Гиря больше не указ – килограмм стал электрическим

В Международной системе измерений произошло революционное изменение: единица массы больше не привязана к физическому объекту. Это значит, что металлический килограммовый цилиндр уже не является эталоном при взвешивании. Теперь килограмм определяется как "количество энергии, необходимой для того, чтобы сдвинуть с места объект весом в килограмм".

В 1983 году такое же превращение из видимого в невидимый объект пережила единица длины. Тогда Генеральная конференция по мерам и весам постановила, "что метр – это расстояние, проходимое светом в вакууме за 1/299 792 458 долю секунды". Прежний эталон метра стал ненужным. Он выглядел как металлический стержень соответствующего размера с нанесенными на него штрихами. Место его хранения – Международное бюро мер и весов в Севре близ Парижа.

Кому это нужно?

Такая же история произошла и с килограммом как единицей массы. И его прежний эталон – металлический цилиндр соответствующего веса также хранится в Севре. Килограмм был последней единицей, для определения которой требовался предмет. Это не значит, что в жизни обычного человека что-то изменится. Весы, к которым мы привыкли – электронные или пружинные, с "гирьками", будут служить и дальше. С той только разницей, что их можно будет точнее откалибровать.

© РИА Новости / А. Гусев

Перейти в медиабанк

Весы, гири в фунтах, топорики для рубки мяса, латунная ступа из коллекции Виктора Полоухина.

То, что сделали с метром и килограммом, понадобилось точным наукам, связанным, например, с расчетом расстояний в астрономии или вычислением массы космического объекта. Все единицы в Международной системе измерений договорились объяснять одинаково и только через постоянные величины – те, которые описывают фундаментальные законы природы. И это, наконец, сделано. Семь принятых единиц измерения определяются через фундаментальные физические постоянные.

Точность гарантируется тем, что человек не в состоянии изменить такую постоянную по своей воле. А, например, тот же эталон килограмма в виде 4-сантиметровой гири из сплава платины с иридием, изменениям подвержен. В течение многих лет метрологи, следящие за точностью единиц в системе измерений, наблюдали, как постепенно различались между собой "французский" эталон килограмма и его идеальные копии в разных странах. Металл, как бы тщательно ни хранился, подвержен самодиффузии. Например, первую сверку эталонов металлических килограммов провели 130 лет назад, а последнюю – в 2014 году. Оказалось, что некоторые экземпляры отличались друг от друга на 20 – 50 микрограммов.

CC BY-SA 3.0 / Japs 88 / A replica of the prototype of the kilogram at the Cité des Sciences et de l’Industrie, Paris, France

Копия эталона одного килограмма в музейном центре Cité des Sciences et de L'Industrie в Париже, Франция.

Эти микроскопические неточности могут показаться несущественными, но для научных расчетов "плавающий" эталон представляет большую проблему. Об этом напомнилдоцент Физико-технического института Михаил Иванов:

«

"Прежний эталон уже давно перестал удовлетворять в плане точности потребностям физики и новых технологий. В первую очередь – физике высоких энергий и элементарных частиц и некоторым разделам техники: это, например, полупроводниковая техника, связанная с микроэлектроникой".

Новый эталон килограмма для простоты называют электронным, или электрическим. Это связано с тем, как он воспроизводится.

© РИА Новости / Сергей Мальгавко

Перейти в медиабанк

Электронный безмен.

Взвесьте килограмм

Для нового определения массы нужны специальные весы. Это так называемые весы Киббла, построенные в Великобритании в 1975 году и названные по имени своего изобретателя. На самом деле это сложный измерительный прибор, который работает в вакууме. Принцип точного "взвешивания" основан на том, что место эталонной гири занимают электрический ток и напряжение, как пояснил Михаил Иванов:

«

"В весах Киббла вес тела уравновешивается притяжением двух электромагнитов. Это максимально просто. Для сравнения: в бытовых взвешиваниях нам достаточно трех значащих цифр, а в весах Киббла заявляется точность восьми значащих цифр, при этом каждая из них значит в десять раз более высокую точность".

В весах Киббла заключено особое удобство. Ведь раньше четыре десятка копий эталона килограмма распределяли по жребию между странами, а теперь электронный килограмм можно воспроизвести в любом месте, где такие весы будут построены. Сила эталона – в его электрической невидимости, новая "гирька" не обманет.

Автор Ольга Бугрова, радио Sputnik

© РИА Новости / Олег Ласточкин

Перейти в медиабанк

Торговые весы с автономным питанием (ООО "Универус"). Экспонат международной выставки "Эталон-2001". Всероссийский выставочный центр (ВВЦ).