История развития метрологии

Введение

Не cущеcтвует в наcтоящее время ни одной облаcти практичеcкой деятельноcти человека, где возможно обойтиcь без количеcтвенных оценок параметров, получаемых в результате измерений.
На важноcть измерений указывали многие ученые. Например,Д.И. Менделеев об измерениях говорил cледующее: «В природе мера и веc cуть главные орудия познания, и нет cтоль малого, от которого не завиcело бы вcе крупнейшее»; «… опытное иccледование и измерение одни cпоcобны наводить мыcль на правильные пути и приводить к cледcтвиям, подлежащим опытной измерительной проверке …»; «… наука начинаетcя c тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыcлима без меры».
Метрология как наука и облаcть практичеcкой деятельноcти возникла в древние времена. Оcновой cиcтемы мер в древнеруccкой практике поcлужили древнеегипетcкие единицы измерений, а они, в cвою очередь, были заимcтвованы в Древней Греции и Риме. Еcтеcтвенно, что каждая cиcтема мер отличалаcь cвоими оcобенноcтями, cвязанными не только c эпохой, но и c национальным менталитетом.
Наименования единиц и их размеры cоответcтвовали возможноcти оcущеcтвления измерений «подручными» cпоcобами, не прибегая к cпециальным уcтройcтвам. 
Cовременная метрология как наука пережила этап младенчеcтва , когда она занималаcь опиcанием cвоих и зарубежных единиц измерения, этап юноcти, когда ее называли наукой об измерениях, приводимых к эталонам, повзроcлела и cтала разделом могущеcтвенной физики, овладела математичеcкими методами и возглавила прибороcтроение, которое обеcпечивает наc cредcтвами измерений - cредcтвами объективной оценки окружающего мира. Академик Алекcандров пиcал: «Метрология являетcя важнейшей cтороной cложного процеccа уcовершенcтвования технологии и качеcтва продукции».
Целью данной работы является рассмотрение вопроса возникновения и становления метрологии, как науки.
Для изучения истории метрологии необходимо изучение, анализ и усилия многих ученых и достаточно времени, публичное обсуждение многих известных и неизвестных фактов, событий, явлений. За всем этим стоят ученые, специалисты, организаторы и исполнители, которые привели к прогрессу мер и весов, измерений в целом.
Кроме общей, социальной роли мер, весов, измерений сегодня существует «самостоятельные» виды измерений - это целые направления метрологической науки (механические, электрические, теплотехнические, линейно – угловые, радиотехнические, дозиметрические измерения и многие другие), каждое из которых имеет свою собственную историю, своих исследователей.
Объектом исследования является наука об измерениях – метрология.
Предмет исследования – история развития метрологии в России.
Метод исследования – теоретический, изучение литературных источников. 
1 ЭВОЛЮЦИЯ ЕДИНИЦ ИЗМЕРЕНИЙ

Исследователи, ученые мира давно задаются вопросом, когда возникли измерения? Однозначного и точного ответа с ссылкой на конкретную дату или событие нет и не может быть. Очевидно измерения начались с того времени, когда люди начали сравнивать размеры людей между собой (больших и маленьких, взрослых и детей), с другими живыми существами (животными, птицами) и материальными предметами (деревьями , камнями) с окружающим их миром, сопоставлять явления природы и т.д.. Не зря много традиционных, народных мер длины как раз походят из антропометрических измерений тела человека, таких как палец ладонь, кулак, стопа, локоть и т.д.
Познание мира , развитие духовной и материальной культуры человека и цивилизации в целом обусловили дальнейшую необходимость в сравнении, сопоставлении различных предметов, в обмене и торговле ими, в творчестве, ремесле, строительстве и побудили человечество к усовершенствованию мер и весов. Таким образом, практическая метрология возникает еще в древние, античные времена.
Метрология как наука и область практической деятельности возникла в древние времена. Развитие метрологии во все времена было неразделимо связано общим развитием науки: без умения быстро, точно и правильно использовать измерения разнообразных физических явлений невозможно не одному научному исследованию. Поэтому Пифагор и Архимед, Галилей и Ньютон, Лейбниц и Эйлер, Ломоносов, Гаусс, Менделееев – все они и тысячи других известных ученых активно работали над изобретением и усовершенствованием методов измерения, навечно связав свои имена с развитием метрологии.
Осведомление растущей роли метрологи и постепенно обозначалось на ее статусе в обществе. Достаточно быстро она стает государственным делом. Сначала метрологической деятельностью занимались различные структуры и инстанции, для которых контроль над измерениями был одной из многих функций, потом начали появляться государственные метрологические службы и каждый раз с возрастающими полномочиями, потом – международные организации, рекомендации которых, фактически, имеют законные основания. Понятие законодательной метрологии стало на столько привычным, что уже не привлекает специального внимания.
В истории метрологии понятие измерения и меры достаточно часто выступают вместе с понятиями культуры и справедливости. Меры и измерения являются составляющими культуры и подтверждают и тот факт, что усовершенствования измерений было возможным только в обществе где оно было необходимым и развивалось в соответствии с возрастанием культурного уровня общества.
Соответственно метрология – это наука об измерениях, об обеспечениях их единства, методах и способах достижения необходимой точности. Меры, весы, измерения, метрология - все это постепенный путь развития и усовершенствования тех первичных мер, которые в соответствии к развитию общества, науки и техники эволюционировали в самодостаточное, самостоятельное научное направление – современную метрологию.
В результате исследования историков, метрология возникла и сформировалась «историческая метрология» - специальная (вспомогательная) историческая дисциплина, которая занимается изучением разнообразных мер (длины, площади, объема и массы) в их историческом развитии и взаимосвязи. Заданием исторической метрологии является изучение названия мер, процессов возникновения и развития различных систем измерений, сравнение согласование мер, которые существовали в прошлом у различных народов, с современными метрическими мерами. Подобно как другие специальные исторические дисциплины, направления историческая метрология играет важную роль во время анализа исторических источников, в первую очередь для социальной и экономической истории. Ее значение трудно переоценить; если в историческом документе упоминаются меры, то с помощью исторической метрологии можно установить место и время его возникновения, убедиться в его достоверности, верно толковать его содержимое и, соответственно, объективно раскрыть еще одну страницу прошлого. Истоки метрологии являются черезмерно разнообразными – письменные памятки, в которых сохраниллись определенные ведомости про меры или упоминания о них, и вещественные памятки (монеты, гири, линейки, стандартные размеры архитектурных сооружений, посуда с заданным объемом и т.д.).
Чаще всего размышления исследователей, касательно возникновения мер, измерений имеют общечеловеческий характер, т.е

. по мере развития цивилизации, перед людьми возникала необходимость в сравнениях, в мерах, весах и т.д. И там где в разные времена цивилизации развивались быстрее, активнее (Египет, Вавилон, Рим, Греция, Китай и т.д.) там быстрее возникала необходимость в самих мерах, поэтому определенной хронологии возникновения тех или иных мер (на начальном этапе) нет.
Когда люди начали сравнивать себя с другими; сравнивать предметы, товары, растения, зверей и т.д., они так же начали сравнение с частями человеческого тела, такие как палец, ладонь, стопа, локоть, шаг, прыжок и т.д. – будущие прототипы мер длины.
Позже возникла необходимость в мере объема, для исчисления количества и учета сыпучих, жидких материалов – сначала горсть ( в ладонях), а потом инвентарь - горшок. Возможно измерения начались с времени – к чему подталкивала смена дня и ночи, закономерности в этих явлениях. Измерения расстояний, поверхности земли тоже возникает на объединении различных понятий, например, площадь, что бы можно было обработать парой волов за световой день ( с утра до вечера), называли у славян «ютшиной», а в Германии - «морг» (от слова «morgen»).
Трудно определить , когда в торговле появились весы и понятие массы, поэтому в различных частях света, в разных эпохах это было самостоятельно.
Важным моментом было внедрение денег. Между первыми образцами массы «гирями» и монетами был взаиморасчет; стоимость монеты ограничивалась ее массой и монеты нередко исполняли роль гирь. Образцы массы уже независимы от размеров человеческого тела, и в этом их принципиальное отличие от большинства мер, а необходимость сравнения (взвешивание) послужило возникновению весов.
Поскольку необходимость измерений возникла с развитием общественных отношений между людьми, то возникла необходимость в однозначных мерах, справедливых чтобы исключить обсчет. Меру, обычно устанавливает власть – король, князь, феодал, сейм, бургомистры, магистраты и т.д. Однако менялась власть – часто менялись и меры. Общество начало добиваться порядка, поскольку есть эталонные меры, необходимо их придерживаться, необходимо установить за ними контроль, что б предотвратить злоупотребление. Правильная мера становится залогом справедливости, правдивости.
Основой системы мер у славян были древнеегипетские единицы измерений, а они в свою очередь заимствованы в Древней Греции и Риме. Естественно, что каждая система мер отличалась своими особенностями, связанными не только с эпохой, но и с национальным менталитетом.
Наименования единиц и их размеры соответствовали возможности осуществления измерений "подручными" способами, не прибегая к специальным устройствам. Так, на Руси основными единицами длины были пядь и локоть, причем пядь служила основной мерой длины и означала расстояние между концами большого и указательного пальца взрослого человека. Позднее, когда появилась другая единица - аршин - пядь (1/4 аршина) постепенно вышла из употребления.
Академик Б. Д. Греков в своей монографии о Киевской Руси отмечает: "В XІ ст. Русь не была отсталой страной. Она шла впереди многих европейских стран, опередивших ее только позднее, когда Русь оказалась в особо тяжелых условиях, приняв на себя удар монгольских полчищ и загородив собой Западную Европу".
Практика ремесел, торговли, строительства в Киевской Руси свела к созданию системы мер, которая удовлетворяла потребность и оказалась достаточно стойкой на протяжении столетий. Рассмотрим основные меры, которыми пользовались в те давние времена.
Меры длины:
Сажень - эта мера упоминается, еще в "Слове о зачале Киево-Печерского монастыря" летописца Нестора, в котором за 1017 год сообщается, что инок Илларион "ископа себя печерку малу дву сажень". Сажень происходит от глагола «сягати» - достигать, и означает возможность размеров частей человеческого тела. Сажень в частности отвечает расстояния размаха рук взрослого человека и равнялась 152 см, но не всегда и не всюду.
Локоть - расстояние по прямой от локтевого сгиба до конца среднего пальца. Впервые эта мера упоминается в "Русской Правде" князя Ярослава Мудрого: ,,мостнику, помостивши мост, взять вот дела, вот десяти локот ногата". Упоминается также локоть в "Патерике Киево-Печерского монастыря": «10 лакоть», «20лактей», «четыре лакоть».
Номинальное значение древнерусского локтя ~ 46 ÷ 47 см. Принято также, что локоть это третья часть саженя. Однако поскольку сажень, тоже бывает разный в разных местностях, то и локоть соответственно не имеет постоянной величины (от 38 см до 51 см).
Пядь - кисть руки, слово наверное происходит от слова "пять", а пять пальцев - "пятерня". В повседневнье употребляется для измерения небольших длин, приблизительно и нормальные размеры тоже приблизительные - "бревно величиной 4 пяди" и т.д.
Верста - наибольшая мера длины, использовалась для определения расстояний. Эта мера тоже известная с 1097 г. и есть аналогом второй меры - поприще. У древнего летописца читаем: "Град убо есть, отстоа вот Киева, града столного 50 поприщь, имянемь Василевь". Исследователи методом сравнений приходили к выводу, что поприще и верста это однотипные меры, приблизительно равные.
1верста = 750 сажень = 2250 локтей = 4500пядей.
Наиболее употребляемы в давние времена были меры объема очень нужные и часто разные для сыпучих материалов и жидкостей. Древние о движении кубических мер еще ничего не знали и объемы сыпучих измеряли так:
1 кадь = 2 половинкам = 4 четвертям = 8 осьминам
Для жидкостных мер употреблялись: бочка, ведро, корчага.
Административно узаконенных взаимоотношений между этими величинами - мерами не было и исследователи высчитывали, сравнивали и выходили на приближенные номинальные величины.
Например: за подсчетами Д. И. Прозоровського ведро вмещало 24 фунта воды (9,8 кг). Кадь - разные величины: от 14 до 25 пудов.
Известны также местные, народные меры: голважня, лукно, уборок, провара и другие.
Основные и дополнительные меры длины ( по Б.А. Рыбакову) приведены на рисунке 1.
Меры веса в литературных памятках XІ - XV веков упоминаются следующие: берковець, пуд, гривна, гривенка, золотник, почка и пирог. Соотношения между этими величинами удалось установить только по данным XVІ - XVІІ столетий, это: Берковець = 10 пудам = 400 гривнам = 800 гривенкам.
Гривенка = 2 полгривенкам = 47 золотникам = 1200 почкам == 4800 пирогам.
В то время номинальный вес берковця равнялся 163,8 кг; пуд - 16,38 кг; 1гривенка - 204,8 г; золотник - 4,27 г; почка - 171 мг; 1 пирог - 43 мг.


Рисунок 1 – Народные меры длины

Мера площади - поземельная мера, которая употреблялась для определения размеров земельных участков. Квадратных мер еще не знали, использовали условные единицы, которые характеризовали рабочую силу, сельскохозяйственный инвентарь, а также в основе которой были трудовые возможности. Например: "дым", "соха", "обжа" и др. "Три обжи - соха; а обжа - 1 человек на 1 коне пашет поле, а кто на трех конях и сам пашет то соха". Со временем для пахотных земель доминирующей мерой стала постоянная четверть - площадь на которую высеивали четверть зерна (здесь четверть мера объема)