Введение в технику физического эксперимента. Метрическая система мер. Измерение длины, времени и частоты, страница 6

Расстояния от нескольких десятков световых лет (5 × 1017 м) до десяти миллиардов световых лет (1026 м) (что соответствует диапазону 15 пк ¸ 3000 Мпк) измеряются фотометрическим методом. В нем используется знание светимости (мощности) известных астрономических объектов в зависимости от типа объекта. В качестве объектов выступают периодические звезды (цефеиды), планетарные туманности, новые и сверхновые звёзды, шаровые звёздные скопления, галактики. Для измерения расстояния применяется закон обратных квадратов убывания яркости с расстоянием.

Начиная с расстояний, больших 5 Мпк (1023 м), наиболее удобным способом определения расстояния до удаленных галактик становится использование эффекта Доплера (красного смещения) и модели равномерно расширяющейся Вселенной. Исследованная таким образом часть Вселенной составляет около 1500 мегапарсек, что в 4 раза меньше размера Вселенной Dвс., полученного из предположения, что ее граница убегает от нас со скоростью света, и из значения постоянной Хаббла H0 = 25 (15 ¸ 30) км/с на 1 миллион световых лет или 75 (50 ¸ 100) км/с на миллион парсек

Dвс. = c×tвс. = c/H0 = 2 × 1026 м.

Наиболее удаленные объекты, доступные для наблюдения, – радиогалактики и квазары. Постоянная Хаббла до сих пор определена неточно – в разных источниках приводятся данные, отличающиеся в два раза. Поэтому приведённые размеры Вселенной и расстояний до особо удалённых объектов являются оценочными.


Некоторые характерные размеры во Вселенной,

порядок которых стоит помнить физику

10-17 м – на меньших расстояниях действует слабое взаимо-       действие.

10-15 м – рамер ядра атома. Слабо зависит от числа нуклонов в ядре. Граничное расстояние для сильного взаимодействия.

4×10-13 м – комптоновская длина для электрона.

10-10 м – размер атома. Слабо зависит от числа электронов в оболочке атома. По порядку величины – примерно такое же расстояние между атомами в твёрдых и жидких телах.

10-9 м – среднее расстояние между молекулами в воздухе в нормальных условиях.

10-7 м – длина свободного пробега – расстояние, которое в нормальных условиях пробегает молекула воздуха до столкновения с другой молекулой воздуха.

(0,4¸0,7)×10-6 м = 0,4¸0,7 мкм – длина световой волны для видимого света.

Радиус Земли – 6378 км.

Диаметр Солнца ~ 1,5 млн км.

Расстояние до Солнца – одна астрономическая единица (а. е.) – 149671011 км ~ 150 млн км (таким образом, угол, под которым виден диск Солнца, примерно равен 1/100 радиана ~ 0,6 градуса).

4×1016 м ~ 1 пк – расстояние до ближайшей звезды.

Расстояние от центра Млечного пути до Солнца ~ 10 кпк.

Средний диаметр диска средней Галактики ~ 30 кпк ~ 1020 м.

Средний диаметр балджа средней Галактики ~ 4 кпк.

До ближайшей крупной Галактики – М31 (Туманности Андромеды) – 0,7 Мпк.

2 ¸ 5 Мегапарсек – расстояния  между группами Галактик.

60 Мегапарсек – диаметр нашего сверхскопления Галактик (около 20000 Галактик). Центр – скопление Галактик в созвездии Девы. Найдено около 50 сверхскоплений.

1500 Мегапарсек – исследованная область пространства. В ней находится несколько миллиардов Галактик.

6000 Мегапарсек ~ 2×1026 м – оценочный размер Вселенной.


Неметрические единицы длины

Неметрическая единица длины 1 морская миля = 1853 м связана с навигационной координатной сеткой и соответствует одной угловой минуте на поверхности Земли.

Некоторые неметрические единицы длины,

принятые в англоязычных странах

1 дюйм (inch) = 2,540 см.

1 фут = 12 дюймов = 30,48 см.

1 ярд = 3 фута = 36 дюймов = 91,44 см.

1 миля (сухопутная) = 1760 ярдов = 1,6093 км.

1 кварта = 0,9470 литра.

Для метрологических целей стоит знать, что английский научный (метрологический) дюйм равен 25,399956 мм, английский промышленный дюйм – 25,399978 мм, а американский дюйм – 25,400051 мм.


Приложение № 1

Возникновение и распространение

метрических мер

Отсутствие каких-либо рациональных оснований и произвольность при выборе мер и единиц измерения приводили к большому разнообразию их не только в отдельных странах, но даже в областях и городах одной и той же страны. Это создавало большие неудобства и трудности, особенно в международных сношениях.

В некоторых государствах делались попытки упорядочить меры и установить их единообразие. Однако несмотря на это, даже для Европы в XVIII в. характерно большое разнообразие мер. Если в России и Англии к этому времени было достигнуто некоторое единство мер, то каждый немецкий город, каждая провинция в Италии, каждый кантон в Швейцарии имели свои особые меры. В пределах одной и той же области, в каждом городе, а иногда на различных рынках одного и того же города применялись меры, имеющие одинаковые названия, но различные размеры. Точные соотношения между этими мерами не были установлены, да и установить их было трудно ввиду их неопределенности. Особенно большой хаос в этом отношении царил во Франции, где, несмотря на наличие государственных мер (туаз » 1,95 м и фунт » 367,1 г), каждый феодал устанавливал в своих владениях собственные меры.

Развитие торговли требовало строгого упорядочения мер. Во второй половине XVII в. выдвигались предложения за основную единицу длины принять следующие «природные» величины: длину 1/4 земного меридиана, длину 1/4 экватора, длину секундного маятника и др.

В 1790 г. в Национальное собрание Франции было внесено предложение о создании новой системы мер, «основанной на неизменном прототипе, взятом из природы, с тем, чтобы ее могли принять все нации». Комиссия, созданная для этой цели Французской Академией наук, предложила считать единицей длины длину десятимиллионной части четверти земного меридиана, проходящего через Париж. В 1791 г. Национальное собрание узаконило эту единицу и назвало ее метром.