Принцип подвижной шкалы

Принцип подвижной шкалы

Потребность в точных и сверхточных измерениях росла вместе с развитием техники. Но вплоть до XVII века устройство всех инструментов для линейных измерений сводилось к принципу масштабной линейки, так как по существу все они имели плоскую поверхность с нанесенным на нее различного вида и формы делениями. Но вот в 1631 г. француз Пьер Верньер разрабатывает принцип подвижной шкалы (нониус). Для увеличения точности отсчета результатов измерений он предлагает обычные масштабные линейки снабжать небольшой подвижной шкалой с 10—20 делениями. В начальном положении нули обеих шкал совпадают. При измерении нуль неподвижной шкалы линейки совмещается с началом, а нуль подвижной шкалы — с концом измеряемого предмета. По линейке отсчитываются целые деления, а по нониусу — их дробные части. При этом чем больше делений имеет нониус, тем меньшую долю основной шкалы можно отсчитать и, следовательно, тем точнее измерить предмет.

Тогда же англичанин Вильям Гаскойн изобрел передвижной индикатор, который он применил в телескопе для измерения звезд. Индикатор состоял из винта, входящего в резьбовое отверстие металлической планки. Планка была неподвижной, поэтому винт при своем вращении одновременно двигался вперед или назад. Один конец винта упирался в трубу телескопа, а на другом конце была нанесена шкала, показывающая, на какую длину перемещается винт при вращении. Если труба телескопа перемещалась из одного положения в другое, нужно было вращать винт до тех пор, пока его конец по-прежнему упрется в трубу. После этого, взглянув на шкалу, можно было узнать расстояние, которое проделала труба телескопа. Индикатор Гаскойна был, по сути дела, предшественником микрометра.

В 1772 г. Джеймс Уатт изобретает микрометр. Прибор был снабжен двумя шкалами. Первая имела 100 делений и делала возможным отсчет с точностью до 0,01 дюйма. Вторая шкала позволяла отсчитывать показания в  /256 дюйма. Это была небывалая точность для того времени. А в 1848 г. во Франции Пальмер запатентовал микрометры для точного измерения листового металла.

Метр и его семейство

Разнообразие мер

К концу XVIII века трудами таких великих ученых, как Ломоносов, Ньютон, Галилей и др. уже были установлены основные законы физики, химии и других точных наук. Но существовавший хаос в измерениях, неточность и разнообразие мер сильно затрудняли научные исследования, развитие промышленности и торговли.

Достаточно сказать, что каждый немецкий город, каждая провинция Италии, каждый кантон в Швейцарии имели свои собственные меры. В Австрии не только в каждом городе, но зачастую в одном городе, но на разных рынках были свои меры. Но нигде многообразие и путаница мер не ощущались так сильно, как во Франции. За сеньором, например, было закреплено феодальное право иметь в своих владениях собственные меры и самому же проверять их. Злоупотребления, связанные с этим правом, вызывали законное возмущение народа. Давно уже настала пора радикальной реформы мер.

В проектах на этот счет недостатка не было, но все они сходились на том, что необходимо создать такую единицу длины, которая представляла бы собой часть какой-то природной, не изменяющейся во времени величины. Такая мера должна была быть, во-первых, неизменной и, во-вторых, при надобности восстанавливаемой. Такие ученые, как Гюйгенс и Пикар, президент США Джеферсон, и др. предлагали воспользоваться длиной маятника, период колебания которого составлял 1 сек., другие — видимым диаметром Солнца, третьи — расстоянием, проходимым в первую секунду свободно падающим телом, четвертые, в их числе знаменитый математик Гаусс, — расстоянием, определяющимся частью дуги земного меридиана. Наблюдения, однако, показали, что длина секундного маятника и скорость свободного падения неодинаковы в различных местах земной поверхности. Измерение величины видимого диаметра Солнца представляло по тем временам слишком сложную задачу и не могло быть выполнено достаточно точно. Поэтому мнение большинства ученых склонилось к установлению меры длины исходя из размеров земного меридиана.