Egy kis méréstörténet

A mérés - definíciója szerint - a mérendő dolog nagyságának, a mérendő mennyiség mérőszámának meghatározása mértékegységével történő (közvetlen vagy közvetett) összehasonlítással. (Pl. hosszúság mérése mérőszalaggal, áramerősség mérése galvanométerrel, stb.)

Szóval a mérés tulajdonképpen valamiféle összehasonlítás.

Mondhatnánk azt is, hogy a fejlődés során tulajdonképpen "csak" az változott, amivel összehasonlítjuk a mérendő dolgot, meg persze az, ahogyan ezt végezzük.

Eleinte nem voltak túlságosan zavaróak a mindennapi gyakorlatban a helyileg eltérő mértékegységek. Később, a technika fejlődése szükségessé tette a szabványosításokat.

Mérést nagyon régóta végeznek az emberek.

Biztosan már az ősember is mérte az időt. Itt az "összehasonlítás" nyilván természeti jelenségekkel történt.

Valószínűleg a leghamarabb a "napnyi" időtartam mérését ismerték fel. Elég könnyen megfigyelhető, hogy egy sötét és egy világos időszak együttes hossza mindig ugyanannyi.
Ezt az időtartamot nevezzük egy napnak.

A nagyobb, hónapnyi időegység "természetes" alapjait, a Hold fázisváltozásait is is bizonyára hamar megfigyelték.
A még nagyobb időegység, az év mérése, már kicsit bonyolultabb, de a megmaradt létesítményekből úgy tűnik ezt is viszonylag hamar megfigyelték.

Rövidebb idők méréséhez már eszközök kellenek.
Ezek közül talán a napóra a legegyszerűbb, de számos más eszközt is hamar elkezdtek használni.

A XIII. század körül alakultak ki az első mechanikus órák és innen már "csak egy ugrás" az atomórák alkalmazása...
(Az időmérés történetével részletesen foglalkozom az Érdekességek részben az Időmérés - módszerek a kezdetektől napjainkig címszavában.)

Az idő mértékegységét később szabványosították.
Először a szoláris középnap 1/86.400-ad részeként határozták meg.
Később a még nagyobb pontossági igény miatt a 133-as tömegszámú alapállapotú céziumatom két hiperfinom szintje közötti átmenetnek megfelelő sugárzás 9.192.631.770 periódusának időtartamaként határozták meg.
Ma már a világidő is ezen az atomi meghatározáson alapszik.

Egyéb mérésekhez, pl. a hosszúság, térfogat, stb. méréséhez már ki kellett találni valamilyen összehasonlítási alapokat (mértékegységeket). Ezek nyilván területenként változtak.

Ezek a mérések bizonyára nem voltak túlságosan pontosak és a "nemzetközi" összehasonlítással, az átváltásokkal is komoly problémák lehettek, amiket azért biztosan meg lehetett oldani a kor elvárásainak megfelelően.
(Az átváltási problémák egyébként még most, az "űrkorszakban" is okoztak súlyos problémákat, néhány éve például egy mars-szonda elvesztését.)

Nézzünk néhány konkrét példát a különféle mértékegységekre és azok fejlődésére.
Ezek egy részét a mai napig használják.

A hosszmértékegységnek használt láb és hüvelyk nyilván az emberi testrész alapján alakult ki.
Országonként eltérő méretet jelentett.
A jelenleg az USA-ban használt változatuk már nyilván valamilyen rögzített érték, de azért nem éppen tízes alapú és elég nehézkes vele számolni. (Nem is igazán értem miért használják még.)

A forradalmi változást a francia forradalom hozta, amikor bevezették a métert (a képen az "ősméter" látható).
Ezt először a Föld egyik délkörének hosszából vezették le, de a nagyobb pontosság érdekében jelenleg használt definíciója szerint: a kripton-86 atom 2p10 és 5d5 szintjei közötti átmenetnek megfelelő sugárzás vákuumbeli hullámhosszának 1.650.763,73-szorosa.
Az ókori épületek jó bizonyítékot jelentenek arra, hogy a gyakorlatban nincs szükség ekkora pontosságra.

(A hosszúság címszónál egy sor hosszmértékegység átszámítása elvégezhető.)

Ugyanez a helyzet a térfogat esetén is.
Nyilván itt is a környezetben található eszközök adták az összehasonlítási alapot (csészényi, csipetnyi, stb.).
Persze ezek sem igazán tudományosan meghatározott pontosságúak.
A hosszúságegységekből is levezettek térfogat-mértékegységeket (köbláb, köbhüvelyk) és ilyen módon képezték a jelenlegi SI-alapegységet a köbmétert is.

(A térfogat címszónál egy sor térfogatmértékegység átszámítása elvégezhető.)

A tömeg, illetve a súly mérése meglehetősen keveredő fogalmak, mert a Földön, a mindennapi életben nincs jelentősége a kettő közötti eltérésnek.

A legrégebben használt tömegmérőeszköz a karosmérleg

A tömegegységként elég régóta használják a fontot, egyes helyeken a mai napig, de hivatalos SI-egysége a kilogramm.
Ez az egyetlen olyan SI-egység, aminek még alapja mindig a Súlyok és Mértékek Nemzetközi Irodájában őrzött platina-irídium henger tömege. (Nem rég olvastam, hogy már dolgoznak egy "tudományosabb" - és persze sokkal pontosabb - meghatározáson.

(A tömeg címszónál egy sor tömegmértékegység átszámítása elvégezhető.)

A mindennapi mérések között még mindenképpen érdemes megemlíteni a hőmérsékletet.
A legelterjedtebben jelenleg a Celsius-skálát használják, a fizikában pedig az SI-alapegység Kelvin-skála használatos.
Az USA-ban viszont még mindig a ° Fahrenheit skálát használják, ami szintén nem éppen 10-es alapú.

A legelterjedtebb folyadékos hőmérők néhány változata

(A hőmérséklet címszóban található átváltási lehetőség.)

Az összehasonlítási alapok változását a pontosságra törekvés hozta.

Napjainkban már nagyon pontos mérőeszközök állnak rendelkezésre a mindennapi életben is (pl. egy "teljesen hétköznapi" kvarcóra is sokkal pontosabb, mint a legpontosabb mechanikus időmérő szerkezetek). Tudományos vizsgálatokhoz pedig a mindennapi életben használtnál sokkal pontosabb eszközök állnak rendelkezésre.

A technika és a tudomány fejlődésével a fentebb említett alapmennyiségek és alap-mértékegységek mellé megjelent még az áramerősség (SI-alapegysége az amper), az anyagmennyiség (SI-alapegysége a mól) és a fényerősség (SI-alapegysége a candela).

Említettem már egy régóta használt származtatott mennyiséget (térfogat) is, de ennél lényegesen többet használunk.
(A mértékegységek címszavamban az összes származtatott mennyiség és a hozzájuk tartozó származtatott mértékegységek is megtalálhatók egy táblázatban. A hozzájuk tartozó linkekkel mindegyikről elérhető részletes információ.)

Nézzük meg még néhány alap és származtatott mennyiség mérésének fejlődését is.

Minden mérés valamilyen kölcsönhatáson alapul.
A "sima összehasonlítás" is tulajdonképpen ilyen. (Ha egy mérőszalagot a mérendő tárgy mellé helyezzük, a tömeget egy kétkarú mérlegen összehasonlítjuk a súlysorozat valamelyik tagjával, akkor is fizikai kölcsönhatás történik.)

A hőmérséklet mérésére számos módszer lehetséges, de mindegyik kölcsönhatáson alapul.
A legelterjedtebb folyadékos hőmérők hőtágulás alapján mérnek. A bimetálos kapcsoló is hőtágulás alapján érzékeli a hőmérséklet megváltozását.

Különböző működési elvű hőmérők

Mérhető hőmérséklet az elektromos ellenállás vagy a kapacitás megváltozása alapján, a test által kibocsátott elektromágneses sugárzás hullámhosszának változása alapján, stb.

(Az Érdekességek rész Érzékelés - észlelés - kölcsönhatás címszavában részletesebben foglalkozom a témával.

Felhasznált irodalom