Data :

Metrologia to nauka o pomiarach i ich zastosowaniach. Natomiast sam pomiar to proces doświadczalnego wyznaczania wartości wielkości, które w zasadny sposób mogą być przyporządkowane wielkości. Te oraz wiele innych definicji można znaleźć w dokumencie (Przewodniku) PKN-ISO/IEC Guide 99:2010 – Międzynarodowy słownik metrologii – Pojęcia podstawowe i ogólne oraz terminy z nimi związane (VIM). Przywołany Przewodnik powstał w 2007 roku. Obowiązujący w większości krajów Międzynarodowy Układ Jednostek Miar (Układ SI) zatwierdzony został po raz pierwszy w roku 1960. Wcześniej, bo w roku 1889 miała miejsce I Generalna Konferencja Miar, której efektem była ogólnie przyjęta definicja metra i kilograma. Jednak historia wykonywania pomiarów sięga znacznie odleglejszych czasów. W pierwszej części przedstawię krótką historię długości.

Początkowo pomiary długości polegały na jej porównaniu z czymś znanym, co łatwo sobie wyobrazić lub nawet zobaczyć. Naturalnym odniesieniem było ludzkie ciało. W ten sposób pojawiły się pierwsze wzorce miar. Korzystano z „łokcia” będącego długością ręki od stawu łokciowego do końca środkowego palca. „Sążeń” był długością rozpostartych ramion dorosłego mężczyzny a „jard” równy był dwóm łokciom lub trzem stopom. Z kolei „stopa” odzwierciedlała przeciętną długość ludzkiej stopy. Zaletą takich wzorców był fakt, że każdy miał je ze sobą, zawsze gotowe do użycia. Jednak związana była z nimi bardzo istotna wada: znacznie różniły się między sobą. Jak więc to możliwe, że np. mająca około 4500 lat piramida Cheopsa zbudowana jest z tak niesamowitą precyzją, że jej boki, z których każdy ma długość 230 m różnią się od siebie nie więcej niż 20 cm?! Do tego potrzebne były wzorce w postaci artefaktów. Oznaczało to wykorzystanie np. jakiegoś szczególnego „łokcia”, który mógłby stać się wzorcem ogólnie przyjętym. W przypadku starożytnego Egiptu „szczególny łokieć” należał do Faraona. Wykuty w granicie „królewski łokieć egipski” służył budowniczym piramid do wzorcowania swoich własnych, „roboczych” wzorców do czego byli zobowiązani pod karą śmierci. Jak możemy się przekonać oglądając historyczne budowle, ta metoda działała bardzo dobrze.

Wzorzec długości na ścianie Bazyliki Katedralnej w Kielcach

Znaczącą zmianę w pomiarach długości przyniosła rewolucja francuska – Francuska Akademia Nauk zaproponowała uniwersalną, mającą służyć wszystkim ludziom, po wszystkie czasy definicję jednostki długości i w roku 1793 otrzymaliśmy do dyspozycji „metr” określony jako 1/10 000 000 długości pomiędzy biegunem północnym a równikiem dla pewności mierzonej na południku przechodzącym przez Paryż. Jednak takie odtwarzanie jednostki miary było dosyć uciążliwe, dlatego podczas I Generalnej Konferencji Miar, w roku 1889 ustanowiono definicję metra jako odległość pomiędzy dwiema kreskami na platynowoirydowym wzorcu co stanowiło powrót do starożytnych idei pomiarów długości. Definicja ta nie dotrzymywała jednak kroku postępowi technicznemu i szybko problemem stał się fakt, że same kreski mają określoną szerokość. Zaistniała sytuacja doprowadziła do uznania przez XI Generalna Konferencję Miar (w roku 1960) nowej definicji metra wiążąc ją z długością fali promieniowania odpowiadającą przejściu między odpowiednimi stanami energetycznymi atomu kryptonu 86 co było konsekwencją odkrytego niedawno lasera. Technologie laserowe bardzo szybko zaczęły się rozwijać i wkrótce okazało się, że metrologia dysponuje doskonalszymi narzędziami np. laserem Ne-He. Zareagowała na to XVII Generalna Konferencja Miar i w roku 1983 ponownie zmieniono definicję metra wiążąc ją z drogą pokonaną przez światło w próżni w określonej jednostce czasu (w oparciu o równanie: c = l ´ n; gdzie c – prędkość światła w próżni, l – długość fali, n – częstotliwość fali).

Było to genialne powiązanie jednostki długości z fundamentalna stałą fizyczną (prędkość światła w próżni) co oznacza, że techniczne ograniczenia przestały mieć wpływ na definicję długości.

W Polsce państwowe wzorce jednostki długości utrzymywane są przez Główny Urząd Miar i są nimi dwa stanowiska pomiarowe: syntezer częstotliwości optycznych odtwarzający wzorcowe długości fal optycznych i laser He-Ne odtwarzający wzorcową długość fali promieniowania emitowanego przez laser helowo-neonowy stabilizowany jodem.

Obecna definicja:

Metr, oznaczenie m, jest to jednostka SI długości. Jest ona zdefiniowana poprzez przyjęcie ustalonej wartości liczbowej prędkości światła w próżni c, wynoszącej 299 792 458, wyrażonej w jednostce m s-1, przy czym sekunda zdefiniowana jest za pomocą częstotliwości cezowej ∆νCs.

Krzysztof Wołowiec

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *

fourteen + 2 =