А. Л.
Измерения
Измерения и измерительные приборы. — Законы явлений природы; как выражения количественных отношений между факторами явлений, выводятся на основании измерений этих факторов. Приборы, приспособленные к таким измерениям, называются измерительными. Всякое измерение, какой бы ни было сложности, сводится к И. пространственности, времени, движения и давления, для чего могут быть избраны единицы мер условные, но постоянные или же так называемые абсолютные. Лишь световые и отчасти звуковые явления представляют исключение: сравнение силы света, испускаемого двумя источниками света, основано на физиологическом суждении о равенстве или неравенстве освещения поверхностей этими источниками. Это сравнение наиболее затруднительно для тех случаев, когда источники неодинакового цвета. Еще более затруднительно сравнение силы или напряженности двух музыкальных тонов, в особенности при различной их высоте.
И. пространственности сводится к И. длины линии, взаимного наклонения их (углов), поверхности и объема тел, при чем последние два рода измерений заменяются вычислениями во всех случаях, когда это возможно. Так как вообще И. есть сравнение какой-нибудь величины с другою однородною, принимаемой за единицу, то сравнение линий есть простейший род И. Суждение о равенстве двух линий, составляемое на основании совмещения их при наложении одной на другую, есть простейшее и этот род измерения — точнейший, если в помощь зрению будут употребляться микроскопы и зрительный трубы. Однако, точность И. надо понимать определенным образом и отличать от чувствительности И. Если некоторый измерительный прибор делает заметною и определяемою длину в 0,0001 мм., то сравнение двух значительных линий, несколько раз произведенное, при употреблении этого прибора, обыкновенно идет не так далеко; если оно доходит до 0,001 мм., то значит действительная точность измерения в десять раз менее чувствительности прибора. Микроскопы позволяют нам видеть величины в 1/1000 мм. и даже несколько меньшие; другие оптические средства, употребляемые, напр., при измерении длины световых волн эфира, дают возможность доходить до миллионных долей мм. и даже далее. Малость этих величин можно наглядно представить по сравнению их с толщиной листа тонкой почтовой бумаги, которая только несколько меньше 1/10 мм. Сравнить же, например, два образца метра между собою с постоянною точностью в миллионную долю мм. — невозможно. Множество причин могут изменять величину измеряемого предмета; устранить их влияние или определить его в момент измерения с такою точностью, чтоб можно было воспользоваться всею высокою чувствительностью измерительного прибора — обыкновенно невозможно. Такт., наприм., платиновый прут длиною в 1 метр, при нагревании его на 1/10°, сделается длиннее приблизительно на 1/1000 мм., удлинение же на l/1000000 мм. произошло бы от нагревания еще в 1000 раз меньшего; устранить не только такое изменение температуры, но даже гораздо большее — невозможно. Подобное различие действительной точности И. от чувствительности измерителя существует во всех родах измерений. Для измерения прямых линий или расстояний между двумя точками служат приборы, состоящие из масштаба с делениями (обыкновенно — миллиметрами), которых подразделения отсчитываются при помощи верньеров и разного рода микрометров. Один из общеупотребительных приборов такого рода есть катетометр; прибор, назначенный для сравнения мер длины между собою, называется компаратором. Для измерения толщины пластинок и кривизны поверхности оптических чечевиц служит сферометр, которого главная часть есть микрометренный винт. Для измерения малых изменений длины употребляется, как вспомогательный прибор, чувствительный рычаг (простой неравноплечий или двойной). Особые оптические микрометры, основанные на цветах, образуемых, вследствие интерференции света, весьма тонкими слоями воздуха и употребляемые в некоторых специальных случаях, дают возможность измерять наименьшие величины, размеры которых была приведены выше.
Угловые величины измеряются угломерными приборами, которых главная составная часть обыкновенно есть круг, разделенный на градусы, подразделенные на 2 — 30 частей; в последнем случае каждое деление (т. е. промежуток между двумя чертами) равно 2' дуги. В разделенном круге или лимбе движется другой круг или алидада, с делениями, составляющими верньер, при помощи которого можно непосредственно отсчитывать обыкновенно 10", иногда 5" и даже 4" дуги на больших и особенно точных кругах. Верньеры заменяются иногда микроскопами, позволяющими измерять до 1" непосредственно. Здесь также предел непосредственного измерения наименьших углов ограничен неизбежными неточностями устройства приборов и изменяемостью их частей от влияния температуры, тяжести и других причин. Весьма важный в астрономии вопрос о кажущемся перемещении так называемых неподвижных звезд относительно наблюдателя, находящегося на земле, которое должно происходить вследствие движения земли по ее орбите, остается еще нерешенным вследствие еще недостаточной точности весьма малых угловых величин (меньших чем 1"); это вопрос о параллаксе звезд, ведущий к определению их расстояний от земли. В физических приборах для определения малых отклонений магнитных стрелок от первоначальных их положений, от действия электрического тока или земного магнетизма употребляется особенный способ угловых измерений, исключающий необходимость употребления разделенных кругов. Это угломерный способ Гаусса и Поггендорфа, применяемый к гальванометрам, магнитометрам и электрометрам, и основанный на наблюдении зрительной трубой отраженных в зеркале, соединенном с наблюдаемых подвижным предметом, делений линейки, помещенной рядом с зрительною трубою; чувствительность методы доходит до 5" и менее. К угломерным приборам относятся также микрометры зрительных труб. Почти все астрономические приборы постоянные и переносные (универсальный инструмент, теодолит), морской отражательный круг, прежний секстан, в физике — спектрометры, в кристаллографии и физике — гониометры, и многие другие снабжаются разделенными кругами.
И. площадей и вообще поверхностей всего точнее может быть достигнуто вычислением, если их очертания и кривизны не очень сложны. В противном случае употребляются разные приемы и приборы для измерения поверхностей плоских фигур (планиметры), дающие результаты достаточно точные во многих частных случаях. Подобно поверхности, и объем тела может быть вычисляем, если оно ограничено поверхностями, изученными в геометрии, в большинстве же случаев встречается надобность в И. объемов неправильно ограниченных тел и тогда употребляются объемомеры (Volumenometres) или же вычисляются объемы из веса и удельного веса тела. Если тело весит Р гр., а его удельный вес (вес одного куб. см.) равен d гр., то P: d дает искомый объем в куб. см. Чаще всего объем тела определяют непосредственно с целью определения его удельного веса, если удельный вес его не может быть найден обыкновенным способом. Для этого надо разделить вес тела, выраженный в гр., на число куб. см., определяющее его объем; в частном получают число, вес 1 куб. см. тела в граммах. Объемомеры основаны на вытеснении воздуха из сосуда, в который кладут подлежащее И. тело (растворимая в воде соль, очень гигроскопичное тело, порошки и т. п.); вытесненный объем определяется на основании закона Бойля-Мариотта, но вообще с малою точностью. Изменения объема тел в зависимости от температуры тел, с целью нахождения коэффициентов расширения, наблюдаются и определяются с большою точностью в приборах, подобных обыкновенным термометрам. В узких трубках таких приборов могут быть замечены изменения объема до 2/1000 куб. мм.
Силы обнаруживают механически свое существование движением тел всей массой или движением частичным и давлением на препятствие. Последнее измеряется обыкновенными и крутильными весами; грубее — пружинными весами. Давление жидкостей и газов определяется манометрами. Чувствительность и точность весов чрезвычайно велики, при чем первая, по общему правилу, всегда превосходит вторую. И. сил (притягательных и отталкивательных) посредством движения тел, а именно И. ускорений, всего удобнее и точнее производится из числа качаний маятника в определенный промежуток времени. Таким образом определяется притяжение земного сфероида (геоида), различное на разных точках его поверхности. Горизонтальный электрический маятник может служить для И. электрических притяжений; качания магнитной стрелки — для измерения напряженности земного магнетизма. Для первой цели употребляются также особые крутильные весы, как, напр. в абсолютном электрометре Томсона; для земного магнетизма также могут служить магнитные весы Лойда. Сила гальванического тока определяется из положения магнитит стрелки, принимаемого ею вследствие давлений, производимых на нее отталкивательной силою тока и направляющею силою земного магнетизма.