Главная › Наука › Физика › Самые точные весы в мире и как они работают

Самые точные весы в мире и как они работают

Недавно значение килограмма отвязали от физического эталона, и теперь он рассчитывается исключительно математически. Это позволило инженерам воплотить в жизнь свою давнюю мечту и создать Kibble — самые точные весы на Земле.

NIST

Теперь, когда килограмм не связан с его физической формой, его можно измерить где угодно. По крайней мере, такова теория, которая легла в основу разработки прототипа устройства под названием Kibble, созданного учеными из Национального института стандартов и технологий (NIST) в Гейтерсберге, штат Мэриленд. Идея вызревала десятилетиями, но теперь она как никогда близка к воплощению.

За пределами США, Англии и еще нескольких стран, которые до сих пор используют единицы измерения времен империи (такие как футы и мили), подавляющее большинство планеты пользуется Международной системой единиц (СИ). Она также известна как метрическая система, которая на протяжении веков использовала физические ориентиры относительно значения той или иной единицы — к примеру, того же килограмма. Однако не так давно физический стандарт был упразднен, и вместо него теперь килограмм рассчитывается с помощью постоянной Планка.

«После фиксации постоянной Планка массу можно напрямую рассчитать на любом уровне, а килограмм теперь стоит считать лишь исторически уникальным эталоном», поясняет ведущий автор Леон Чао и его команда из NIST в своей статье.

Kibble — это невероятно точная машина для взвешивания. Она получила свое название в честь Брайана Киббла из Национальной физической лаборатории США (NPL), который в 1975 году разработал концепцию данного устройства. Согласно NIST, в Kibble «вес испытательной массы точно компенсируется силой, возникающей при прохождении электрического тока через катушку с проволокой, погруженную в окружающее ее магнитное поле». Машина измеряет ток и напряжение в катушке, результат которого выражается в ваттах, единицах СИ. Этот результат эквивалентен механической силе измеряемой массы. По сути, он связывает измеряемую массу с электромагнитными величинами через постоянную Планка.

Кстати, разработки этих электронных весов ведутся еще с 80-х годов. А пару лет назад команда создала очередной прототип и вовсе из конструктора LEGO:

Но теперь, когда постоянная Планка стала универсальной константой для определения килограмма, устройство приобрело новое значение. Хотя полноразмерные весы Kibble могут занимать целые комнаты, новая, уменьшенная версия имеет высоту около 0,5 метра и будет стоить $50 000. Конечно, купить такие весы себе на кухню сможет не каждый, но это и ни к чему. Точность подобного аппарата пригодится в первую очередь для отраслей, где важны чрезвычайно точные измерения, таких как фармацевтика или вычислительная физика.