Эталонному килограмму исполнилось 125 лет


    Международный прототип без защитного чехла

    В сентябре 2014 года исполняется 125 лет с момента появления на свет международного прототипа килограмма. Решение о создании эталона было принято на Генеральной конференции мер и весов 7-9 сентября 1889 года в Париже.

    Он хранится в Международном бюро мер и весов около Парижа и представляет собой цилиндр диаметром и высотой 39,17 мм из платино-иридиевого сплава (90% платины, 10% иридия). Такой состав выбран из-за высокой плотности платины, так что эталон можно сделать относительно маленького размера: меньше спичечного коробка по высоте.


    Национальный прототип килограмма Великобритании в защитном корпусе, 18-я копия международного прототипа

    Масса международного прототипа примерно соответствует 1 литру воды при температуре 4°C, а его вес зависит от высоты над уровнем моря и силы гравитации.

    Когда изготовляли международный прототип, вместе с ним сделали 40 копий из того же платино-иридиевого сплава. Их разослали по национальным бюро мер и весов в разных странах, чтобы учёным не приходилось обращаться к основному эталону каждый раз для проведения измерений.

    Национальные прототипы сверяют с основным прототипом каждые 40 лет. Последняя проверка проходила в 1989 году, и тогда максимальная разница в весе составила 50 микрограммов. Эти девиации беспокоят учёных. Они понимают, что масса конкретного образца изменяется со временем из-за физических повреждений и появления прочих артефактов.


    Национальный прототип хранится в сейфе Национальной физической лаборатории

    К сожалению, для международного прототипа нынешний юбилей, скорее всего, станет последним. Сейчас подходят к завершению два эксперимента по созданию более точных эталонов массы. Их цель — определить массу через естественную природную константу, а не через эталонный образец.

    Один из экспериментов предполагает определение килограмма через постоянную Планка. Для этого измеряют ток, проходящий через [проводную] катушку в магнитном поле, по отношению к силе гравитации, действующей на килограмм, объясняют специалисты Национальной физической лаборатории Великобритании, где в честь 125-летия килограмма открыли праздничный раздел на сайте. Именно в Великобритании в 1975 году начали эксперимент по ватт-балансу, который сейчас продолжают в Канаде.

    Другой метод предлагают немецкие специалисты: в рамках проекта Авогадро создают кремниевую сферу размером с грейпфрут, которая содержит около 50 септиллионов атомов кремния-28.


    Кремниевая сфера Авогадро

    Поскольку известны масса кремния и плотность вещества, то эталонное значение килограмма можно привязать к объёму сферы и, соответственно, к постоянной Авогадро.


    Измерение массы сферы Авогадро

    Килограмм остался последней единицей СИ, которая выражается через физический эталон. Это указывает на то, что 125 лет назад физики очень грамотно выбрали материал для изготовления прототипа. И даже если скоро его выведут из использования, он сослужил хорошую службу за эти годы.
    Поддержать автора
    Поделиться публикацией

    Комментарии 82

      +37
      Килограмм остался последней единицей СИ, которая выражается через физический эталон. Это указывает на то, что 125 лет назад физики очень грамотно выбрали материал для изготовления прототипа.

      Да, физики молодцы, как всегда.

      <юмор>А знаете, почему число Авогадро такое неудобное? Потому что его придумали химики!</юмор>
        –17
        <юмор>А знаете, почему число Авогадро такое неудобное? Потому что его придумали химики!</юмор>

        А математики придумали число Пи.
          +30
          Математики рассчитали число Пи, а не придумали его.
            +27
            Число Пи это «логос», его никто не придумывал, оно всегда существовало и является неотъемлемой частью нашей реальности. Его просто открыли.
            +11
            Как раз тут Фейнмана читаю:
            Физики иногда смотрят на других свысока и считают себя такими умными, что людям хочется поймать их на какой-нибудь ошибке. Я скажу вам, на чем их можно поймать. Им должно быть стыдно, что для измерения энергии они пользуются такой уймой способов и названий. Разве не бессмыслица, что энергию измеряют в калориях, в эргах, в электрон-вольтах, в килограммометрах, в британских тепловых единицах, в джоулях, в киловатт-часах — столько мер для одной и той же величины? Вы можете подумать, что по крайней мере современные первоклассные-то физики-теоретики приняли общую единицу, но загляните в их статьи: тут энергию измеряют и в кельвинах, и в мегагерцах, а теперь еще и в обратных ферми — последняя новинка. Если кому-нибудь нужны доказательства, что физики не лишены человеческих слабостей, то вот вам одно из них — столь огромное число единиц для измерения энергии.
              0
              Сюда нужно картинку xkcd про стандарты.
                +7
                Всё на много проще. Физика охватывает всю вселенную, на всех размерах — от планковских, до огромных галактик. И пользоваться одной единицей на всех масштабах жутко не удобно, разброс ~60 порядков.
                Изучаем электрон — электрон-вольт, единица на уровне атома.
                Изучаем ядерный взрыв — тротиловый эквивалент. Помогает легко оценить масштаб взрыва.
                Астрономическая единица тоже позволяет оценить масштаб внутри нашей солнечной системы.
                Расстояния между звёздами измеряют в световых годах, убиваем двух зайцев — и расстояние узнаём, и задержку.

                Это все единицы не из системы СИ. Но они более удобны в некоторых областях, чем свои стандартизированные эквиваленты.
              +52
              Эталонному килограмму исполнилось 3.626140006389238 × 119 периодов излучения, соответствующего переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 (в покое при 0 К при отсутствии возмущения внешними полями).
                0
                0 K не расшифровали :)
                +12
                Килограмм остался последней единицей СИ, которая выражается через физический эталон

                Это указывает на то, что физики до сих пор не могут описать природу гравитации через известные величины.
                  +5
                  Скорее, «Работает — не трогай».
                    +3
                    Хм, это точно фраза «классического физика» и никакого отношения не имеет, допустим к Perl?
                      0
                      К Perl — точно не имеет. К каким-то элементам народного фольклора может быть.
                        0
                        И не к перлу, а к ассемблеру, насколько я помню народный фольклор.
                        Хотя, к перловым регекспам тоже можно отнести.
                      +5
                      Масса — мера инертности тела. На тело может действовать гравитация, а может и не действовать. Т.е., масса ≠ вес.
                        0
                        В школе у моего учителя Физики случался приступ, когда кто-то путал вес(силу) и массу(меру инертности). Равно как, когда говорили градусник, вместо термометр:)
                          +6
                          Как вы лихо. То есть вы правы: масса, конечно, мера инертности. Но еще и одновременно мера создания гравитационного поля и реакции на гравитационное поле. Точнее, есть масса инертная и масса гравитационная. Эксперименты говорят, что они если и отличаются, то очень слабо (относительная разница—10-13). В общей теории относительности постулируется, что они одинаковы.
                            +3
                            Нет, это весьма распространённое, но, увы, неправильное мнение.

                            В общей теории относительности вообще нет таких понятий как инерционная и гравитационная масса. Масса — это просто внутренняя характеристика объекта, участвующая в определённых уравнениях. Она непропорциональна силам взаимодействий — более того, если попытаться выразить силу, скажем, гравитационного взаимодействия релятивистских объектов, то она окажется зависимой от направлений взаимных скоростей объектов.

                            Вот очень хорошая статья:
                            mipt.ru/education/chair/physics/upload/47d/Okun-arpgpe7suhg.pdf
                              +1
                              Вы не совсем правы. Общая теория относительности, конечно, оперирует только с одной массой как внутренней характеристикой. Но это только потому, что в основе этой теории — принцип эквивалентности Эйнтштейна, который и постулирует равенство двух, вообще говоря, не обязательно совпадающих характеристик — массы инерциальной и массы гравитационной.

                              Окунь пишет о другом. Под «гравитационной массой» он понимает не внутреннюю характеристику объекта, входящую в тензор энергии-импульса тела, а множитель, входящий в закон тяготения Ньютона.
                                0
                                Вот спасибо, вы ответили за меня. Ну и местами статья выглядит как спор с определениями. Мол, массу из формулы E=mc2 при ненулевой скорости объекта в общем случае нельзя использовать во втором законе Ньютона или в формуле для гравитационного взаимодействия. Да, это так, никто особо и не собирается. А зато формула для энергии выглядит одинаково для движущегося и неподвижного объекта, как E=mc2.
                                  0
                                  Попробуйте перечитать статью ещё раз.
                                  0
                                  > Но это только потому, что в основе этой теории — принцип эквивалентности Эйнтштейна, который и постулирует равенство двух, вообще говоря, не обязательно совпадающих характеристик — массы инерциальной и массы гравитационной.

                                  Нет, это ещё одно заблуждение. Эйнштейн постулировал этот принцип эквивалентности, и он послужил одним из важных шагов по пути от СТО к ОТО, но сама ОТО этого принципа не содержит вовсе, поскольку в ней вообще нет никаких сил. Это, кстати, одна из занятных проблем ОТО.
                                    0
                                    С принципом Маха та же фигня.
                                    И понятия инерциальных-неинерциальных систем отсчета в ОТО тоже нет.
                                      +2
                                      Возможно, ОТО и можно построить, не привлекая принцип эквивалентности, я не большой знаток этого вопроса. Но насколько я знаю, и сам Эйнтштейн строил ОТО исходя из этого и принципа, и в учебниках (например, в ЛЛ) она строится также.

                                      Что касается отсутствия сил в ОТО, то вы, конечно, правы, но не в силах дело, а в том, что и в тензоре энергии-импульса частицы, и в выражении для её действия, которое определяет траекторию движение частицы в заданной метрике, и в 4-импульсе частицы, стоит одна и та же масса, хотя, теоретически, могла бы стоять и разная.
                                        0
                                        Где же это масса в уравнении движения, покажете?
                                        Одна из самых юморных проблем ОТО состоит в том, что из неё попросту не выводится уравнение движения массивной частицы в гравитационном поле, можно только кое-какие приближения строить.
                                          0
                                          параграф 87, том 2, ЛЛ

                                          p.s. извините, убегаю до понедельника
                                            +2
                                            Вы реально очень крутые. Я только половину понял.
                                            Давайте засчитаем ничью! )
                                              +5
                                              Зря, на самом деле. Масса в уравнении движения таки участвует, я был неправ.
                                    0
                                    Речь не о безупречно точном определении массы, а о том, что скорость не тоже самое, что расстояние, хоть и связаны соотношением.
                                    +10
                                    Угу, а в общежитии МГТУ этого не знают)

                                    image
                                      +3
                                      Но ведь ломать дорожку будет вес, а не масса.
                                        +4
                                        Тогда 981 Н, а не 100 кг.
                                          +1
                                          Он же не будет стоять на дорожке — он будет по ней бегать — так что больше
                                      0
                                      Замечу, что наличие или отсутствие веса вообще никак не связано с тем, действует на тело гравитация или нет. То есть возможны как ситуация, когда гравитация действует, а вес равен нулю (падающий мячик, спутник на орбите), так и ситуация, когда гравитация не действует, а вес есть (предметы во вращающемся или ускоряющемся в межзвёздном пространстве корабле).
                                      0
                                      Нет, не указывает. Это указывает на то, что очевидные способы определить килограмм через что-либо еще без привязки к эталону (например, как «масса N атомов вещества X») на практике пока не позволяют достичь требуемого уровня точности по сравнению с эталоном.
                                      0
                                      Заметил за собой, что у меня на вопрос «что такое киллограмм» стойко сформировался ответ «это вес тела\части тела, примерно равный весу литра воды». А что такое литр воды описать уже намного проще.
                                        +12
                                        А литр это как пакет молока, раньше был, теперь они в основном по 0,950 [/юмор]
                                          +2
                                          Просто эталоны килограмма полегчали немного из-за дефектов, вот молочники корректировку и провели.
                                          +3
                                          Да вот не проще, воду гораздо труднее очистить, она испаряется (даже в замороженном виде, а если очень сильно морозить то на ней будет конденсироваться воздух, что тоже проблема), она на отличненько взаимодействует с различными излучениями и самое главное — измерить точный состав воды не так то просто.
                                          Вода состоит из 18 типов молекул, каждая из которых обладает собственной массой, поэтому связать массу литра воды с постоянной Авогадро гораздо сложнее.

                                          Потому то твёрдое тело и используют.
                                            +3
                                            Для бытового понимания же.
                                              +5
                                              Нужно взять просто 2 объема водорода, 1 объем кислорода и как е...^W бабахнуть.
                                              Получится чистая вода.
                                                +1
                                                Только вот нужно рассчитать точное число молекул кислорода и водорода. (А при химических реакциях возникает дефект масс? Энергия то берётся откуда-то. Если да, то рассчитать с учётом этого).
                                            +5
                                            Ну, и в продолжение темы интересное видео от Veritasium
                                            www.youtube.com/watch?v=h9JLie2Mz90
                                              0
                                              Я сделал перевод и сабы для оригинальной английской версии. Если кому надо — обращайтесь в приват.
                                              0
                                              1кг — вес одного литра воды
                                              1 л — 1 кубический дециметр
                                              1 м — ?
                                              какое у метра физическое значение?

                                              PS a… уже нашел — метр привязан к скорости света. Правда, как его вычислить в полевых условиях хотябы примерно — не представляю.
                                                0
                                                1/300 млн расстояние, которое свет проходит за секунду в вакууме.
                                                  +1
                                                  скорость света = 299 792 458 м / с
                                                    +3
                                                    Где-то читал, что скорость света — целая величина, потому что так договорились ученые.
                                                    То есть, по факту, когда где-нибудь пишут, что «ученые уточнили такой-то знак после запятой в скорости света», это означает, что она осталась целой, а по факту ученые уточнили ДЛИНУ МЕТРА по отношению к скорости света.
                                                      0
                                                      Интересно получается… Метр изменился в длине, а килограмм остался литром воды?
                                                      • НЛО прилетело и опубликовало эту надпись здесь
                                                  0
                                                  Давно это было
                                                    0
                                                    [юмор]1 м — от кончиков пальцев одной вытянутой в сторону руки, до плечевого сустава другой[/юмор]
                                                      +2
                                                      Сначала эталоном метра была определённая часть меридиана, проходящего через Париж.
                                                      +20
                                                      Диалог на экзамене. Преподаватель:
                                                      — Что такое лошадиная сила?
                                                      — Это сила, какую развивает лошадь ростом в один метр и весом в один килограмм.
                                                      — Да где же вы такую лошадь видели!?
                                                      — А ее так просто не увидишь. Она хранится в Париже, в Палате мер и весов.
                                                        +2
                                                        Ждал этот анекдот. :)
                                                          0
                                                          Она хранится в Париже, в Палате мер и весов — в вакууме…
                                                            0
                                                            Тогда уж он
                                                          +1
                                                          Интересует процедура проверки копий эталона. Цилиндр грузят в чемодан и тащат в Париж?
                                                          +2
                                                          А почему 1 кг нельзя описать, как N молекул/атомов какого-то вещества в данном состоянии и с данной температурой? Или же описать, как N ядер какого-то атома?
                                                            +2
                                                            А вы попробуйте взвесить N ядер какого-то атома ;)
                                                              +3
                                                              Нужно взвесить одно ядро. Результат умножить на N.
                                                              +10
                                                              Можно. Именно про это упомянутый в статье «Проект Авогадро».
                                                              0
                                                              Где-то слышал, что то ли ученые того времени допустили ошибку, то ли эталон со временем стал меньше, но на текущий момент килограмм воды имеет массу немного меньше килограмма. Мой внутренний перфекционист сильно грустит. Привязываться обратно к воде не хотят, потому что никто не будет заново калибровать все весы.
                                                                +5
                                                                >> КИЛОГРАММ воды имеет массу немного меньше КИЛОГРАММА

                                                                O R'LY?
                                                                  +4
                                                                  Извините, опечатка. Литр, конечно.
                                                                    +4
                                                                    Извините, опечатка.

                                                                    А мне так хотелось верить, что килограмм гвоздей тяжелее килограмма пуха.
                                                                      +2
                                                                      В армии этот вопрос решили просто.
                                                                      Если вам дать по голове сначала килограммом пуха, а потом килограммом гвоздей, вы поймете, что тяжелее)
                                                                        0
                                                                        Вообще-то тяжелее — хоть масса и одинакова, вес будет разным (:
                                                                          –2
                                                                          Просите у деда мороза на новый год динамометр.
                                                                            +7
                                                                            Зря минусуете человека.

                                                                            У нас есть килограмм стальных гвоздей, и килограмм хлопковой ваты.
                                                                            Плотность стали — 7850 кг/м3, плотность ваты — 23 кг/м3.
                                                                            Гвозди вытесняют 1/7850 м3 воздуха, вата — 1/23 м3.
                                                                            Значит, на гвозди действует сила Архимеда 9.81 Н/кг * 1.225 кг/м3 * 1/7850 м3 ≈ 0.00153086 Н
                                                                            А вату воздух выталкивает с силой 9.81 Н/кг * 1.225 кг/м3 * 1/23 м3 ≈ 0.52248913 Н

                                                                            Итого гвозди на весах будут легче на 0.15 г, что, пожалуй, незаметно (в контексте гвоздей), тогда как вата покажет на 53.26 г меньше, что уже достаточно существенно. Так что юзернейм прав — при одинаковой массе в 1 кг, вес в воздухе у ваты существенно меньше, чем у гвоздей.
                                                                              +1
                                                                              У вас вкралась ошибка, и заключается она в том, что вата не непроницаема для воздуха. Между её волокнами много-много воздуха помещается, и реально она вытесняет куда меньший объём.
                                                                                +1
                                                                                Нет там ошибки. Вата — по сути волокна. Молекулы волокна плотнее молекул воздуха расположены, поэтому внутри волокна воздуха нет. А то, что вату можно сжать в спичечный коробок, а можно в стакан уложить, не меняет количества того воздуха, которое она вытесняет. Ну, как-то так.
                                                                                  0
                                                                                  Нет, как раз если килограмм ваты утрамбовать в спичечный коробок, то объем вытесняемого воздуха будет как раз в точности равен объему коробка.
                                                                                    +1
                                                                                    А мне казалось, что в условии задачи вообще не говорилось про воздух…
                                                                                    Это же очевидно, что в физической задачке будут сравниваться сферические килограммы в вакууме. =)
                                                                                    –1
                                                                                    И что, волокно имеет плотность 23 кг на кубометр? Столитровый рюкзак набитый таким сжатым волокном потяжелеет на 2,3 кг? Вы уверены?
                                                                        0
                                                                        Привязка к воде — зло. А литр воды меньше килограмма потому, что при привязке метра физики хотели получить красивое число — а как там домохозяйки будут взвешивать литр воды — их проблемы (тем более, что поправка смешная).
                                                                        +5
                                                                        Эталонному килограмму исполнилось 1000 грамм.
                                                                          +1
                                                                          Как дети малые. Мы же на IT-ресурсе. Любой айтишник знает, что 1 килограмм = 1024 байтам.
                                                                            +4
                                                                            Кибиграмм.
                                                                          +2
                                                                          А где хранится эталонный килобайт?
                                                                            +1
                                                                            На шестнадцати эталонных перфокартах (правые шестнадцать колонок — нумерация).

                                                                          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                          Самое читаемое