Z historie měření

Měření provází člověka od pradávna. Setkáváme se s ním každodenně – ve škole, v zaměstnání… Oblast metrologie (vědní a technický obor zahrnující vše, co souvisí s měřením) spadá do působnosti Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (MPO) spolu s Úřadem pro technickou normalizaci, metrologii a státní zkušebnictví (ÚNMZ), Českým metrologickým institutem (ČMI) a Českým Institutem pro akreditaci (ČIA). Tolik současnost. Pro začátek historie měření se musíme vrátit v čase o několik tisíciletí zpět.

Systémy měr a vah, které byly důležité v mnoha různých oblastech včetně stavitelství (stavby pyramid, hrobek, paláců a chrámů), výroby oděvů a dalších předmětů denní potřeby, zemědělství a obchodu, měly již všechny starověké civilizace. Ačkoliv se měření ve starověku týkalo především veličin pro oblast směny (délky, plošného obsahu, objemu a hmotnosti), nezanedbávalo se ani měření veličin, které se směnou zboží nesouvisely.

Co vše se ve starověku měřilo

Měřily se úhly, čas a průtok. Doložené je např. měření průtoku (pomocí dýz) ve starém Římě, kde tehdy existovalo 19 vodovodních systémů – akvaduktů – v celkové délce 400 km, které denně dodávaly 600 až 800 litrů vody na jednoho obyvatele. Zajímavé je šedesátinné dělení u jednotek času a úhlů (sexagesimální číselná soustava), pocházející z oblasti starého Sumeru.

Jak se měřilo

Aby bylo možné měřit, je nutné zvolit vhodné jednotky. První zmínky o nich se objevují ve 4. tisíciletí př. n. l. v tehdy nejrozvinutějších kulturách Egypta, Mezopotámie, Indie a Číny. U nejstarších civilizací vycházely jednotky měr často z částí lidského těla a dalších přirozených množství v běžném životě. Loket má například původ ve starověkém Egyptě (královský loket měl velikost zhruba 0,525 m, posvátný loket asi 70 cm) a jeho předobrazem byla délka lidského předloktí; základní jednotkou pro hmotnost zde byl 1 deben (cca 91 g). Pro poměřování váhy ušlechtilých kovů (především zlata a stříbra), drahých kamenů, polodrahokamů a vzácných minerálů se v některých civilizacích používala pšeničná nebo chlebovníková zrna. Lidská těla i zrna pšenice se však mohou lišit; jejich pomocí tudíž není možné provádět přesná a shodná měření. Proto již starověcí vládci stanovovali „standardní“ míry a váhy, s nimiž lidé mohli porovnávat vlastní měřicí zařízení. Například ve starém Babylónu byly uloženy v některých chrámech kameny, které měly funkci jakýchsi primitivních etalonů hmotnosti.

Zajímavé je, že někde mělo měření mystický charakter a spojovalo se s různými lidovými pověrami. Až dodnes mnohde přetrvává tradice, že se nemají měřit děti, aby jim to neuškodilo v růstu. Pevně byly stanoveny jednotky v římském impériu, avšak po jeho rozpadu nic nebránilo vznikajícím regionům si je přizpůsobit. Na konci 8. století uskutečnil Karel Veliký první pokus o sjednocení měr v raně středověké Evropě, když převzal upravený římský systém.

Přemysl Otakar II. a měření

U nás se pokusil jako první sjednotit míry Přemysl Otakar II. v roce 1268, když ustanovil tak zvanou královskou míru jednotnou v celém království, jejíž základní jednotkou byl pražský (český) loket (0,59 m). Loket se rovnal třem pídím, píď se rovnala deseti prstům položeným vedle sebe a jeden prst měl šířku čtyř ječných zrn. V průběhu času se podobných měr používalo mnoho, avšak jejich definice byly nedokonalé, hodnoty časově nestálé a místa platnosti omezená. Své míry měly nejen státy a města, ale i jednotlivá významná tržiště. Hodnoty prvních zákonných jednotek vznikaly pravděpodobně vládními nařízeními. Ve spisku Hanse Joachima von Albertiho z roku 1575 se vyskytuje zmínka o pokusu takovou jednotku zavést. Jednalo se o hodnotu délky měřičského prutu odvozené z průměrné hodnoty lidského těla. V díle se píše: „Postavte za sebe chodidly 16 mužů, kteří vycházejí z kostela.“

Největší chaos v měřicích jednotkách byl ve středověku v době zakládání a rozvoje měst. Bylo to dáno vlivem městské samosprávy, místních šlechtických vrchností a částečně i tradičními zvyky. Výjimkou je Anglie, kde zavedení jednotných měr a vah obsahoval jeden ze 63 článků latinsky psaného právního dokumentu Magna charta libertatum (Velká listina práv a svobod) již v roce 1215.

Měření v novověku

Snahy o přesná měření a sjednocování měrných soustav se začaly v Evropě výrazněji projevovat na sklonku 17. a v 18. století v souvislosti s rozvojem vědy a techniky, průmyslu a obchodu. Přírodovědci a další aktéři nastupující průmyslové revoluce si uvědomovali, že jim experimenty mohou potvrdit nebo vyvrátit jejich teorie pouze tehdy, když se budou zakládat na spolehlivém měření. Spolu s měřením času se nejčastější a nejdůležitější měření týkají hmotnosti (nebo tíhy) a délky (neboli vzdálenosti). Největší spisovatel a filozof francouzského osvícenství Voltaire si kdysi povzdechl, že nebýt aféry s babylonskou věží, vše by bylo jednodušší, protože celý svět by mluvil francouzsky. Byla v tom sice ironie namířená na francouzskou národní pýchu, je ale pravda, že metrický systém, který vcelku úspěšně vnesl řád do zmatku historických jednotek měr a vah, je dítkem Velké francouzské revoluce. Po porážce Napoleona počátkem 19. století sice vzalo jeho uspořádání Evropy za své, v řadě zemí však po něm zůstal zachován téměř celosvětově nejpoužívanější metrický systém měření a vážení.

Metrická soustava

V roce 1790, na základě návrhu vlivného poslance vévody de Talleyrand-Périgorda (později proslulého politika a diplomata světového významu) definovat novou jednotku délky, sestavilo francouzské Ústavodárné národní shromáždění vědeckou komisi (Condorcet, Lagrande, Laplace, Monge a další ve vědě zvučná jména), jejímž úkolem bylo stanovit takový systém měrových jednotek, který bude srozumitelný a trvalý. Výsledkem byla soustava jednotek z roku 1791, jež se nazývá metrická (od slova metr, jenž se stal jejím základem). Je založena na dvou pilířích: pojmu metr a na dekadickém (desítkovém) počítání jeho násobků a dílů (v počáteční době měl pouze dvě jednotky – metr a kilogram). Základem této soustavy se stala míra délková, pojmenovaná metrem a definovaná jako desetimiliontý díl zemského kvadrantu procházejícího Paříží, vztaženého na hladinu moře. Triangulační měření se uskutečnila v letech 1792 až 1798, byla řízena astronomy a geografy Delambrem a Méchainem. Název metr navrhl významný francouzský matematik a astronom Jean Ch. Borda; odvodil jej od řeckého slova „metron“, tedy míra, měřidlo. Názvy předpon dekadických násobků a dílů (deka - deci, hekto - centi-, kilo - mili, mega - mikro, giga - nano...) vymyslel člen Mezinárodní metrologické komise Holanďan van Swinden. Druhá základní jednotka – kilogram – byla definována jako hmotnost 1 dm³ čisté odvzdušněné vody při nejvyšší hustotě (za teploty 4 °C). První mezinárodní dohoda o metrickém systému, tzv. Metrická konvence (Convention du Métre), byla podepsána v Paříži 25. května 1875 zástupci vlád 18 zemí tehdejší Evropy a Ameriky včetně Rakouska-Uherska. S ohledem na historii můžeme říci, že Rakousko-Uhersko, jako předchůdce našeho státu, bylo ve správě měr a vah značně pokrokové. Po roce 1918 se nově vzniklá ČSR stala signatářem metrické konvence v roce 1922.

Tereziánská doba

Na území habsburské monarchie byl v průběhu staletí její existence několikrát učiněn pokus o sjednocení měr a vah. Nikdy však k němu úplně nedošlo, a to pro značnou decentralizovanost cejchovní služby do jednotlivých království a zemí, jež byly zastoupeny v tehdejší říšské radě. První ucelenější soustava vznikla až v průběhu 16. století, kdy zemský sněm uzákonil používání tzv. pražských měr (pražský loket, libra nebo sáh), a byla hojně využívaná zejména po skončení Třicetileté války. Císařským nařízením Marie Terezie z roku 1764 platila tzv. Tereziánská nebo také Vídeňská (Dolnorakouská) soustava měr a vah; nejznámější délkové jednotky byly palec (0,026 m), stopa (0,316 m), loket (0,777 m), sáh (1,896 m), vídeňská měřice pro sušiny (61,486), vídeňské vědro pro kapaliny (56,589 litru), vídeňská libra (0,560 kg), vídeňský cent (56,006 kg), celní cent používaný dodnes u chmele (50,0 kg), lékárenská libra (0,420 kg), poštovní lot (16,666 g) či poštovní míle (7 585 m).

Zásadní obrat ke zlepšení pořádku v mírách a váhách a jednotnosti v nich nastal v roce 1871, kdy byly zákonem ze dne 23. července (novelizace 1876, 1884 a 1893) ve všech zemích Předlitavska – tedy také v Čechách, na Moravě a ve Slezsku – zavedeny výhradně metrické délkové míry a závaží. Tento zákon u nás platil prakticky až do roku 1962, kdy byl vydán nový zákon č. 35/1962 Sb., o měrové službě. Do tohoto roku bylo možno užívat ještě tři další soustavy: MKSA – metr, kilogram, sekunda, ampér, CGS – centimetr, gram, sekunda a „technická“, MKpS – metr, kilopond, sekunda. Od 1. ledna 1980 jsou důsledně používány pouze jednotky soustavy SI.

Od roku 1960 platí soustava jednotek SI

V souvislosti s nezbytností a samozřejmostí vysoké míry přesnosti nejen ve vědě a konstruktérství, ale také v běžné průmyslové výrobě, zahraničním obchodě, výměně vědecko-technických informací a dalších oborech lidské činnosti, vzrůstala v průběhu 20. století potřeba moderního jednotného systému. V roce 1960 proto XI. Generální konference pro míry a váhy rozhodla o přijetí Mezinárodní soustavy jednotek SI (Systéme International d´Unités) o šesti základních jednotkách: délka - metr (m), hmotnost - kilogram (kg), čas - sekunda (s), elektrický proud - ampér (A), termodynamická teplota - kelvin (K) a svítivost - kandela (cd) a dvou doplňkových jednotkách (radián a steradián). V roce 1971 byla do soustavy jednotek SI posléze doplněna jako jednotka látkového množství sedmá základní jednotka mol (mol).

Jako číselná soustava se pro fyzikální veličiny používá výhradně desítková. Předpony pro díly i násobky stanoví např. mezinárodní norma ISO/IEC 80000-1, pol. 6.5.4 a tab. 4, shodně též Mezinárodní elektrotechnický slovník IEV, např. ČSN IEC 60050-112, pol. 112-02-03. Výjimkou jsou však jednotky času. Francouzský revoluční pokus dělit den na 10 hodin v praxi neuspěl, a tak se desítková soustava užívá na zlomky sekundy. Na násobky sekundy ji lze použít také (jako kilosekunda), ale v praxi se delší doby než sekunda zpravidla měří na minuty (60 s), hodiny (1 h = 3 600 s), případně dny (24 h), delší doby na roky s upřesněním – je-li to nutno –, zda jde o rok hvězdný, o definovaný násobek sekundy či o občanský rok s konvencemi přestupných let. V geologii i astronomii se užívají metrické násobky roku.

Ve výpočetní technice a informatice se z praktických důvodů užívá i soustava dvojková, případně z ní odvozená osmičková a šestnáctková. Protože 2¹⁰ = 1 024 a to je pro praktické účely dostatečně blízké 10³ = 1 000, byla zavedena normou i řada předpon analogických dekadickým: kibi (Ki), mebi (Mi), gibi (Gi), tebi (Ti) atd.; tedy jeden kibibit má značku 1 Kibit a je to 1 024 bitů. Stanoví je např. norma ISO/IEC 80000-13, kap. 4. Je dobře si uvědomit, že u vyšších hodnot jsou i rozdíly dosti výrazné: jeden tebibajt, 1 TiB = 2⁴⁰ B, je skoro o 10 % více, než jeden terabajt, 1 TB = 10¹² B.

Britská soustava „Imperial systém“

Zatímco evropská oblast na jedné straně zavedla úplně nový metrický sytém, který se vyvinul až do dnešní Mezinárodní soustavy jednotek SI, anglofonní oblast (Británie, USA, Kanada, Austrálie) sjednocovala své původní jednotky až do soustavy zvané zpravidla britská („imperial system“) založené na délce 1 stopa (foot), hmotnosti 1 libra (pound) a době 1 sekunda (second, shodná s SI). Poslední z vyspělých zemí, jež metrické míry postupně přejaly, byla Velká Británie – ta přistoupila ke konvenci teprve v roce 1966. V běžném životě Britové dodnes (už od roku 1101) uznávají svůj proslulý yard (1 yard = 0,9144 metru), nejstarší doposud oficiálně používanou jednotku délky. Mimochodem, původně to byla vzdálenost od špičky nosu po konečky prstů upažené ruky anglického krále Jindřicha I. Anglického. V současné době je SI sice zákonem schválen, ale nikoli přikázán jako jediný, v USA a v Kanadě. V porodnici tedy zaznamenají váhu dítěte v gramech, ale matce to převedou do liber, aby tomu rozuměla (podle ústního sdělení kanadského otce – metrologa na konferenci IEC 2003). SI není uzákoněn v Libérii a v Barmě.

Proces přejímání a přechodu na SI stále pokračuje. Ostatně jednotky britské soustavy nejsou definovány samostatně, ale převodními činiteli z jednotek SI.

Také pojmenování velkých čísel není jednotné. Evropská miliarda je britský i americký bilion, což vede u nás často k omylům při překladech z angličtiny.

Národní dodatek: metr piv

Ryze českým důsledkem vlivu dekadické metrické soustavy je metr piv jako míra pro množství vypitého nápoje. Jednotka je odvozena z počtu půllitrů postavených v zákrytu do řady, jejíž délka je nejblíže jednomu metru. Zpravidla představuje 10 až 11 půllitrů piva (podle typu sklenice) s případným doplněním jednoho až dvou panáků destilátu navíc. Definice metru piva není závislá na druhu piva. Konzumace této jednotky obvykle způsobí těžkou opilost, neboť hladina alkoholu v krvi stoupne až na dvě a půl promile. V roce 2001 byl před hospodou v malé obci Dobříči u Prahy instalován veřejně přístupný etalon regulérně zavedené jednotky „metr piv“ v podobě kamenného stolu, provedeného ze žuly s certifikací Českého metrologického úřadu. (Literatura: Wikipedie - Metr piv)