X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

«Каждая вещь известна лишь в той

степени, в какой ее можно измерить»

(Томсон)

Измерения используются практически во всех сферах человеческой жизни, будь то оценка здоровья, проверка качества продуктов и материалов, или же измерение качества окружающей среды.

Метрология как наука зародилась еще в древности. Люди издавна имели представление о размерах, свойствах предметов или их формах. Одни и те же величины измерялись разными единицами.

В давние времена не существовало специальных устройств, поэтому обычно для измерения использовались части человеческого тела или связанные с физическими способностями человека условные единицы, такие как локоть, пядь, косая сажень и др.

Шли годы, и люди понимали, что необходимо переходить к реализации в материальной форме общеобязательные мер. Еще во II веке до нашей эры в Вавилоне впервые были установлены такие меры как год, месяц и час, а время они измеряли в минах [1].

Инфраструктура обеспечения единства измерений впервые в России была создана в результате проведенной Д.И. Менделеевым метрологической реформы, которая по настоящее время имеет научные, правовые и организационные основы. Он внес огромный вклад в развитие не только отечественной, но и мировой метрологии.

Дмитрий Иванович Менделеев – гениальный русский ученый, чье имя известно во всём мире. В настоящее время не найдется ни одного человека, который бы не знал о его достижениях.

Ровно 183 года назад, а именно 8 февраля 1834 года, в городе Тобольск родился семнадцатый ребенок, чуть позже названный Дмитрием, в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева. Для развития своих способностей будущий ученый выбрал Главный педагогический институт в Петербурге, где опубликовал свою статью «об изоморфизме» и ряд химических анализов. Окончив университет в 1855 году с золотой медалью, Дмитрий сначала уезжает в Симферополь, где начинает работать главным учителем гимназии, а позже – в Одессу. Спустя некоторое время Д.И.Менделеев решается вернуться в Петербург. В 23 года он пишет диссертацию на степень магистра и становится доцентом Петербургского университета. Через три года ученому выдается уникальная возможность поехать за границу для работы в собственной лаборатории, где он установил существование «температуры абсолютного кипения».

В 1892 году Д. И. Менделеев назначается хранителем Депо образцовых гирь и весов, позже преобразовав его (1893г.) в Главную палату мер и весов (ГПВМ), которое является одним из первых в мире научно-исследовательских учреждений метрологического профиля. Он внёс огромный вклад в развитие фундаментальной и прикладной науки об измерениях на многие годы, а также определил становление отечественной метрологии. Именно поэтому у тех, кто работает в сфере обеспечения единства измерений, существует повышенный интерес к его личности [2].

Для того чтобы более подробно изучить вклад Д.И. Менделеева в развитие метрологии и внедрении Метрических мер в России, необходимо углубиться в историю и понять, с чего всё начиналось.

Со времён активного развития ремёсел, строительства и торговли сохранились документы о попытках упорядочить измерения на Руси. Первым письменным упоминанием о мерах является Устав 996 года князя Владимира, осуществлявший надзор за правильностью применяемых мер и весов. Образцовые меры хранились в церквях и монастырях, где ежегодно происходила поверка средств измерений [3].

Можно сказать, что начало создания государственной системы обеспечения единства измерений и государственной метрологической службы положено во времена Ивана Грозного. В 1560 году была создана «Двинская грамота», являвшаяся важнейшим метрологическим документом и регулировавшая правила хранения и передачи размера осьмины – новой меры сыпучих веществ [3].

Торговля развивалась и вместе с этим расширялись внешние экономические связи, требовавшие установления соотношения с иностранными мерами и контроль поверочной деятельности. Такие указы разрешали конфликты, которые возникали у торговцев. Померные избы осуществляли контроль над состоянием мер.

Во времена Петра I происходило немыслимое расширение разнообразных связей с Западом, что отразилось на метрологии в целом. Страна была оснащена мерами и измерительными приборами и подготовлена новыми квалифицированными кадрами. Это позволило получить более точные количественные сведения об обороне, промышленности, строительстве и других сферах. В метрологической реформе Петра I были впервые допущены английские меры – футы и дюймы, широко применяемые на флоте и в кораблестроении. В это время начинается процесс появления метрологических центров [3].

Самой главной и нерешенной задачей являлось отсутствие единых общегосударственных мер. Во многих губерниях происходило использование своих образцов мер. В соответствии с этим в XVIII веке старались как можно больше внимания уделять созданию единых отечественных образцов мер, именуемых эталонами.

Многие ученые пытались решить этот вопрос, одним из которых был Леонард Эйлер. Он первый предложил принцип деления единиц на десятки и метрическую систему мер. В 1736-1742 годах великий математик смог создать три типа весов разных диапазонов взвешивания, которые являлись точнейшими для того времени. Изучая измерительные приборы и устройства других ученых, Эйлер предложил идею по созданию эталонов, основанных на физических постоянных. Для обоснования системы обеспечения единства измерений он вложил много сил, но решить эту проблему так и не смог. Этого добился лишь спустя полтора века Дмитрий Иванович Менделеев.

С 1865 по 1892 года Депо образцовых мер и весов руководил В.С. Глухов. Его деятельность заключалась в пополнении оборудования усовершенствованными измерительными установками и разработках проектов возобновления русских эталонов мер длины и веса. Также необходимо отметить, что с его именем связано введение метрической системы мер в России в факультативном порядке. В 1892 году премьер-министр Сергей Витте предложил Д.И. Менделееву занять должность ученого хранителя Депо вместо Глухова.

Метрология для Д.И. Менделеева была наукой междисциплинарной, которая могла в себе сочетать и научные, и технические знания. Для проведения исследований растворов и газов, а также для изучения влияния на свойства различных сред температуры великий ученый уже использовал разработанные им методы и приёмы измерений, с которыми были знакомы многие русские и зарубежные исследователи в сфере метрологии.

С самого начала в изучении «междисциплинарной науки» Д.И. Менделеев считал, что она должна быть основана на «мере» и «числе», а не быть чисто описательной. И в 1868 году ученый представляет работу I съезда естествоиспытателей, где обратился с профессиональным и аргументированным сообщением о пользе введения в России десятичной системы мер.

Часто во время учебы в университете Дмитрий Иванович Менделеев при различных исследованиях прилагал немало усилий для проведения точных измерений. Вопросы метрологического характера он считал одними из самых важных, когда дело заходит о решении любой научной задачи. Именно по этой причине молодому ученому приходилось приобретать наиболее совершенные приборы измерения и использовать наиболее надёжные математические методы оценки результатов, а зачастую проектировать свои собственные измерительные приборы, которые значительно отличались от существующих.

Особое значение в измерениях Д.И. Менделеев считал взвешивание. По его словам весы считались прототипом любого другого измерительного прибора. Успехи в области взвешивания позволяют считать этого великого ученого основоположником данного вида измерений.

Заняв пост ученого хранителя «Депо образцовых мер и весов» в первую очередь Д.И. Менделеев решил возобновить эталоны русских мер. В возрасте 58 лет ученый предлагает создать необходимую для установления мер и весов законченную систему эталонов, копий и рабочих эталонов. В первой докладной записке В.И. Ковалевскому, директору департамента торговли и мануфактур, было предложено новое название будущего метрологического центра России – Главная палата мер и весов (ГПМВ). Решение было одобрено в 1893 году Министерством финансов. Новое учреждение должно было осуществлять не только поверочную деятельность, но и надзор за мерами и весами по всей стране.

В программе реформирования по соответствию мирового уровня развития науки и техники, а также учитывая потребности российской промышленности на то время, была разработана национальная система эталонов. Помимо этого по разным городам страны были организованы поверочные учреждения нового типа. Одним из условий программы также был переход на десятичную систему мер.

Под руководством Д.И. Менделеева был достигнут высокий уровень методов измерений, а также повышение точности в применении новых высокоточных приборов. Это позволило довольно за небольшой промежуток времени восстановить российские эталоны длины и массы – аршин и фунт.

Аршин повторял форму международного метра, то есть имел вид нарезного стержня с поперечным Х-образным сечением. Заказ на такой эталон был получен от английских фирм «Траутон и Симмс». Для проведения более точных сличений был изготовлен полусажень, на котором были нанесены реальные сравнительные размеры единиц длины русской, английской и французской систем.

Прототип фунта, имевший форму цилиндра и высоту, равную диаметру основания, в черновом варианте подготовили к весне 1894 года. Готовый прототип «довели до ума» английский механик Л. Эртлинг и сотрудники Главной палаты мер и весов (ГПМВ) Ф.П. Завадский и В.Д. Сапожников.

По одному из условий менделеевской реформы было обеспечение местными поверочными учреждениями передачи эталонных значений аршина и фунта на необходимые предприятия и контроля за правильностью мер, которые находились в данный момент в обращении. Отсутствие полного надзора и низкий уровень технических требований, предъявлявшихся на производстве при выпуске меры и измерительной техники, являлись результатами проведённых ревизий. В это же время сотрудники Главной палаты мер и весов (ГПМВ) изучали обстановку дел в других странах, таких как Англия, Франция и Германия.

Исходя из неположительных дел в стране в сфере метрологии, Д.И. Менделеев принимает решение создать правительственную комиссию, цель которой будет заключаться в выработке основных направлений поверки мер и весов и контроль над ними. Такие учреждения проводили поверку всех без исключения весовых приборов, которые находились в обращении. Производился такой процесс с помощью образцовых гирь и весов. На пригодный прибор ставили клеймо-пломбу из красной меди. Если же он не прошел поверку, то его использование запрещалось. В Государственную комиссию при Департаменте торговли и мануфактур входили многие учёные, представители внутренних дел, юстиции, путей сообщения и др.

Д.И. Менделеев подготовил Положение о мерах и весах, в котором были четко сформулированы идеи о новых принципах организации метрологического и поверенного дела в стране. Законодательное оформление реформа получила 4 июня 1899 года. Этому способствовала наложенная положительная резолюция императора Николая II.

Земские и городские управления, научно-технические учреждения и музеи, фабричные инспекции и учебные заведения, все, кто хотел принять на себя функции Положения, организовывали поверочные палатки, обеспеченные служебным персоналом и имеющие специальные технические познания. Самые первые поверочные палатки были организованы в Санкт-Петербурге, Москве, Варшаве, селе Павлово и Нижнем Новгороде. Выбор мест зависел от значения каждого из городов в промышленной и хозяйственной жизни страны. Обслуживание отдаленных местностей обеспечивалось вагон-палаткой, созданной в 1903 году. С этого момента официально можно считать зарождение единой сети поверочных учреждений [3].

Положение о мерах и весах положительно повлияло на состояние измерительного хозяйства в России, благодаря активной деятельности палаток. Программа Д.И. Менделеева теоретической и практической подготовки будущих поверителей способствовала росту престижа специальности поверителя и увеличению притока кадров.

К концу 1900-х годов Главная палата мер и весов (ГПМВ) была оснащена одними из лучших лабораторий, среди которых была лаборатория массы. В одном из зданий Палаты построена астрономическая обсерватория, которая оснащена всем необходимым оборудованием.

Пост управляющего Главной палаты мер и весов ГПМВ) выдающийся ученый занимал до конца своих дней.

Период в 1892 по 1918 года называют «менделеевской эпохой». Именно в это время происходит понимание значения метрологии как народнохозяйственной и обоснование ее как естественнонаучную дисциплину.

Система научно-метрологических учреждений, которая была создана под руководством Д.И. Менделеева, смогла занять одно и первых мест в Европе. Поверочные палатки являлись основой метрологической службы в России.

В настоящее время Россия обладает высоким уровнем и прочностью метрологической системы, поскольку обеспечена достоверностью результатов практически по всем видам измерений. Эталонная база в нашей стране имеет в своем составе 114 государственных эталонов и более 70 установок высокой точности.

Источники:

Мартынов А.С. Система мер времени в древних странах Ближнего Востока // Наука и техника (Харьков). – 2007. – № 6(13). – С. 12–17.

Макареня А.А., Рысев Ю.В.Д.И. Менделеев. Книга для учащихся — 2-е изд., перераб. — М.: Просвещение, 1983. – 247с.

Шевцов В.В. Историческая метрология России. Учебное пособие. Томск. – 2007. – 280с.

Код для цитирования: Скопировать