Метр

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
(Перенаправлено з Мегаметр)
Перейти до: навігація, пошук
Міжнародний еталон метра, що використовувався з 1889 по 1960-ті роки.

Метр (від грец. μέτρον — міра, розмір) — одиниця довжини в Міжнародній системі одиниць СІ та інших метричних системах одиниць. Скорочено метр позначається малою літерою м.

За означенням, прийнятим Резолюцією 1 XVII Генеральної конференції з мір і ваг 1983 року

1 метр дорівнює довжині шляху, який проходить у вакуумі світло за 1/299 792 458 частину секунди.

Таке означення було прийняте, виходячи з тих міркувань, що швидкість світла є фундаментальною фізичною константою, яка повинна бути визначеною точно, без похибки. Її значення було зафіксоване на величині 299 792 458 м/c.

Щодо метра таке визначення означає, що його значення повинно бути визначене експериментально. При цьому виникає деяка похибка. Для практичних цілей у лабораторіях метр порівнюють з довжиною хвилі певного випромінювання.

Метр — одна із семи основних одиниць Міжнародної системи. Через нього визначаються багато похідних одиниць. Оскільки точність будь-яких вимірювань не може бути вищою, ніж точність визначення одиниці, розробка методів точного відтворення метра має важливе значення для розвитку науки й техніки.

Історія[ред.ред. код]

До Великої французької революції майже кожна країна мала свої одиниці вимірювання довжини. Часто система таких одиниць була заплутаною, складною для порівняння. Ідеї встановлення десяткової системи для одиниць вимірювання висловлювалася ще в 17 ст., однак шлях до її практичного втілення відкрили тільки революційні події у Франції.

Ідея секундного маятника[ред.ред. код]

Розвиток науки в 17 ст. вимагав універсальної одиниці вимірювання, в основі визначення якої лежало б фізичне явище. Італієць Тіто Лівіо Бураттіні запроповнував назвати таку одиницю metro cattolico, що в перекладі з італійської означає універсальна міра[1].

Англієць Джон Вілкінс запропонував вибрати в якості такої одиниці довжину маятника, половина періоду коливання якого дорівнювала б одній секунді. Такий маятник продемонстрував Христіан Гюйгенс. Довжина цього маятника близька до сучасного визначення метра. Однак, незабаром з'ясувалося, що довжина секундного маятника залежить від місця на Землі: французький астроном Жан Рішер встановив, що вона відрізняється в Парижі й в Каєнні, Французька Гвіана на 0,3%[2].

Талейран воскресив ідею секундного маятника перед Установчими зборами 1790 року, запропонувавши зафіксувати вимірювання 45° північної широти, однак ідея не прижилася.

Порівняння з паризьким меридіаном[ред.ред. код]

Французька академія наук прийняла альтернативне визначення метра, як довжини однієї десятимільйонної частини від чверті паризького меридіана, що, на думку вчених, робило цю одиницю довжини «природною», тобто взятою безпосередньо з природи мірою.

Питання про реформу системи мір було доручено комісії Академії наук, яку очолював Жан-Шарль де Борда, до складу якої входили такі визначні вчені як Жозеф-Луї Лагранж, П'єр-Симон Лаплас, Гаспар Монж, Ніколя Кондорсе. Де Борда був завзятим ентузіастом десяткової системи. Ідея маятникового стандарту йому не сподобалася тому, що секунда не достатньо десяткова одиниця.

Вибір паризького меридіана був практично доцільним, оскільки дозволяв спостереження на 1000 км відстані від Дюнкерка до Барселони. Задачу вимірювання довжини дуги меридіана було доручено П'єру Мешену та Жану-Батісту Деламбру. На її виконання пішло шість років, з 1792 по 1798. Причиною затримок були не тільки технічні труднощі, а й неспокій революційних часів. Водночас комісія вирахувала значення метра зі старих даних. Розбіжність між новими й старими даними склала 0,03%[3].

Платиновий еталон[ред.ред. код]

Виходячи з теоретичного визначення та результатів вимірювання частини дуги паризького меридіана 1799 року було виготовлено еталон метра у вигляді платинової лінійки шириною близько 25 мм, товщиною близько 4 мм і довжиною 1 м. Цей еталон дістав назву «метра архіву», оскільки його було передано на зберігання до національного архіву Франції.

Точніші вимірювання Франсуа Араго і Жана-Батіста Біо на початку 19 ст. з'ясували, що еталон не зовсім точно відповідає визначенню метра через довжину меридіану. Незважаючи на розбіжність, метр архіву залишився практичним стандартом. Коли у 1867 році виникла ідея вставновлення міжнародної системи мір, саме еталон архіву був взятий за одиницю довжини[4][5].

Метрична конвенція 1875 року затвердила метр у якості міжнародної одиниці, внісши зміну в еталон. Метр тепер визначався як віддаль між двома штрихами на платиновій лінійці, а не довжиною лінійки. Ця зміна запобігала зміні еталону в результаті зношування.

Такий штриховий еталон метра та відповідне визначення самої одиниці з неістотними змінами проіснували до жовтня 1960. Використання штрихового еталона метра має два основних метрологічних недоліки: по-перше, втрачається природна міра метра і, по-друге, штрихова міра не може забезпечити необхідну точність його відтворення.

Криптоновий стандарт[ред.ред. код]

Розвиток науки у 20 ст. створив потребу і можливість точнішого визначення метра. Зокрема, прецизійність спектроскопічних інструментів стала достатнью для визначення одиниці довжини через довжину хвилі світла.

XI Генеральна конференція мір і ваг 1960 року прийняла таке визначення метра:

Метр дорівнює довжині 1 650 763,73 довжин хвиль у вакуумі випромінювання, що відповідає переходу між рівнями 2p10 та 5d5 атома криптону-86.

Практично це означає використання для вимірювання відстаней і довжин інтерферометрів, які можуть відтворити незначні відмінності в довжині у чіткі інтерференційні максимуми й мінімуми.

Світловий еталон метра повернув метру характер природної міри та, як показали подальші дослідження, підвищив точність його відтворення в 100 разів, що мало дуже важливе значення для сучасного приладобудування та точного машинобудування. За допомогою світлового еталона можна забезпечити точність відтворення метра щонайменше 10−9 (замість 10−7 з допомогою штрихової міри).

Стандарт 1983[ред.ред. код]

Нарешті, 1983 року XVII ГКМВ визнала за потрібне ввести нове визначення метра, яке ґрунтується на значенні фундаментальної сталої — швидкості світла у вакуумі та є чинним і дотепер.

Уведення нового, простішого визначення метра спрощує розуміння його фізичного змісту, це визначення зручне для навчальних цілей, але для відтворення розміру метра, створення його еталону доцільно й нині використовувати визначення, прийняте XI ГКМВ.

Визначене через швидкість світла значення метра може бути відтворене у будь-якій лабораторії світу. Для полегшення відтворюваності точності вимірювання і сумісності результатів, отриманих в різних лабораторіях, XVII Генеральна конференція мір і ваг «рекомендувала» використовувати стабілізований йодом гелій-неоновий лазер[6]. Міжнародне бюро мір і ваг визначає довжину хвилі HeNe лазера як 632 991 212.58 фм з відносною стандартною похибкою (U ) 2.1×10−11[7].

Прогрес сучасної науки та техніки потребує подальшого вдосконалення еталонів довжини. Такі можливості в принципі існують. Зокрема, наприклад, досліджуються можливості застосування новітніх досягнень фізики у вивченні атомних пучків, оптичних квантових генераторів, ефекту Мессбауера тощо для створення нових, точніших еталонів довжини.

Кратні і частинні одиниці[ред.ред. код]

Кратні Частинні
величина назва позначення величина назва позначення
101 м декаметр дам dam 10−1 м дециметр дм dm
102 м гектометр гм hm 10−2 м сантиметр см cm
103 м кілометр км km 10−3 м міліметр мм mm
106 м мегаметр Мм Mm 10−6 м мікрометр мкм µm
109 м гігаметр Гм Gm 10−9 м нанометр нм nm
1012 м тераметр Тм Tm 10−12 м пікометр пм pm
1015 м петаметр Пм Pm 10−15 м фемтометр фм fm
1018 м ексаметр Ем Em 10−18 м атометр ам am
1021 м зетаметр Зм Zm 10−21 м зептометр зм zm
1024 м йотаметр Йм Ym 10−24 м йоктометр йм ym
   застосовувати не рекомендовано
   не застосовуються або рідко застосовуються на практиці

Найменша частинна одиниця метра, що використовується у фізиці — фемтометр. 1 фм приблизно відповідає розміру атомного ядра. Атоми хімічних елементів мають розмір в діапазоні від 100 до 200 пм, або, в нанометрах, від 0,1 до 0,2 нм. Фізики використовують також одиницю ангстрем, Ǻ, що дорівнює 10−10 м, тобто:

1 Ǻ = 100 пм = 0,1 нм.

Жарґонізм[ред.ред. код]

На комп'ютерному жарґоні «метр» означає мегабайт. Причому, комп'ютерним «метром» не «міряють довжину», а «важать вагу» . Наприклад: Цей файл важить 5 метрів (Розмір цього файла — 5 мегабайт).

Див. також[ред.ред. код]

Виноски[ред.ред. код]

  1. Misura Universale, 1675 .
  2. Poynting, John Henry; Thompson, Joseph John (1907), A Textbook of Physics: Properties of Matter (4th вид.), London: Charles Griffin, сторінка 20, http://books.google.com/books?id=TL4KAAAAIAAJ&pg=PA20 .
  3. «Métrique», Grand dictionnaire universel du XIXe siècle, 11, Paris: Pierre Larousse, 1874, сторінки 163–64 .
  4. The International Metre Commission (1870-1872), International Bureau of Weights and Measures, http://www.bipm.org/en/si/history-si/commission.html, процитовано 2010-08-15 .
  5. The BIPM and the evolution of the definition of the metre, International Bureau of Weights and Measures, http://www.bipm.org/en/si/history-si/evolution_metre.html, процитовано 2010-08-15 .
  6. МБМВ надає список рекомендованих частот на своєму сайті. Гляньте «Recommended values of standard frequencies». BIPM. 2010-09-09. Архів оригіналу за 2013-05-12. Процитовано 2012-01-22. 
  7. Пояснення, що таке відносна стандартна похибка на сайті NIST: «Standard Uncertainty and Relative Standard Uncertainty». The NIST Reference on constants, units, and uncertainties: Fundamental physical constants. NIST. Архів оригіналу за 2013-05-12. Процитовано 2011-12-19.