Вода і вимірювання

Вимірювання - це порівняння вимірюваної величини з еталоном, зразковою мірою. Незважаючи на всі аномалії води саме її вибрав людина як еталон для вимірювання температури, маси (ваги), кількості тепла, висоти місцевості.

У давнину, в Греції і Римі, вода допомагала людині вимірювати час. Це було перше в історії застосування води для вимірювань. Спочатку водяний годинник були дуже простої конструкції: наповнений водою мідний посуд з вузьким отвором на дні, через яке повільно, крапля за краплею, витікала вода. За рівнем води в посудині і визначали "минуле" (в буквальному сенсі слова) час. Для цього на стінках посудини були нанесені позначки - рисочки. Водяний годинник (клепсидра) замінювали собою в похмуру погоду сонячний годинник. Греки ставили клепсидру в суді щоб всім учасникам процесу надавати однаковий час для виступу, яке вимірювалося клепсидрою. Ось з якої сивої давнини дійшло до нас сучасне вираз: "Ваш час минув!".

При створенні термометра, точніше, його шкали, були використані деякі фізичні властивості води. Німецький фізик Фаренгейт, який прожив більшу частину свого життя в Голландії, винайшов в 1714-1715 рр. ртутний термометр і зробив температурну шкалу, що носить його ім'я. Як "реперів" (вихідних точок) для шкали він прийняв точку кипіння води, яку позначив 212 °, і точку, що відповідає температурі суміші льоду з сіллю (-17,5 ° С), позначивши її 0 °. Потім розділив шкалу від 212 до 0 ° на 212 рівних частин. Температура танення льоду (0 ° за шкалою Цельсія) відповідає 32 ° за шкалою Фаренгейта. Таким чином, по цій шкалі температурний інтервал між точкою кипіння води і точкою танення льоду розділений на 180 поділок - від 212 до 32 ° (а не на 100 поділок, від 100 до 0 °, як на шкалою Цельсія). Нам відліки температури за шкалою Фаренгейта здадуться дуже несподіваними і дивними. Наприклад, в теплий літній день, з температурою 26-27 ° С, термометр Фаренгейта покаже 80 °!

Нарешті, шведський фізик Андерс Цельсій, член Стокгольмської академії наук, створив в 1742 р стоградусную шкалу термометра, якої в даний час користуються майже повсюдно. Тепер точка кипіння води позначена 100 °, а точка танення льоду 0 ° (а спочатку було навпаки: Цельсій позначив точку кипіння 0 °, а точку танення 100 °!).

При розробці метричної системи, встановленої за декретом французького революційного уряду в 1793 р замість різних старовинних заходів, вода була використана для створення основного заходу маси (ваги) - кілограма і грама. 1 г, як відомо, це вага 1 см 3 (мілілітра) чистої води при температурі її найбільшої щільності - 4 ° С. Отже, 1 кг - це вага 1 л (1000 см 3) або 1 дм 3 води, а 1 т (1000 кг) - це вага 1 м 3 води.

Вода була використана і для вимірювання кількості тепла. Одиниця кількості тепла - калорія. Вона визначається як кількість тепла, необхідне для нагрівання 1 г чистої води на 1 ° С (точніше, для нагрівання 1 г води з 14,5 до 15,5 ° С).

Так вода допомогла фізикам встановити зручні заходи температури, маси, тепла.

Всі висоти і глибини на земній кулі, будь то вершини найвищих гір або низовини, розташовані нижче рівня моря, підйом штучного супутника або спуск батискафа на дно морське, відраховуються від рівня моря. Це може здатися парадоксальним: адже що може бути мінливіший поверхні моря. Море увесь час в русі, хвилі і приливи постійно коливаються його поверхню. І все ж, незважаючи на мінливість, поверхня моря з давніх пір визнана вченими-геодезисти найпридатнішою вихідною поверхнею для визначення так званої абсолютної висоти, інакше званої висотою над рівнем моря (під відносною висотою розуміють перевищення однієї точки на поверхні суші над іншою, відносна висота гори-це перевищення її вершини над підошвою). Чому ж обрали геодезисти поверхню моря? Якби якимось дивом раптом припинилися коливання викликаються зжене і вітрами наганянь, приливами і відливами, то рівень моря встановився б в середньому положенні в положенні рівноваги. Так як всі моря і океани з'єднані між собою, то, за законом сполучених судин, їх рівень мав би встановитися в усьому світі на одній висоті. Ось цей-то середній рівень моря, що не змінюється протягом багатьох десятиліть і століть, і прийнятий в якості вихідної поверхні для відліку висот на суші. Тому абсолютна висота - це висота не над якимось випадковим рівнем моря, а над його середнім рівнем. А щоб встановити положення середнього рівня, необхідно протягом ряду років (не менше 2-3 десятиліть) безперервно спостерігати за коливанням рівня води в море. Абсолютна висота відраховується зазвичай від середнього рівня того моря, на березі якого розташована дана країна. Якщо країна знаходиться далеко від морських берегів, вимірювання прив'язуються до середнього рівня найближчого моря. ВУкаіни абсолютні висоти відраховуються від середнього рівня Балтійського моря - від нуля Кронштадтського футштока, висотне положення якого збігається із середнім багаторічним рівнем Фінської затоки і, отже, Балтійського моря. З цього футшток, встановленому на кам'яному засаді мосту через Обвідний канал в Кронштадті, ведуться безперервні спостереження. Нуль футштока суміщений з горизонтальною лінією, висіченим на засаді мосту, і закріплений мідною пластиною з написом "Вихідний пункт нівелірної сетіУкаіни". Побачити цю рису можна тільки тоді, коли рівень води в каналі нижче середнього (ординара).