Об измерительных приборах

Лев, помечая территорию, становится у дерева на задние лапы, а передними царапает кору как можно выше. Зачем?? Чтобы соперник, который может посягнуть на территорию, оценил размеры хозяина.  Самец гориллы, демонстрируя свою мощь, колотит себя в грудь. При этом издает   звуки, которые могут оценить другие самцы, и по звуку оценить мощь грудной клетки, а значит, и силу самца. Павлин, привлекая самок, распушит хвост.  Чем больше и ярче хвост, тем привлекательнее кавалер. Самки крокодилов выбирают себе партнера, когда самцы, лежа на поверхности водоема производят всем телом колебательные движения. При этом получаются этакие фонтанчики. И по величине фонтанчика самка оценивает силу и производит выбор.  Самки певчих птиц реагируют на пение самцов. Можно много приводить похожих примеров.  Они все говорят о следующем:

1. Размер особи, его сила, это качества, имеющие значение для потомства.

2. Размер и силу можно оценить не прямым измерением, а косвенным образом.

 Когда жизнь древнего человека не слишком отличалась от жизни животного, он окружающий мир вынужден был оценивать теми приборами, что дала ему природа: глазами, ушами, обонянием, осязанием. Трудно сейчас сказать насколько острым был у первобытного человека естественный прибор, оценивающий физические размеры - глаз.  Насколько точно он мог оценить расстояние и скорость убегающей от него жертвы, насколько точно мог оценивать цвета.  С тех пор, когда человек ходил в шкурах он изменился.  Мозг, став самым мощным орудием человека, стал заменой ему органов чувств.

Особенно хорошо это можно увидеть на примере обоняния.  По обонянию человеку не равняться с остальными млекопитающими. И все же сохранились дикие племена, например, в бассейне Амазонки, в которых человек чует по запаху зверя в джунглях за двадцать метров.

Ученым в результате опытов удалось выяснить, что у многих животных зрение лучше, чем у современного человека. Орел видит мышь в траве с громадной высоты.  Зрение других птиц тоже отличное. Пчелы и некоторые птицы прекрасно различают оттенки цветов. Филин видит в темноте. Житель же города часто просто не различит притаившегося зверя, которому помогает естественная маскировка. Но опытный таежный охотник различит. В армии обороны Израиля разведчиками служат выходцы из бедуинских семей. У этих молодых людей, уже выросших в условиях цивилизации глаз остался наметан. Он на достаточно большом расстоянии может определить, что в дорожное полотно заложена мина.   То есть, у этих людей сохранилась еще острота зрения, так необходимая в давние времена.

Естественные приборы человека с развитием цивилизации притупились. Зато мозг позволил изобрести множество искусственных измерительных приборов.  Начиная от простых очков и слуховой трубки, линейки, рулетки и штангенциркуля. Бинокли, телескопы, микроскопы, оптические прицелы, усилители слуха, фонендоскоп.  С развитием транспорта появились спидометры. Человек стал использовать электричество и появились: амперметр, вольтметр, омметр и т.д.   С использованием атомной энергии появились дозиметры.   
Бионика   - наука об использовании в технических устройствах свойств животных.  Например, летучая мышь ориентируется в ночном пространстве по отражению испускаемых ею сигналов в ультразвуковом диапазоне.  На этом же принципе работают многие ультразвуковые приборы: радар, ультразвуковой толщиномер, ультразвуковой дальномер, ультразвуковые медицинские приборы. Змея обнаруживает жертву по тепловому излучению.  Сейчас существуют датчики теплового излучения.  Они очень полезны в армии для обнаружения противника в темноте.

Измерения, а соответственно и приборы, проводящие измерения, окружают современного человека повсюду. В обычной жизни человек не задумывается над тем, что всюду в быту его сопровождают измерения.  Проснувшись утром, он глядит на часы – прибор измеряющий время. Он смотрит на термометр, чтобы узнать температуру и дома и на улице. Если ему одной только температуры недостаточно, он в телефоне может узнать и влажность, и облачность, и силу ветра, и количество осадков. Для каждого погодного фактора на метеостанции существует свой прибор. Некоторые женщины с утра проверяют себя на весах. Это тоже измерительный прибор.  Человек принимает душ, моет посуду, стирает –  водяной расходомер измеряет расход воды. Человек включает свет –   счетчик измеряет расход электроэнергии. Он садится в машину и едет на работу. На приборную доску машины выведены показания приборов, как минимум: спидометра, измеряющего скорость машины, тахометра, измеряющего обороты, термометра, измеряющего температуру масла, уровнемера, показывающего уровень топлива в баке. А  в некоторых машинах выведены показания давления в шинах. Их можно замерить и отдельным прибором, манометром.  Что уж говорить о параметрах, выведенных на панель самолета.

 Человек покупает еду, ему взвешивают продукты. А большинство продуктов заранее расфасованы по весу.  А бутылки по объему. На многих пищевых продуктах указан вес, и содержание ингредиентов, и калорийность. Они определены посредством специальных измерений специальными приборами. Человек покупает одежду, обувь. Одежда и обувь сделаны по размеру. То есть измерена длина брюк. Их объем.  А уж если он шьет костюм на заказ –  портной сделает не один замер.

 Он возвращается домой и смотрит по телевизору спортивную программу.  Соревнуются, кто быстрее пробежит, кто выше прыгнет, кто дальше бросит, кто больше поднимет. Счет идет на доли секунд. На доли сантиметров. В борьбе и боксе есть весовые категории. Спортсменов взвешивают перед  схваткой. И всюду приборы.

 Даже если человек болен свел свои запросы к минимуму, не встает с кровати, измерения не покидают его. Он измеряет температуру, давление и пульс, в таблетках отмеряны миллиграммы лечащего препарата. Он сдает анализы. А анализ это и есть замер содержания в крови разных веществ.  Современная больница натыкана приборами, как космический корабль. Качество жизни человека нельзя оценить, а, следовательно, и улучшить, не измерив это качество жизни.
Измерения существовали давно.  Рычажным весам с двумя чашами и гирьками много тысячелетий. Измерению содержания в монетах золота тысячелетия. Об этом говорит пример с Архимедом. Но многие другие измерения появились по ходу развития цивилизации. И для этого ученые должны были ответить на вопросы:   

1.  Какие показатели необходимы, чтобы оценить ту или иную сторону жизни. Например, популярность телеканала определяется по количеству просмотров. Специальный счетчик отслеживает это.  По суточному потреблению воды и электричества оценивается качество жизни в городе.  На заводе, фабрике за технологическим процессом следят приборы.   Пилот определяет, нормален ли полет по совокупности многих показателей.   На заре цивилизации существовали простые измерения: веса, длины, и того, что сопутствует длине: площади и объема.  Наверное, этим и ограничивались. Кузнец определял готовность стали к ковке, закалке и отпуску на глаз.  Пекарь определял готовность хлеба на глаз. Красильщик определял цвет ткани на глаз. Портной определял качество ткани на ощупь.  Скорость можно было определить, как путь, пройденный за время. А определить мгновенную скорость можно было только оценочно. Один бежит быстрее другого.  Время до изобретения маятниковых часов определялось не точно. А такие обычные показатели, как температура, сила, давление, мгновенная скорость, - не могли быть оценены количественно. Не существовало методов оценки и приборов. А об измерении нынче самых обычных физических величин, изучаемых в школе, таких, как ускорение, кинетическая энергия, потенциальная энергия, импульс яркость, сила тока, напряжение, индуктивность, напряженность поля, -  и понятия не имели. И уж нечего говорить об энтальпии, скорости частиц, или силе молекулярных и атомных взаимодействий.  Все это появилось по ходу развития научных дисциплин.

2. Второй вопрос -  при помощи каких параметров производить оценку физического явления.  В старину люди говорили о физических явлениях только оценочно.  Это громче – это тише. Это более яркое – это более тусклое. Разве что время, расстояние и вес могли определить измерениями.  В средние века Галилей уже изучал падение тел, не только при помощи рассуждений, как Аристотель, но производил элементарные измерения пути, времени, а, следовательно, скорости.  Физику на математическую основу вывел Ньютон. Затем математика проникла и в другие естественные науки: химию, геологию, географию. Они постепенно становились все меньше описательными и все больше измерительными. Пропитались языком формул и графиков. Математика с формулами и графиками проникла в биологию, медицину, в науки, касающиеся человеческого общества, экономику и   социологию и позволила сделать ряд серьезных открытий.

3. Третья проблема – проблема удобных единиц измерений, сравнения результатов измерений, проблема единого эталона. Прежде существовали простые единицы измерений, привязанные к размерам человека, фут, локоть, сажень. Но нет одинаковых людей. Можно, например, закрепить за футом размер ноги короля и не менять эту единицу измерений. Но тогда нужно соблюдать за ее неизменность во все времена и во всех городах и селах. Нужно зорко следить, чтобы не появлялись фальшивые гирьки, меры веса, объема. Европейский фунт (от латинского pondus — вес, гиря)  как единица измерения массы, использовался в некоторых европейских странах. Причём, в эпоху феодальной раздробленности в некоторых странах (например, во Франции) его значение имел право устанавливать каждый феодал, поэтому даже в начале XVIII века в Европе было более ста разных фунтов. И что делать, если поехал в другую страну?  На Ближнем Востоке мерой веса был сикль. А сикль серебра стал монетой шекелем. На Ближнем Востоке было подмечено, что зерна рожкового дерева практически одинаковы и (для того уровня точности) не отличаются по весу. Этой величиной веса стал карат.

Человечество нуждалось в универсальных неизменяемых эталонах.  Во Франции появилась метрическая система мер, палата мер и весов. Но даже эталон метра, введенный в 1889 году и определенный как одна сорокамиллионная парижского меридиана, хранящийся в Севре, около Парижа, при постоянной температуре, (иначе длина эталона изменится) сейчас, когда измерение идет в нанометрах, не соответствует требованиям точности.   Сейчас метр соответствует длине пути, пройденной светом в вакууме за определенную единицу времени.  А эталон времени секунда привязан к излучению атома цезия.
4. И последний и очень серьезный вопрос - метод измерения и, следовательно, устройство прибора.  Наше время - время огромного количества хитроумных приборов для измерения самых разных величин.  Термометр со стеклянной трубкой, когда-то передовое изобретение, менялся термометром на основе биметаллической пластины. Сейчас распространены электронные термометры. Песочных часов, почти не осталось. Выпускаются еще маятниковые наручные часы. Но их вытесняют электронные. Такие вставлены во все электрические приборы: телевизор, телефон, микроволновку. Весы с гирьками уступили место электронным весам. Появились приборы, измеряющие мгновенную скорость, ускорение, угловое ускорение, давление жидкости или газа, вязкость и плотность, яркость и влажность. И изобретение каждого прибора, от простого манометра с трубкой Бурдона до счетчика Гейгера требовало выдумки и новых решений.    Впереди создание самого сложного прибора — искусственного интеллекта.

 И в заключение. Приборы – слово универсальное. В русском языке под словом прибор понимается несколько вещей. Цитирую по словарю.
1.     Устройство или приспособление для выполнения определенной задачи. «Измерительный прибор.»
2. Комплект компактно складываемых принадлежностей для определенных целей, действий. Например, бритвенный прибор.
3. Мужской половой о;рган.