. Мешэну. Для измерения отрезка земного меридиана они воспользовались методом триангуляции, развитым В. Снелиусом и применяемым по сей день в геодезии. Так было получено значение 1 м. Была изготовлена платиново-иридиевая концевая мера длины (рис. 1.1).

Рис. 1.1

Концевая мера длины

Такого рода эталоны не обладали необходимой точностью, требования к которой возрастали. Так, например, в 1800 г. считалась вполне достаточной точность измерения длины, равная 0,25 мм. К 1900 г. предельные требования дошли до 0,01 мм; в 1950 г. до 0,25 мкм, а в настоящее время существуют отрасли промышленности, где работают с точностью 10~9...10~10 м.

Ко времени проведения I-й Генеральной конференции по мерам и весам (введение эталона метра, 1889) Л. А. Май- кельсон и Э. У. Морли указали, что с помощью интерферометра (интерферометра Майкельсона, сокращенно ИМ) возможно сопоставление метра с длиной волны светового излучения, т. е. определение тоги, сколько длин волн света укладывается на 1 м.

В интерферометре Майкельсона (рис. 1.2) пучок света от возможно более монохроматического источника Q расщепляется делителем S (полупрозрачное зеркало) на два пучка, один из которых отражается затем от зеркала Slt а другой — от зеркала S2. Мнимое изображение зеркала Sx на плече S2 находится в положении В положении В имеет место минимум интерференции, если расстояние 2d равно полуцелому кратному используемой длины волны.

Рис. 1.2

Схема интерферометра Майкельсона

Путем подсчета смены минимумов и максимумов при перемещении зеркала можно производить калибровку микрометрического винта М в длинах волн.

Например, с 1892 по 1940 гг. были проведены девять промеров красной линии кадмия и найдено, что на 1 м укладывается точно 1 553 164,13 ее длины волны. Следовательно, длина волны красной линии кадмия равна ХСс1 = = 643,84696±0,0001 нм. В 1927 г. это значение было допущено в качестве стандарта наряду с эталоном метра.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >