Древнейшая история
Если задать археологам вопрос, когда были изготовлены первые весы, то мнения разойдутся. Многие специалисты считают, что их использовали в Месопотамии еще в пятом тысячелетии до нашей эры. Однако они опираются только на косвенные свидетельства — частично расшифрованные тексты, неясные рисунки и труды других ученых.
Поэтому большинство археологов считает, что весы начали массово использоваться в 2400–1800 годах до нашей эры. Самые древние образцы были найдены в долине реки Инд на территории современного Пакистана. Их конструкция достаточно примитивна — на горизонтальную балку устанавливалось своеобразное «коромысло», к которому при помощи веревок привязывались две чаши. В одну помещался груз, а в другую — гири с заранее определенной массой. Чтобы получить точный результат, систему нужно было привести в равновесие.
Интересно, что в качестве гирь использовались каменные кубы, которые отличались размером и плотностью. Ученые считают, что они подбирались соответственно массе часто взвешиваемых предметов — мешка с зерном, охапки древесины или ведра с углем. А самые маленькие гирьки использовались для оценки золота и драгоценных камней.
По всей видимости, весы были изобретены в нескольких точках мира. Археологи доказали их существование в Древнем Китае, Египте и Греции, хотя цивилизации того времени почти не контактировали друг с другом и культурный обмен был маловероятен. Измерительный прибор быстро стал частью повседневной жизни и даже мифологии многих народов. Так, в египетской «Книге мертвых» сказано, что на пороге подземного царства бог Анубис взвешивает сердце умершего, чтобы определить его праведность при жизни.
Первые признаки прогресса
Равноплечие весы идеально подходили для измерения массы небольших предметов. Они стали неизменными спутниками ученых, банкиров, аптекарей, золотоискателей и ювелиров. Однако бурное развитие сельского хозяйства и промышленности требовало совершенствования конструкции. Ведь для взвешивания 100 кг камня или зерна была нужна гиря с такой же массой. Стоит ли говорить, что она была неудобной в использовании?
Считается, что первые неравноплечие весы появились в Древнем Риме в III веке до нашей эры, хотя у нас есть лишь косвенные свидетельства их существования. В таком приборе чаша была подвешена только с одной стороны. С другой располагалась гиря, которая передвигалась по планке со шкалой. Такая конструкция позволяла измерять массу предметов, в десятки раз превышавшую вес эталонного груза.
Долгое время такие весы использовались во всех отраслях деятельности человека — от добычи полезных ископаемых и сельского хозяйства до розничной торговли и банковского дела. Следующее улучшение было сделано только в 1669 году. Жиль де Роберваль представил французской Академии наук прототип весов, в которых чаши располагались над рычагами. Их взаимосвязанные горизонтальные планки образовывали параллелограмм, а в уравновешенном состоянии — прямоугольник. Такая конструкция сделала прибор более компактным, удобным в использовании и точным.
Продвинутая механика
Несмотря на свои преимущества, весы Роберваля оставались сложными в производстве и требовали регулярной настройки. Поэтому настоящим прорывом стало изобретение пружинного прибора. В одних источниках его автором называют немецкого ученого Кристофа Вайгеля, а в других — британца Ричарда Солтера. Как бы там ни было, пружинные весы стали очень популярными в середине XVIII века. Их использовали уличные торговцы, работники складов и служащие почтовых отделений. Новая конструкция сократила затраты времени на измерение массы в несколько раз, увеличив продуктивность труда и ускорив производственные процессы. Кстати, пружинные весы используются до сих пор — их преимуществами называют доступные цены, ремонтопригодность и простоту.
Впрочем, конструкцию Роберваля не оставили в покое. В 1850 году Жозеф Беранже добавил в нее горизонтальные рычаги, которые опирались на подшипники. Такое решение снизило силу трения и значительно уменьшило погрешность. На долгие годы оно стало «золотым стандартом» измерительной техники. Интересно, что Беранже изобразил стрелки прибора в виде птичьих голов, которые должны были указывать друг на друга в состоянии равновесия. Такой дизайнерский элемент использовался больше века — именно из-за него советские механические весы часто называли «уточками».
В конце XIX века также появились первые промышленные весы, которые могли измерять массу железнодорожных вагонов, автомобилей и повозок с грузами. Сложная система рычагов и шестеренок позволяла уравновешивать несколько тонн маленькими гирьками массой до 10 килограммов.
Российский опыт
В России долгое время использовались классические равноплечие весы. Первые законы о подделке самих измерительных приборов и гирь-эталонов появились еще во времена князя Владимира. За их исполнением следили князья и церковные служители, а впоследствии — цари. В XVI веке Иван Грозный издал указ, который предписывал всем торговцам получать стандартизованные весы из государственной казны.
Выполнять это требование было очень сложно, поэтому вскоре его заменили на обязательную проверку. Процедура выполнялась каждые полгода, после чего на гири и весы ставилось клеймо в виде государственного герба. Стандартные единицы измерения были введены в 1736 году. А в 1841 году в Петербурге было основано «Депо мер и весов», которое занималось поверкой приборов различных конструкций и хранением эталонов.
Современная электроника
С течением времени требования к точности и скорости измерения продолжали возрастать. Уже в начале XX века человечество столкнулось с пределом совершенствования механических приборов. Поэтому в 1950-х годах появились первые образцы электронных весов.
Их конструкции были разнообразными. Некоторые инженеры использовали пневматические и гидравлические системы. Они измеряли давление газа или жидкости, вытесненных под воздействием груза на платформу. Но наибольшее распространение получили датчики, которые измеряли натяжение пружины или деформацию упругого тела. Итоговые результаты обрабатывались микропроцессором, который выводил значение на экран или передавал его другому прибору.
Пружинные электронные весы, которые также называют безменами, стали очень популярными в розничной торговле. С их помощью удобно измерять массу овощей, фруктов, мяса, творога и других продуктов, уложенных в пакет. А модели с тензометрическими датчиками, определяющими поверхностное натяжение, получили распространение в кулинарии. Их погрешность не превышает 1 грамма, что позволяет измерять массу соли и специй.
Такие же конструкции используются и в напольных весах. Большинство таких устройств выдерживает нагрузку до 180 килограммов, но выдает результат с точностью до 100 граммов. Они позволяют отслеживать изменения физической формы под воздействием диеты или нагрузок. А XXI век подарил нам умные напольные весы. Такие приборы оснащаются биоимпедансными датчиками, которые пропускают через тело человека очень слабый ток. Оценивая уровень сопротивления разных тканей, они рассчитывают долю жира, мышц, костей и воды. Многие умные весы передают результаты в память смартфона или в облачные сервисы, позволяя накапливать статистическую информацию и оценивать динамику показателей.
В отличие от механических приборов, электронные нуждаются в источнике питания. Чаще всего кулинарные и напольные весы работают от компактных батареек. Впрочем, есть и другие варианты. Некоторые модели получают электричество от солнечных панелей, а иные — от кинетических преобразователей, которые превращают энергию нажатия кнопки в ток.
Современные технологии предоставили свободу действий как инженерам, так и дизайнерам. Платформы напольных весов могут изготавливаться из стекла, металла и даже дерева. А настольные кулинарные приборы часто комплектуются чашами, подходящими для взвешивания жидких и сыпучих продуктов.
