Измерительная техника существует с глубокой древности. За несколько тысячелетий до н. э. развитие товарообмена привело к измерениям веса и появлению весов; примитивная измерительная техника требовалась также при разделе земельных участков (измерение площадей); при установлении распорядка дня и суток, выработке календаря (измерение времени); в астрономических наблюдениях и кораблевождении (измерение углов и расстояний); в строительстве (измерение размеров). В античную эпоху в процессе научных исследований были выполнены некоторые тонкие измерения, например были измерены углы преломления света, определена дуга земного меридиана. Примерно до 15 в. измерительная техника не отделялась от математики, о чём говорят такие названия, как «геометрия» (измерение Земли), «тригонометрия» (измерение треугольников), «пространство трех измерений» и т.д. Средневековые математические трактаты часто содержали простое перечисление правил измерения площадей и объёмов. Математическая идеализация реального процесса измерения сохранилась в ряде важных математических понятий (от иррационального числа до интеграла).
В глубокой древности мерами служили главным образом части человеческого тела. Достоинство таких «мер» в том, что они всегда «под руками».
Несколько тысячелетий назад в Египте были воздвигнуты огромные пирамиды. При постройке их в качестве единицы длины применялся локоть — расстояние от кончика среднего пальца до локтя. Египетский локоть равнялся приблизительно 525 миллиметрам.
Такая же мера длины употреблялась и в древней Вавилонии (1500—500 годы до нашей эры), но вавилонский локоть был равен примерно 540 миллиметрам. До конца XVI века локоть служил основной единицей длины и в России. Здесь его длина составляла около 457 миллиметров. Затем локоть заменили аршином, который был в полтора раза длиннее, т. е. равнялся примерно 686 миллиметрам. Слово аршин пришло с востока; «арш» по-персидски — тот же локоть. В начале XVIII века аршин увеличили до 711 миллиметров.
Уже в древних Египте и Месопотамии, где зарождалась человеческая цивилизация, люди решали множество задач связанных с измерениями расстояний, времени, размеров и массы предметов, площадей земельных участков и т.п. Вначале это были примитивные измерения, производимые "на глаз". Со временем человек научился сравнивать наблюдаемые им предметы с размерами собственного тела, которое стало выполнять роль меры и единиц различных величин. Однако размеры тела различных людей существенно отличались, и поэтому измерения оказывались весьма неточными.
Поскольку развитие торговли, мореходства и ремесла требовали все более точных измерений, то со временем люди стали сами специально изготавливать некоторые эталоны мер и в законодательном порядке требовать их использования. Прототипами таких эталонов становились либо какой-то конкретный человек, например, в качестве меры длины во многих государствах древности использовался локоть правителя этого государства, либо какая-нибудь естественная мера, например, астрономического характера для задания единицы времени (лунный месяц и т.п.). В это время появились и первые измерительные приборы. Ими стали водяные и солнечные часы, различные линейки, весы, гири и т.п.
Издавна в России применялась и другая единица длины — сажень; до XVII столетия она была равна трём локтям. В 1649 году сажень приравняли трём аршинам. Помимо трёхлокотной и трёхаршинной саженей находили применение две другие сажени — косая и маховая (вспомните поговорку «косая сажень в плечах»).
Косая сажень равнялась расстоянию от подошвы левой ноги до конца большого пальца вытянутой вверх правой руки. Маховая сажень была равна расстоянию между концами средних пальцев распростёртых рук.
В Англии до сих пор применяется единица длины — дюйм, который первоначально равнялся длине сустава большого пальца. Само слово «дюйм» по-голландски означает большой палец.
Многими народами применялась ещё одна единица длины — фут (от английского слова «ступня»). Он был равен длине человеческой ступни.
Расстояния измерялись шагами, двойными шагами и т. д. В древнем Риме для этой цели применяли особую единицу — милю, равную тысяче двойных шагов. Слово «милле» по-латыни значит тысяча.
Но все подобные меры имели очень большой недостаток. Ведь у одного человека рука длиннее, а у другого короче; у одного шаг шире, а у другого уже. Значит, каждый измеряет по-своему. Отсюда и пошла пословица «другого на свою меру не меряй». Немудрено, что долгое время в мерах царила полная неразбериха. Так, например, в Германии даже в начале XIX века единица длины фут имела значение от 250 до 330 миллиметров.
Всё это мешало развитию промышленности и торговли. Ведь дело доходило до того, что в одном и том же городе на разных рынках употреблялись разные меры! Развитие торговли требовало, чтобы все «локти», по крайней мере в пределах одной страны, были одинаковыми.
Ещё в XII веке английский король Генрих I ввёл узаконенную меру длины — ярд. По преданию ярд равнялся расстоянию от носа короля до конца среднего пальца вытянутой руки. Другое предание гласит, что прототипом ярда послужил королевский меч.
Гномон (др.-греч. γνώμων — указатель) — древнейший астрономический инструмент, вертикальный предмет (стела, колонна, шест), позволяющий по наименьшей длине его тени (в полдень) определить угловую высоту солнца. Кратчайшая тень указывает и направление истинного меридиана. Гномоном также называют часть солнечных часов, по тени от которой определяется время в солнечных часах.
Искусство конструирования и изготовления гномонов и солнечных часов называется гномоникой.
Гномон позволяет определить:
- -астрономический полдень — момент, когда длина его тени наименьшая.
- -направление на север — по направлению тени в астрономический полдень.
- -широта места — по длине тени в астрономический полдень.
Для точности измерения важное значение имеет высота гномона — чем он выше, тем длиннее отбрасываемая им тень, что повышает точность измерения. Для удобства отсчёта на конце гномона было отверстие, которое было ярко видно в тени. Тем не менее точность гномона в принципе невелика, так как угловой диаметр Солнца приблизительно равен 30', использовать же гномон для измерения по звёздам невозможно.
Принято считать, что гномон изобрёл древнегреческий философ и астроном Анаксимандр Милетский.
Квадра́нт — ранний прототип секстанта, астрономический инструмент для определения высотсветил. Квадрант состоит из пластины с лимбом в четверть окружности для отсчёта углов и планки (либо телескопа) для фиксации угла, прикреплённой к этой пластине одним концом.
Стенной квадрант был одним из важнейших наблюдательных инструментов дооптической астрономии. В странах исламского мира самыми крупными были стенные квадранты ал-Бируни (R =7,5м), Насир ад-Дина ат-Туси в Марагинской обсерватории (R =6,5м), а также гигантский инструмент обсерватории Улугбека в Самарканде (R = 40м). Эти инструменты обеспечивали наивысшую точность измерений для своего времени.
Главная особенность секстанта, которая позволила ему вытеснить астролябию, состоит в том, что при его использовании высота светила измеряются относительно горизонта, а не относительно самого инструмента. Это даёт большую точность. При наблюдении через секстант горизонт и светило совмещаются в одном поле зрения, и остаются неподвижными относительно друг друга, даже если наблюдатель находится на плывущем корабле. Это происходит, потому что секстант показывает неподвижный горизонт прямо, а астрономический объект — сквозь два противоположных зеркала.
Части секстанта смонтированы на раме, образованной двумя радиусами и дугой, которая называется лимбом. С помощью секстанта можно измерять углы до 140° влево от нулевого индекса и до 5° вправо, эти отметки находятся на лимбе. На левом радиусе неподвижно установлены малое зеркало и светофильтры. Половина поверхности малого зеркала прозрачна. В вершине рамы на подвижном радиусе, называемом, укреплено большое зеркало. На другом конце алидады укреплён отсчётный барабан, разделённый на 60-минутные деления. Труба вставляется в специальную стойку на раме секстанта.
Диоптр (греч. dióptra, от diá - через, сквозь и optéuo - вижу, обозреваю), простейшее устройство для фиксации направления на предмет, т. е. Визирования. Диоптр представляет собой 2 металлических пластинки (глазной и предметный Диоптр), укреплённые на концах алидады или на разделённом круге. Глазной Диоптр имеет отверстие малого диаметра или узкую щель, предметный Диоптр - мушку или тонкий волосок, натянутый на некотором удалении от глазного. Наведение Диоптра сводится к такому его повороту, чтобы при рассматривании через глазной предметный проектировался на визируемую цель. При достаточном расстоянии между глазным и предметным точность визирования может составлять 2-5 мин дуги. Диоптр описан ещё Героном Александрийским (около 1 в.), ранее широко применялся в геодезических инструментах, ныне сохранился только у некоторых типов буссолей.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему