История измерений - History of measurement

Деталь локоть стержень в Museo Egizio из Турин

Самые ранние зарегистрированные системы мер и весов относятся к 3 или 4 тысячелетию до нашей эры. Даже самые ранние цивилизации нуждались в измерениях для целей сельского хозяйства, строительства и торговли. Ранние стандартные единицы могли применяться только к одному сообществу или небольшому региону, при этом каждая область разрабатывала свои собственные стандарты для длины, площади, объема и массы. Часто такие системы были тесно связаны с одной областью использования, так что меры объема, используемые, например, для сухого зерна, не имели отношения к измерениям объема для жидкостей, и ни одна из них не имела никакого отношения к единицам длины, используемым для измерения ткани или земли. С развитием производственных технологий и растущим значением торговли между сообществами и, в конечном итоге, по всей Земле, стандартизованные веса и меры стали критически важными. Начиная с 18 века, были разработаны модернизированные, упрощенные и унифицированные системы мер и весов, в которых основные единицы определялись все более точными методами в науке о весах. метрология. Открытие и применение электричество был одним из факторов, мотивировавших разработку стандартизированных международно применимых единиц.

Источники информации

Веса и меры на протяжении истории принимали самые разные формы - от простых неформальных ожиданий в бартерных сделках до сложных государственных и наднациональных систем, которые объединяют меры самых разных видов. Веса и меры из старейших обществ часто могут быть, по крайней мере частично, выведены из археологические образцы, часто хранятся в музеях.[нужна цитата ] Другой источник информации - сравнение размеров зданий с описаниями современных писателей. Интересный пример этого - сравнение размеров греческого Парфенон с описанием, данным Плутарх откуда довольно точное представление о размерах Чердак получается. Из-за сравнительного объема артефактов и документации мы знаем гораздо больше о санкционированных государством мерах крупных развитых обществ, чем о мерах меньшего размера или о неформальных мерах, которые часто сосуществовали с официальными на протяжении всей истории. В некоторых случаях у нас есть только правдоподобные теории, и иногда мы должны выбирать интерпретацию, которая будет дана свидетельствам.

Изучая свидетельства, представленные всеми доступными источниками, и сопоставляя соответствующие факты, мы получаем некоторое представление о происхождении и развитии этих единиц. Мы обнаруживаем, что они менялись более или менее постепенно с течением времени сложным образом из-за большого разнообразия модифицирующих влияний.[нужна цитата ] Можно сгруппировать официальные системы измерения для больших обществ в исторические системы, которые относительно стабильны во времени, в том числе: вавилонскую систему, египетскую систему, филетерианскую систему Птолемеев возраст, олимпийская система Греции, римская система, Британская система, а метрическая система.

Самые ранние известные системы измерения

Самые ранние известные унифицированные системы мер и весов, похоже, были созданы когда-то в 4-й и 3-е тысячелетие до нашей эры. среди древних народов Египет, Месопотамия и Долина Инда, и, возможно, также Элам (в Иран ) также.

Рано Вавилонский и Египтянин записи и Еврейская библия указывают, что длина сначала измерялась с помощью предплечья, кисти или пальца, а время измерялось периодами солнца, луны и других небесных тел. Когда нужно было сравнить вместимость контейнеров, таких как тыквы или глина или металлические сосуды, они были заполнены семенами растений, которые затем подсчитывались для измерения тома. Когда были изобретены средства для взвешивания, эталоном служили семена и косточки. Например, карат, до сих пор используемый в качестве единицы измерения драгоценных камней, был получен из рожковое дерево семя.

История юнитов

Основная статья: Историческая метрология

Единицы длины

Египетский локоть, то Долина Инда Упомянутые выше единицы длины и месопотамский локоть использовались в 3-м тысячелетии до нашей эры и являются самыми ранними известными единицами, которые использовались древними народами для измерения длины. Единицы измерения длины, использовавшиеся в древней Индии, включали дханус, или дхануш (лук), кроса (крик или зов коровы) и Йоджана (сцена).

Общий локоть - это длина предплечья от локтя до кончика среднего пальца. Он был разделен на размах кисти или длину от кончика мизинца до кончика большого пальца (половина локтя), ладонь или ширину кисти (одна шестая) и палец или ширину ладони. средний палец (один двадцать четвертый). Королевский кубит, который представлял собой стандартный локоть, дополненный дополнительной ладонью - таким образом, 7 пальм или 28 пальцев в длину - использовался при строительстве зданий и памятников, а также в геодезии в Древнем Египте. В дюйм, ступня, и двор произошли от этих единиц в результате сложной трансформации, еще не полностью изученной. Некоторые считают, что они произошли от кубических мер; другие считают, что они были простыми пропорциями или кратными локтю. В любом случае, греки и римляне унаследовали ногу от египтян. Римская стопа (~ 296 мм) была разделена на 12 частей. unciae (дюймы) (~ 24,7 мм) и 16 цифр (~ 18,5 мм). Римляне также представили Mille Passus (1000 шагов) или двойные шаги, темп равный пяти римским футам (~ 1480 мм). Римский миля 5000 футов (1480 м) был завезен в Англию во время оккупации. Королева Елизавета I (правил с 1558 по 1603 год) по закону изменил милю на 5280 футов (~ 1609 м) или 8 стадий, фарлонг быть 40 стержень (единица) с (~ 201 м) по 5,5 ярдов (~ 5,03 м) каждая.

Двор (0,9144 м) как единица длины был введен позже, но его происхождение точно не известно. Некоторые считают, что происхождение было двойным локтем, другие полагают, что оно произошло от кубической меры. Каким бы ни было его происхождение, ранний ярд был разделен бинарным методом на 2, 4, 8 и 16 частей, называемых половинным ярдом, размахом, пальцем и гвоздем. Связь двора с «поясом» или окружностью талии человека или с расстоянием от кончика носа до кончика большого пальца Король Генрих I (годы правления 1100–1135 гг.), вероятно, являются стандартизирующими действиями, поскольку в Британии использовалось несколько ярдов. Существовали также стержни, шесты и насесты для измерения длины. В следующей таблице перечислены эквиваленты.

компонентыединица измерения
12 строк1 дюйм
12 дюймов1 фут
3 фута1 ярд
1760 ярдов1 миля
36 дюймов1 ярд
440 ярдовчетверть мили
880 ярдовполмили
100 ссылок1 цепь
10 цепей1 фарлонг
8 стадий1 миля
4 дюйма1 рука
22 ярдов1 цепь
5.5 ярдов1 удочка, шест или окунь
4 полюса1 цепь
40 полюсов1 фарлонг

Единицы массы

В зерно был самым ранним единица массы и является наименьшей единицей в аптекарь, Avoirdupois, Башня и тройка системы. Первой единицей было зерно пшеницы или ячменя, которое использовалось для взвешивания драгоценных металлов, серебра и золота. Были разработаны более крупные единицы, сохранившиеся в виде каменных эталонов, которые использовались как в качестве единиц массы, так и в качестве денежной валюты. В фунт был получен из мина (единица) используется древними цивилизациями. Меньшая единица была шекель, а более крупная единица была талант. Величина этих единиц варьировалась от места к месту. У вавилонян и шумеров была система, в которой 60 шекелей в минуте и 60 мин в таланте. Римский талант состоял из 100 либр (фунтов), которые были меньше по величине, чем мина. Тройский фунт (~ 373,2 г), используемый в Англии и Соединенных Штатах для денежных целей, как и римский фунт, был разделен на 12 унций, но римская унция (унция) была меньше. Карат - это единица измерения драгоценных камней, происходящих из семян рожкового дерева, которые позже были стандартизированы до 1/144 унции, а затем 0,2 грамма.

Товары торговли первоначально продавались по количеству или объему. Когда начиналось взвешивание товаров, были разработаны единицы массы, основанные на объеме зерна или воды. Различные величины единиц с одинаковыми названиями, которые до сих пор встречаются в наших сухих и жидких единицах измерения, могли возникнуть из различных товаров. Более крупный авнирдупуа-фунт для коммерческих товаров мог быть основан на объеме воды, имеющего более высокую объемная плотность чем зерно.

Камень, четверть, центнер и тонна были более крупными единицами массы, используемыми в Великобритании. Сегодня только камень продолжает использоваться для измерения веса тела. Нынешний камень весит 14 фунтов (~ 6,35 кг), но более ранняя единица, похоже, была 16 фунтов (~ 7,25 кг). Остальные единицы были в 2, 8 и 160 раз больше камня, или 28, 112 и 2240 фунтов (~ 12,7 кг, 50,8 кг, 1016 кг), соответственно. Центнер был примерно равен двум талантам. Тонна в 2240 фунтов называется «длинной тонной». «Короткая тонна» равна 2000 фунтов (~ 907 кг). Тонна (т) равна 1000 кг.

Единицы измерения времени и угла

Деление круга на 360 градусов и дня на часы, минуты и секунды можно проследить до вавилонян, которые шестидесятеричный система чисел. 360 градусов могли быть связаны с год 360 дней. Многие другие системы измерения разделили день по-разному - считая часы, десятичное время и др. Другое календари разделили год по-разному.

Предшественники метрической системы

Десятичные числа являются неотъемлемой частью метрической системы, поскольку только одна базовая единица и кратные числа создаются на основе десятичной системы, цифры остаются неизменными. Это упрощает расчеты. Хотя Индейцы использовали десятичные числа для математических вычислений, это было Саймон Стевин который в 1585 году в своей брошюре впервые выступил за использование десятичных чисел в повседневных целях. De Thiende (старое голландское для «десятого»). Он также заявил, что использование десятичных чисел для валют и измерений будет лишь вопросом времени. Его обозначение для десятичных дробей было неуклюже, но это было преодолено с введением десятичной точки, обычно приписываемой Bartholomaeus Pitiscus который использовал это обозначение в своих тригонометрических таблицах (1595 г.).[1]

В 1670 г. Габриэль Мутон опубликовал предложение, которое по сути было похоже на предложение Уилкинса, за исключением того, что его базовая единица длины была бы 1/1000 от угловая минута (около 1,852 м) географической широты. Он предложил назвать это устройство виргой. Вместо того, чтобы использовать разные имена для каждой единицы длины, он предложил серию имен с префиксами, скорее похожими на префиксы в системе СИ.[2]

В 1790 г. Томас Джефферсон представил отчет к Конгресс США в котором он предложил принять десятичную систему чеканки монет, мер и весов. Он предложил называть свою базовую единицу длины «фут», который, по его мнению, должен быть либо3⁄10 или1⁄3 длины маятника с периодом в одну секунду, то есть3⁄10 или1⁄3 «стандарта», предложенного Уилкинсом более века назад. Это было бы равно 11,755 английским дюймам (29,8 см) или 13,06 английским дюймам (33,1 см). Как и Уилкинс, названия, которые он предложил для кратных и субъединиц его базовых единиц измерения, были названиями единиц измерения, которые использовались в то время.[3] Большой интерес к геодезия в то время и идеи системы измерения, которые развивались, повлияли на то, как континентальные США обследованный и разложил. История о том, как полное видение Джефферсоном новой системы измерения почти вытеснило Цепь Гюнтера и традиционный акр, но в итоге этого не произошло, рассматривается в Андро Линклейтер с Измерение Америки.[4]

Метрическая конверсия

Основные статьи: Метрика и История метрической системы

В метрическая система был впервые описан в 1668 году и официально принят Францией в 1799 году. На протяжении девятнадцатого и двадцатого веков он стал доминирующей системой во всем мире, хотя несколько стран, включая США, Китай и Соединенное Королевство, продолжают использовать свои традиционные единицы.[5] Среди множества обычных систем многие были адаптированы для преобразования в целое кратное соответствующей метрической единицы: Скандинавская миля теперь определяется как 10 км, Китайский цзинь теперь определяется как 0,5 кг, а Голландский онс теперь определяется как 100 г.

использованная литература

  • Эта статья включаетматериалы общественного достояния от Национальный институт стандартов и технологий документ: «Спецификации, допуски и другие технические требования для взвешивания (Справочник 44-2018)».
  1. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. (Январь 2004 г.), «История измерений», Архив истории математики MacTutor, Сент-Эндрюсский университет.
  2. ^ О'Коннор, Джон Дж.; Робертсон, Эдмунд Ф. (Январь 2004 г.), «История измерений», Архив истории математики MacTutor, Сент-Эндрюсский университет.
  3. ^ Джефферсон, Томас (4 июля 1790 г.). «План установления единообразия в чеканке, весах и мерах Соединенных Штатов, переданный в Палату представителей 13 июля 1790 г.». Нью-Йорк.
  4. ^ Линклейтер, Андро (2002). Измеряя Америку: как необузданная дикая природа сформировала Соединенные Штаты и выполнила обещание демократии. Уокер и Ко. ISBN  978-0-8027-1396-4.
  5. ^ Бухгольц, Катарина (6 июня 2019 г.). «Только три страны в мире (официально) все еще используют имперскую систему». Statista. Архивировано из оригинал 13 февраля 2020 г.. Получено 21 апреля, 2020. Великобритания - это страна, застрявшая в середине обеих систем, будучи колыбелью самой имперской системы. Здесь метрика частично принята, но мили сохраняются, и люди обычно в своей повседневной жизни ссылаются на пинты, мили на галлон, фунты и даже камень.

дальнейшее чтение