Единство измерений

Единство измерений — состояние измерений, при котором их результаты выражены в узаконенных единицах, а погрешности известны с заданной вероят­ностью и не выходят за установленные пределы.

Первым условием обеспечения единства измерений является представление результатов измерений в узаконенных единицах, которые были бы одними и теми же всюду, где проводятся измерения и используются их результаты. Так, в различных странах, где принята Международная система единиц, результаты из­мерений температуры среды (тел) выражаются в Кельвинах, градусах Цельсия, Фаренгейта, Реомюра, Ренкина.

О значимости единства измерений

Если в разных странах говорят на различ­ных языках, то это приводит, в основном, к затруднениям в общении людей. Но если в разных странах применяются различные толкования единиц физических величин, то это часто приводит к непреодолимым затруднениям в экономичес­ком сотрудничестве. Можно привести много примеров, в том числе и из недавне­го прошлого. Например, в начале Второй мировой войны во время военных дей­ствий между США и Японией произошли следующие события. Американские самолеты морским путем доставлялись в разобранном виде в Австралию, где происходила их сборка. Присоединительные детали (болты, гайки и др.) изготов­лялись на австралийских предприятиях. И неожиданно в процессе полетов (в ос­новном над океаническими просторами) американские самолеты горели, взрыва­лись при отсутствии какого-либо военного противодействия. Анализ катастроф привел к неожиданному результату: американский и австралийский дюймы и соответствующие измерительные приборы имели различие в долях миллиметра. Этого было достаточно, чтобы в бензопроводах происходили утечки горючего с очевидными последствиями.

Другой пример. В 1984 г. канадский пассажирский самолет «Боинг-647» произ­вел вынужденную посадку на автомобильный полигон после того, как при поле­те на высоте 10 тыс. м отказали двигатели по причине израсходованного горючего. Объяснением казалось бы невероятного происшествия явилось то, что на самоле­те приборы были градуированы в литрах, а приборы канадской авиакомпании, заправлявшей самолет, были градуированы в галлонах (примерно 3,8 л). Таким образом, горючего было заправлено почти в 4 раза меньше, чем требовалось.

До сих пор на автодорогах ряда стран привычные знаки ограничения скорос­ти указывают предельно допустимое значение скорости не в км/ч, как в России и странах Европы, а в милях в час (например, в США). На всех морских судах скорость движения измеряется в узлах (1 узел равен 1 морской миле в час). Необ­ходимо знать также, что в первом случае применяется сухопутная миля, равная примерно 1609 м, а во втором — морская миля, равная 1852 м. В мореходной практике применяется 1/10 морской мили, называемая «кабельтов» (185,2 м).

В астрономии применяются: астрономическая единица длины (а. е) — среднее расстояние от Земли до Солнца (1 а. е. = 1,496* 10¹¹ м = 149,6 млн. км); световой год — расстояние, которое свет проходит за один год (1 св. год — 9,4605 *10¹⁵ м); парсек — расстояние, с которого полудиаметр земной орбиты виден под углом в одну угловую минуту (1 пк — 3,086 *10¹⁶ м).

Таким образом, несмотря на принятую всеми Международную систему еди­ниц как обязательную или рекомендуемую, существует большое количество внесистемных единиц физических величин.

Наличие несоответствий, одобренных международными соглашениями, объяс­няется прежде всего огромными затратами, которые необходимо вложить в изме­нение технологии изготовления средств измерений (указателей), а также соответ­ствующей, обычно весьма многочисленной, документации. Но иногда нельзя не учитывать и привычность использования некоторыми организациями той или иной страны укоренившихся столетиями единиц измерений величин. Например, еще в XIX в. в России температуру измеряли в градусах по Реомюру и только в 1917 г. перешли к измерению в градусах Цельсия, а в США, Великобритании, Канаде до сих пор применяются термометры со шкалой в градусах Фаренгейта. У Джека Лондона в одном из рассказов говорится о суровых морозах, достигав­ших 5 градусов. Но 5 градусов мороза по Фаренгейту соответствуют примерно минус 15 градусам по Цельсию.

В 1999 г. американцы запустили к Марсу космический аппарат Mars Climate Orbiter стоимостью 125 млн долларов. Аппарат прошел от планеты на расстоянии около 100 км. Причина подобного промаха довольно быстро была обнаружена специалистами НАСА и фирм — разработчиков аппарата. Оказалось, что данные о единице силы, действующей на аппарат со стороны двигателей, рассчитывались с помощью фунтов и футов (см. формулу 3.11), причем другие узлы аппарата рас­считывались в ньютонах, т. е. в кг*м*с^-2. Таким образом, смешение винчестерс­ких мер, ранее использовавшихся в США, и новых (по Международной системе единиц), как полагают, и привело к «уводу» космического аппарата в сторону от планеты Марс.

За рубежом до сих пор применяются (постепенно выходящие из общего употребления) различные единицы измерений.

Основными единицами британской имперской системы являются: фут — единица длины, фунт — единица массы, секунда — единица времени. В качестве единицы температуры применяют градус Фаренгейта (часто одновременно со шкалой в градусах Фаренгейта дается шкала в градусах Цельсия), все чаще приме­няется шкала в градусах Цельсия. Иногда температура измеряется в градусах Ренкина. Британская тепловая единица (Btu) — единица количества теплоты приме­няется для оценки тепловой энергии в фазовых превращениях, химических реак­циях, процессах сгорания топлива и др. Определяется как количество теплоты, необходимое для нагревания одного фунта воды от 32 до 33° по шкале Фаренгейта. При этом 1 Btu = 1055,06 джоуля.

В качестве единицы объема, вместимости применяется так называемый «имперский бушель» (bu). При температуре 16,67 °С и атмосферном давлении 762 мм рт. ст. 1 bu = 36,3687 л. В США применяется так называемый «винчестер­ский бушель», который до 1826 г. использовался в Великобритании. При этом 1 bu (US) = 36,2393 л. Другой единицей объема, вместимости в Великобритании служит имперский галлон (gal). При температуре окружающей среды 16,67 °С и атмосферном давлении 762 мм рт. ст. 1 gal = 4,54609*10^-3 м³. В США применяется винчестерский (жидкостный) галлон, ранее (до 1878 г.) применявшийся в Вели­кобритании: 1 gal (US) = 3,78543*10^-3м³ .

Кроме того, для измерения объема (вместимости) нефти в США применя­ется в качестве единицы баррель: 1 баррель = 158,988*10^-3 м³. Для удобства перевода указанных единиц в привычные нам единицы объема напомним, что 1 литр = 1*10^-3 м³.

К одной из основных единиц длины, применявшихся ранее в Великобрита­нии и США, относится ярд (yd), узаконенный в 1101 г. английским королем Генрихом I. С 1907 г. в Великобритании было установлено: 1 yd = 0,914399204 м. Американский 1 yd = 0,914402 м. В настоящее время в англоязычных странах установлена единица 1 yd = 0,9144 м (точно).

Второе условие соблюдения единства измерений — необходимость выполнить их так, чтобы «сопровождающие» измерения погрешности их результатов были известны и не выходили бы с заданной вероятностью за установленные (допуска­емые) пределы.

Источник: Кузнецов В. А., Исаев Л. К., Шайко И. А. Метрология. – М.: ФГУП «Стандартинформ», 2005. – 300 с.