Mätteknik: Härifrån till evigheten – med ett första stopp i Bollnäs

Om man frågar min far hur långt det är till olika ställen får man ofta svaret ”en Bollnäsresa”. Bollnäsresan är liksom en schablon för min far, som bor i Söderhamn. Egentligen tror jag att det handlar om Bollnäsresans halvtimme i bilen, snarare än de 40 kilometrarna som bilen rullar. Det är för övrigt två Bollnäsresor till Gävle.

Det är naturligtvis ett privilegium för mig att få jobba med några av Sveriges vassaste mättekniker, så jag passar på att fråga: Hur lång är en meter egentligen? Kan man vara säker på det? Och, hur står sig den gamla Hultaforslinjalen i trä från grundskolan?

Enligt definitionen är meter längden av den sträcka som ljuset tillryggalägger i absolut vakuum under tiden 1/299 792 458 sekund. Metern realiseras med hjälp av lasrar, som i Sveriges fall finns på riksmätplatsen för längd. I Borås.

Emma Hedlund, patentingenjör på PRV, mättekniker och teknisk doktor i vakuum, hjälper mig att reda ut begreppen. Emma råkar också komma från Bollnäs. Men det är nog mera en slump.

Emma, varför är det viktigt att definiera metern i vakuum? Vore det inte enklare och att mäta i vanlig luft? Är laserljuset snabbare eller långsammare i vakuum? Hur kommer det sig?

För att mäta så noggrant som möjligt måste man minimera alla bidragande felkällor. Och för att kunna ta hänsyn till de effekter partiklarna har på ljuset måste man ha kännedom om luftens sammansättning. Eftersom luften varierar mycket blir det ett bidrag till felkällorna. Det högsta värdet på ljushastigheten fås då ljuset färdas i vakuum, i andra medier får det lägre hastighet.

När ljuset färdas i vakuum är det inget, eller snarare väldigt lite (perfekt vakuum går inte att få) som stör ljusets väg. Ljus som färdas i ett medium utsätts för en process av absorption och emission mellan fotonerna och mediets atomer eller molekyler. Detta medför att ljuset får en lägre hastighet jämfört med hastigheten i vakuum. Ljusets hastighet beror på mediets brytningsindex, vilket definieras av mediets permittivitet och permeabilitet. 

Hur mäter man miljarddelar av sekunder? Blir inte klockningen, med den här definitionen, en minst lika stor felkälla som laserns eventuella fördröjning beroende på mediet?

Enligt SP – Sveriges Tekniska Forskningsinstitut – används en interferometer för att bestämma ljusets hastighet c mycket noggrant genom att bestämma laserns frekvens och vakuumvåglängden. Från c kan man sedan få fram ett värde på metern. Om man använder sig av GPS i kombination med interferometrar har mediet (annat än vakuum) som ljuset färdas i större påverkan på felkällorna än vad klockningen har.

Kommer det in många patentansökningar till PRV som handlar om avståndsmätning? Hur kan en sådan uppfinning typiskt se ut?

Det kommer cirka 20-30 ansökningar per år som handlar om avståndsmätning. Typiska ansökningar för avståndsmätningar kan vara anti-krocksystem för bilar.

Var i internationella patentklasslistan (IPC) hittar vi mätanordningar?

Under G01 finns mätteknik samlat. Mer specifikt finns exempelvis G01B och G01S för mätning av avstånd och G01P för mätning av hastighet.

Till sist, Emma, händer det något på linjalfronten?

Det är väldigt sällan som det kommer in några ansökningar som handlar om linjaler eller måttband, kanske en ansökan per år.

Tack Emma!

Stefan Hultquist, enhetschef PRV

Fakta:

Metern skapades efter franska revolutionen på 1790-talet och var då definierad som 1/10 000 000 av sträckan från nordpolen till ekvatorn längs Paris-meridianen, alltså 1/40 000 000 av jordens omkrets. Man tog fram en arkivmeter som användes för att definiera meterns längd. Arkivmetern var en rak stång av platina där metermåttet var avståndet mellan stångens ändar.

Mätningarna visade sig senare inte vara tillräckligt exakta (avståndet är 9 999 973 m), men ändå fortsatte arkivmetern att användas som meterdefinition. Den är ungefär 0,2 mm kortare än 1/10 000 000 av pol-ekvatoravståndet.

Internationella byrån för mått och vikt i Paris skapade 1889 en ny arkivmeter, en stav av en legering av platina och iridium. Under åren 1960 – 1983 har metern även varit definierad med hjälp av en viss våglängd i kryptonatomens spektrum.

Fotnot:

Till skillnad från metern har foten funnits i de flesta civilisationer. Den tidigaste dokumenterade är från det antika Sumerien i ett dokument från 2575 f.Kr. Det romerska måttet fot, pes, motsvarade 0,296 meter.

Med fot menar man idag engelsk fot (international foot) som numera är definierad som exakt 0,3048 meter, alltså ungefär som en Hultaforslinjal. Tidigare var det en liten skillnad mellan Imperial (brittisk) foot, som definierades som en tredjedel av arkivyarden – förvarad i Towern i London.

Den gamla US foot är direkt relaterad till metersystemet. Den gamla Imperial foot var 0,304 794 49 meter. En fot motsvarar 12 tum om (numera) exakt 0,0254 meter (2,54 centimeter). I USA används inom lantmäteri en något längre fot, United States survey foot. Det är två miljondelar längre än en engelsk fot.

Den svenska foten motsvarade 0,296 904 meter. Den delades i 12 tum (verktum), där varje tum således var cirka 2,474 centimeter lång. Under 1800-talet introducerades decimaltum som var 1/10 fot och vars längd därmed blev 2,969 centimeter. Det har funnits andra svenska fot, även indelade i 13 tum.

Den preussiska eller rhenländska foten, vilken även överensstämde med den danska foten, var 0,313 85 meter.

En fransk kungafot – pied du roi efter Karl den store – eller parisfot är ännu något längre. Den motsvarar 0,324 84 meter och består av 12 pouce, vilka var och en mäter 2,707 centimeter enligt metersystemet.

Det kan noteras att en normal mansfot, storlek 43, är cirka 27 cm lång, alltså något kortare än de flesta måttenheterna fot. Skor hittar vi för övrigt under A 43 i internationella patentklasslistan och under huvudklass 02, underklass 04 i designklassningssystemet Locarno.

Källa: BIPM, Sveriges Tekniska Forskningsinstitut, Wikipedia och PRV

5 kommentarer

Filed under patent

5 responses to “Mätteknik: Härifrån till evigheten – med ett första stopp i Bollnäs

  1. Vi diskuterade enheten aln vid middagsbordet härom dagen. Varför nämns inte denna i inlägget?

    • Stefan Hultquist

      Hej Patrik, Tack för ett viktigt påpekande!

      Alnen borde givetvis varit med då den är lika spridd som foten, över land och längd. För den oinsatte motsvarade alltså en aln längden av underarmen från bågen till spetsen av långfingret – senare fastställd till 2 fot i svensk tolkning. 18000 alnar utgjorde en svensk gammal mil, ungefär 10 688 meter (i runda slängar en fjärdedels Bollnäsresa).

      Ett problem med alnen (och även med foten) var naturligtvis vems mått som skulle bli norm? Här kan man ju tänka sig att det gick en del prestige i själva standardiseringsförfarandet, såväl inom och mellan länder som över tid och från kung till annan.

      Emellertid fick Karl IX på sig att ”rätta” alnen vid ett riksdagsbeslut 1604. Karl IX var väl förberedd, för han hade redan låtit göra en aln enligt mått av den gamla Rydaholmsalnen, som fungerat som ett slags sydsvensk standard ända sedan 1100-talet. Karl IX spikade upp sin nya aln – som han naturligtvis viktiggjorde genom att kalla den för Stockholmsalnen – på Stockholms rådhus.

      Ett problem i sammanhanget var att den gamla Rydaholmsalnen – monterad på dörren till Rydaholms kyrka, nära Jönköping – gick och blev förstörd. Förmodligen hade det underlättat återskapandet av ”originalalnen” från Rydaholm om man haft tillgång till laser, för nu bar det sig inte bättre än att den nya alnen blev 1 % längre än den gamla, vilket naturligtvis inte var kompatibelt med Karl IX:s aln uppe i Stockholm.

      Sådär höll dom på och tjafsade tills Internationella Byrån föreslog den nya metern, 1889. Foten hade då bara var bara grundmått i Sverige 34 år.

      Så absolut, Patrik, alnen är den viktiga, foten bara en historisk parentes!

  2. Pingback: Bordshockey för bänkade NHL-proffs | PRVbloggen

  3. Pingback: Lätta på trycket i årets Vasalopp | PRVbloggen