Рис. 6. Эталон килограмма.
Сохранить такую точность в течение долгого времени удаётся благодаря исключительно тщательному «уходу» за эталонами. Эталоны нуждаются в абсолютном покое. Пользуются ими очень редко, чтобы они не изнашивались и не изменяли своего значения. По этой же причине эталоны хранятся под стеклянными колпаками или в специальных футлярах. Температура в хранилищах поддерживается постоянной, чтобы размеры эталонов не менялись. Кроме того, при изменении температуры воздух в помещении начинает циркулировать, а это способствует накоплению пыли. Известно, например, что стеклянные колпаки-абажуры для ламп особенно сильно пылятся изнутри. И вот почему. Когда лампа горит, воздух, нагреваясь, расширяется и частично выходит из-под колпака наружу. Когда же лампа выключается, колпак остывает и засасывает воздух извне. При этом содержащаяся в воздухе пыль оседает на внутренней поверхности колпака. Такая же картина наблюдается в помещениях, где температура колеблется.
Но почему нужно оберегать эталоны от пыли? Пыль вредна тем, что при удалении её на поверхности эталона могут появляться мельчайшие царапины, а это понизит его точность.
ОТ ЭТАЛОНА К «РАБОЧЕЙ» МЕРЕ
В технике и в быту находят применение сотни тысяч различных мер. Ясно, что поверять каждую из них непосредственно по государственному эталону практически невозможно, не говоря уже о том, что от частого употребления он быстро бы износился и утратил первоначальную точность. Как же быть?
Оказывается, вопрос решается сравнительно просто. Между государственным эталоном и рядовой «рабочей» мерой существует ещё ряд промежуточных звеньев.
Обычно у каждого основного государственного эталона есть несколько «двойников» — эталонов-копий, которые применяются для поверки так называемых «рабочих эталонов». Рабочие эталоны используются в свою очередь для поверки образцовых мер меньшей точности. А уже с образцовыми мерами сличается вся масса рабочих мер, применяемых для практических измерений.
Кроме эталонов-копий, имеются ещё «эталоны-свидетели». С ними сравнивают государственный эталон, если в его правильности возникает какое-либо сомнение. Таким образом, единственное назначение «эталонов-свидетелей» — создать уверенность в неизменности основного эталона.
Государственный эталон, эталоны-копии и эталоны-свидетели — это «хранители» единицы измерений. Рабочий же эталон и другие образцовые меры служат для «передачи» и «размножения» единицы. Наконец, обычные рабочие меры предназначены для повседневного пользования.
ДЛЯ ЧЕГО НУЖНЫ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
Только немногие меры сами по себе достаточны для измерений. Таковы, например, меры длины. Приложив линейку к измеряемому телу, мы сразу узнаем его длину. А как быть, если нужно измерить, положим, вес тела?
Всякий знает, что для этой цели, помимо гирь, нужны ещё и весы, то есть измерительный прибор.
Таким образом, измерительные приборы служат как бы посредниками между измеряемой величиной и мерой.
На рис. 7 показаны простые рычажные весы. На одну чашку кладётся гиря, а на другую — взвешиваемое тело. Если оно весит столько же, сколько и гиря, то чашки весов уравновесятся.
Рис. 7. Простые рычажные весы.
Но не все единицы измерений имеют свои меры. Нет их у единиц скорости, времени и т. д. Эти меры невозможно осуществить. В таких случаях применяются так называемые «показывающие» приборы, которые позволяют обойтись вовсе без мер. Показывающие приборы очень удобны в обращении, поэтому ими часто пользуются даже когда возможно применение мер. По такому принципу устроены, например, пружинные весы (рис. 8).
Если подвесить на пружине груз, то пружина растянется тем сильнее, чем больше он весит. Значит, чтобы измерить вес груза, достаточно определить, насколько растянулась пружина. Это делают с помощью шкалы — линейки с делениями, по которой движется стрелка, прикреплённая к пружине.