Расскажите об истории развития средств линейных измерений?

Линейными измерениями человечество занималось с незапамятных времен. В самом начале своего существования оно столкнулось с необходимостью иметь меры длины. В качестве таких мер принимались части человеческого тела или отрезки пути, преодолеваемые человеком за более или менее определенные интервалы времени, например световой день.

Первые меры длины Киевской Руси (Х1- Х11 вв.) назывались локоть, пядь, стопа, ладонь, палец. Однако расплывчатость и неоднозначность таких мер приводила к серьезным конфликтам. Поэтому уже в то время возникла необходимость поддержания единства мер, т.е. установления эталонов.

Примером тому служит «Золотой пояс» великого князя Святослава Ярославича. Он определил длину своего пояса как ″Се мера и основание″. Для непосредственных измерений применяли рабочие деревянные меры, равные длине «Золотого пояса». Отступление от эталона жестоко наказывалось.

К концу Х11 века на Руси сложилась система мер, включающая версту, сажень, локоть, пядь, перст, вершок, В тоже время развитие межгосударственных торговых связей, строительство, проведение на больших площадях картографических работ требовало упорядочения линейных мер.

Таблица 6. 1. Связь единиц мер, применявшихся в России с международной СИ

Величина	Наименование единицы и ее дольные	Перевод в СИ
Длина	1 верста = 50 сажень = 1500 аршин	1,0668 км
	1 сажень = 3 аршинам = 48 вершкам	2,1336 м
	1аршин = 16 вершкам	71,120 см
	1 фут =12 дюймам = 120 линиям	10,3048 м
	1 дюйм = 10 линиям = 100 точкам	2,54 см
	1 линия = 10 точкам	2,54 мм
Площадь	1 десятина = 2400 кв. сажен	10925,4 м2
Объем	1 бочка = 40 ведрам = 400 штофам	491,98 дм3
	1ведро = 10 штофам = 20 бутылкам	12,2994 дм3
	1 штоф = 2 бутылкам = 10 чаркам	1,22994 дм3
	1 бутылка = 10 шкаликам	0,61497 дм3
Масса	1 берковец = 10 пудам = 400 фунтам	163,805 кг
	1пуд = 40 фунтам = 1280 лотам	16,3805 кг
	1фунт + 32 лотам = 96 золотникам	409,572 г
	1лот = 3 золотникам = 288 долям	12,297 г

Реформы Петра 1 не обошли стороной и систему линейных мер. По его указу было принято соотношение русских и английских мер. Основные из них и их связь с современной международной СИ приведены в табл.6.1. Сделанный шаг в направлении включения России в английскую систему мер потребовал не только больших усилий по переходу на данную систему мер, но и внес определенную путаницу, особенно на первых порах. Эти меры часто фигурировали совместно в одном документе. Так в указе Сената от 24 июля 1741 года предписывалось, чтобы сооружавшиеся дома располагались ″от земли до нижнего пола на самых низких местах вышиной в 2,5 аршина, а на прочих местах, которые воде не столь подвержены, на 1 фут выше большей прибылой воды″.

Рост объемов геодезических работ в России, как и во всем мире, требовал совершенствования рабочих мер. Для измерения расстояний стали применять цепи длиной 5-10 сажень; для измерения превышений – нивелиры. Наблюдения за правильностью мер возлагалось на воевод и губернаторов. За неисправные меры владельцы несли суровые наказания. Так купцы, уличенные в неисправности мер, обязаны были возвратить покупателю товара втрое больше, уплатить в казну денежный штраф и понести телесное наказание.

Идея связать единицу длины с физической постоянной, например, с длиной дуги меридиана находила все большую поддержку, как в России, так и в европейских странах. Созданная в 1736 году комиссия Сената поддержала эту идею и рекомендовала перейти к десятичному принципу их деления. Этому способствовали достижения теоретической и практической геодезии, которые позволяли установить размеры Земли.

Для выработки предложений по эталону меры длины 26 мая 1791 года Национальное собрание Франции создало специальную комиссию Парижской Академии наук в составе Жана Бора, Жозефа Лагранжа, Пьера Лапласа. Комиссия рекомендовала в качестве такого эталона принять одну десятимиллионную часть длины одной четверти земного меридиана. По заданию комиссии академики-геодезисты Ж.Б. Деламбер и П. Ф.Мешеню в течение 6 лет выполнили измерение длины дуги меридиана между Дюнкером и Барселоной. По результатам их измерений в 1799 году была изготовлена и утверждена ″истинная мера″, получившая название метр. В 1889 году было изготовлено 30 прототипов архивного метра, два из которых №11 и №28 были переданы России. Так было положено начало международной системы линейных мер. За один метр принималась длина международного прототипа при температуре 0ºС.

Переход России на международную систему был долгим и трудным. Только в 1916 году русское правительство утвердило положение, первая статья которого гласила: ″В Российской империи применяются меры русские и международные метрические″. Полностью перейти на метрическую систему линейных мер удалось только в 1924 году, когда постановлением правительства запрещалось применение всяких других мер, кроме метрических.

Проблема хранения архивного метра заставляла ученых искать другие пути его хранения и воспроизведения. К тому же ученых и практиков к середине ХХ века перестала удовлетворять точность сравнения национального эталона с прототипом. Открытие новых физических явлений позволило найти пути более точного и надежного воспроизведения метра. Так в настоящее время метр воспроизводится с использованием длины волны монохроматического света. 14 октября 1960 года Х1 Международная конференция мер и весов приняла решение в качестве метра считать 1650763,73 длины волны в вакууме излучения соответствующего переходу между уровнями 2р¹⁰ и 2d⁵ атома криптона 86. Это позволило в 100 раз повысить точность воспроизведения эталона и она составила 3*10^-8.

21 октября 1983 года XVII Генеральная конференция мер и весов в Париже приняла новое определение метра как длины расстояния, которое свет проходит в безвоздушном пространстве за 1/299792458 сек. Это стало возможным с появлением атомной шкалы времени и развитием лазерных средств измерения расстояний. Точность воспроизведения метра при этом возросла. Абсолютная погрешность воспроизведения метра не превышает 1нм.

Одновременно с развитием мер совершенствовались приборы для измерения длин линий на местности. Так в 30-х годах прошлого столетия был создан сплав инвар, который практически не реагирует на изменение температуры окружающей среды. Мерные инварные проволоки позволяют измерять базисы в триангуляции с относительной погрешностью, не превышающей 10^-6 .

К этому же периоду относятся первые опыты по измерению расстояний радиолокационными способами. В 1936 году в ГОИ под руководством академика А.А.Лебедева был создан первый в мире светодальномер. Он послужил началом новой отрасли науки и приборостроения в области физических методов измерения расстояний.

Внедрение лазеров, электронных микромодулей и других средств новой техники ознаменовало собой качественный скачек в развитии геодезического приборостроения.

История развития линейных мер неразрывно связана с развитием человеческого общества и является составной частью нашей истории и цивилизации. Особенно важно знать эту историю специалистам, связанным с геодезическими измерениями на местности. Это позволяет более глубоко изучить возможности современных средств линейных измерений, их точностные характеристики, видеть пути дальнейшего развития, ибо каждая вещь известна лишь в той степени в какой ее можно измерить.