Рамзденнің гедезиялық аспаптары: дәлдік пен тарихы
Ramsden surveying instruments
Рамсден аспаптары: 1784-1853 ж. гедезиялық зерттеулерде қолданылған жоғары дәлдікті құралдар. Ұлы теодолиттер, базалық сызықтар, зениттік телескоптар туралы ақпарат.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Рамсденнің геодезиялық аспаптары – Джесси Рамсден жасаған және 1784-1853 жылдар аралығында жүргізілген жоғары дәлдікті геодезиялық түсірулерде қолданылған құралдар. Бұл құралдардың ішінде Ұлыбритания және әлемнің басқа аймақтарын түсіруде пайдаланылған бес үлкен теодолит – атауларымен, көлемдерімен және дәлдігімен ерекшеленеді. Рамсден осы түсірулердің көптеген базалық сызықтарын өлшеуге қажетті жабдықтармен де, сондай-ақ ендікті анықтау үшін қолданылған зенит телескобымен де қамтамасыз еткен.
The Ramsden surveying instruments are those constructed by Jesse Ramsden and used in high precision geodetic surveys carried out in the period 1784 to 1853. This includes the five great theodolites—great in name, great in size and great in accuracy—used in surveys of Britain and other parts of the world. Ramsden also provided the equipment used in the measurement of the many base lines of these surveys and also the zenith telescope used in latitude determinations.
Үлкен теодолиттер
Жалпы саны сегіз мұндай аспап Рамсден және басқалар Ұлыбританияда, Үндістанда және Швейцарияда қолдану үшін жасалды. Рамсденнің өзі үш теодолит құрастырды, ал тағы екеуін 1805 жылы Рамсден қайтыс болғаннан кейін оның күйеу баласы және іскерлік жаңартқышы Мэтью Бердж оның жобасы бойынша аяқтады. Қалған аспаптардың біреуін Уильям Кэри, ал қалған екеуін Трутон мен Симмс фирмасы жасады.
A total of eight such instruments were manufactured by Ramsden and others for use in Britain, India and Switzerland. Ramsden himself constructed three theodolites and a further two were completed to his design by Mathew Berge, his son in law and business successor, after Ramsden's death in 1805. Of the other instruments one was constructed by William Cary and the other two by the firm of Troughton and Simms.
Корольдік қоғам теодолиті
1783 жылы Лондон Корольдік қоғамы Гринвич обсерваториясына француздық тараптан келген негіссіз сынға (негіздемесі жоқ) жауап ретінде, Гринвич пен Англия арнасының арғы жағындағы француз зерттеу станциялары арасында жоғары дәлдікті геодезиялық зерттеу, яғни Англо-француз зерттеуін (1784–1790) жүргізу үшін Корольдік келісім алуға тырысты. Келісім бекітілген соң, генерал Уильям Рой жұмысты өз міндетіне алуға келісті және дереу Рамсденге жаңа құралдар тапсыру үшін жүгінді. Үш жылдан кейін «үлкен» теодолит Рамсденнің кешігуі, шеберханадағы апаттар және оның үнемі жетілдіруге ұмтылуына байланысты кешігіп жеткізілді – «Бұл жарамсыз, қайта жасауымыз керек». Құралдың құны Корольдік қазынадан төленді және Король оны дереу Корольдік қоғамға сыйлады; осы себепті теодолит Корольдік қоғам теодолиті деп, немесе қысқаша Ramsden RS деп аталады. Осы теодолиттің толық сипаттамасы Англо-француз зерттеуінің (1784–1790) соңғы есебінде келтірілген. Құралдың көлденеңі кең болды және әдетте 5–6 фут биіктіктегі көру телескопын орналастыратын тұғырға орнатылатын. Оның салмағы шамамен алғанда, ал керек-жарақтары мен қораптары да сонша салмақ тартты. Ол 60 жылдан астам уақыт бойы Ұлыбритания бойынша өз атқарулы көлігінде саяхаттап, тауларға, шіркеу мұнараларына және тіпті мұрағаттарға көтерілді. Көлденең шеңберлік шкала Рамсденнің өзі жасаған бөлу машинасының бірін пайдалана отырып, 15 минуттық (доғалық) интервалмен өте дәл бөлінді; диаметр шкаласындағы белгілер шамамен бір-бірінен алшақ болды. Сондықтан телескоптың орналасуын көзбен бір градустың төрттен бір бөлігіне дейін анықтауға болады, бірақ бөлістер арасындағы нақты орналасуы фокустық жазықтықтағы реттелетін қиылысқан сымдармен жабдықталған микрометрлік микроскоптардың көмегімен, суретте көрсетілгендей, оқылды. Бұрандалардың жіптері бір белгіден екінші белгіге, яғни 15 минутқа 15 толық айналым жасады, ал реттеу тұтқасындағы шкала бір айналымның алпысыншы бөлігін өлшеуге мүмкіндік бергендіктен, нәтижедегі дәлдік бір доғалық секундқа дейін жетті. Аспапқа сонымен қатар алыс станциялардың биіктігін және биіктік айырмасын өлшеу үшін тік жартылай шеңберлік шкала орнатылған. Микроскоптардағыдай қиылысқан сымдар октакулге орнатылған; олар бұрандалы жіппен реттеледі, бұл бұрыштарды бес доғалық секундқа дейін өлшеуге мүмкіндік берді. Англо-француз зерттеуіндегі әдеттегі қашықтықтар 20 мильден (32 км) аз болды: бұл қашықтықта бір доғалық секунд мақсатты станциядағы көлденең немесе тік орын ауыстыруға сәйкес келеді. Бұл үлкен өлшеу үшбұрыштарының сфералық артықшылығын өлшейтін алғашқы құрал болды. Англо-француз зерттеуі аяқталғаннан кейін бұл құрал Корольдік қоғамда сақталды, бірақ 1799 жылы Артиллериялық кеңес оны Ұлыбританияның Басты үшбұрыш зерттеуі үшін пайдалануды сұрады. Зерттеу аяқталғаннан кейін теодолит Саутгемптондағы Артиллериялық зерттеу бас штабында сақталды, онда ол 1941 жылы бомбалау кезінде жойылды.
In 1783 the Royal Society of London reacted to (unfounded) French criticism of Greenwich Observatory by seeking Royal assent to undertake a high precision geodetic survey, the Anglo French Survey (1784–1790), between Greenwich and the established French survey stations on the other side of the English Channel. Approval having been granted, General William Roy agreed to undertake the work and he immediately approached Ramsden to commission new instruments. Three years later the "great" theodolite was delivered after a delay attributable to Ramsden's tardiness, workshop accidents and his predilection for continuous refinement—"this won't do, we must have at it again". The instrument was paid for by the Crown and the King immediately presented it to the Royal Society; for this reason the theodolite is designated as the Royal Society theodolite, or Ramsden RS in short. There is a complete description of this theodolite in the final report of the Anglo French Survey (1784–1790). The instrument was large, across and it was normally mounted on a stand which placed the sighting telescope between 5 and 6 ft. high. It weighed about and the accessories and cases weighed as much again. It travelled around Britain for over sixty years, in its own sprung carriage, to locations where it was hauled up mountains, church towers and even scaffolded steeples. The horizontal circular scale was divided very accurately with divisions at 15 minute (of arc) intervals using one of Ramden's own dividing engines; the marks on the diameter scale would be about apart. The position of the telescope could therefore be read to the nearest quarter of a degree by eye but the exact position between the divisions was read with the aid of micrometer microscopes fitted with adjustable cross wires in the focal plane, as shown. The threads of the screws were such that fifteen full turns moved from one scale mark to the next, i. e. 15 minutes, and since the scale on the adjusting knob allowed one sixtieth of a turn to be measured the resulting accuracy was within one arc second. The instrument is also fitted with a vertical semi circular scale to measure the elevations of distant stations and therefore a height difference. Cross wires similar to those used in the microscopes are fitted into the eyepiece; they are adjustable by a screw thread which allowed angles to be measured to within five arc seconds. Typical distances in the Anglo French Survey were less than 20 mile (32 km): at that distance one second of arc corresponds to lateral or vertical displacements at the target station of approximately No other theodolite could match this precision at that time. It was the first instrument to be able to measure the spherical excess of large survey triangles. After completion of the Anglo French Survey this instrument was stored at the Royal Society, but in 1799 the Board of Ordnance requested its use for the Principal Triangulation of Great Britain. On completion of the Survey the theodolite was stored in the headquarters of the Ordnance Survey at Southampton where it was destroyed in the bombing raids of 1941.
Қару-жарақ жөніндегі кеңесте
1775 жылы Уильям Рой Корольдік қоғамға ұсынған баяндамасында Үндістанның меридиандық және параллельдік доғаларды өлшеу үшін өте қолайлы екенін айтқан. Оның қуанышына орай, Шығыс Үндістан компаниясы мұндай жобаны қолға алуға келісім берді және Рамсденнен екінші үлкен теодолит тапсырыс берді. Теодолит 1791 жылы дайын болды, бірақ Рамсден өндірісте туған қиындықтарға байланысты бағасын көтеруге мәжбүр болды. Оның таңғалысы, компания оның бағасын қабылдамай, құралды сатып алудан бас тартты. Оны Ричмонд герцогы сатып алды, ол Артиллериялық кеңес төрағасы ретінде Ройдің ағылшын-француз зерттеуіне (1784–1790) көп қаржы бөлген еді. Бұл теодолит Артиллериялық кеңес теодолиті деп аталады, немесе қысқаша Ramsden BO. Ричмондтың ниеті – Ройдің зерттеуін Ұлыбританияның оңтүстік графтықтарына кеңейту үшін жаңа теодолитті пайдалану болды. Құрал негізінен алғашқысына ұқсас болды, бірақ оған, әсіресе микроскоптардың саны мен орналасуы, сондай-ақ олардың дәлдік микрометрлік шкалалары жақсартылған. Бұл құрал 1853 жылы Ұлыбританияның негізгі триангуляциясы аяқталғанға дейін қолданылып келді және қазір Лондондағы Ғылым мұражайында сақталуда.
In his report to the Royal Society in 1775 William Roy had noted the suitability of India as a location for both meridian arc and parallel arc measurements. To his delight the East India Company were willing to undertake such a venture and ordered a second great theodolite from Ramsden. It was ready in 1791 but Ramsden felt obliged to increase the price because of problems in its manufacture. To his surprise the company rejected his price and refused to purchase the instrument. It was bought by the Duke of Richmond who, as Master of the Board of Ordnance, had provided most of the finance for Roy's Anglo French Survey (1784–1790). The theodolite is designated as the Board of Ordnance theodolite, or Ramsden BO in short. Richmond's intention was to use the new theodolite on the extension of Roy's survey to the southern counties of Britain. The instrument was basically the same as the first with added refinements, mainly to the number and placement of the microscopes with their precision micrometer stages. It was in use until the completion of the Principal Triangulation of Great Britain in 1853 and it is now in the Science Museum in London.
Басқа Рамсден теодолиттері
Рамсден кем дегенде тағы бір 3 футтік (1 метрлік) теодолит жасады, оның бөліктері Швейцарияда табылды. Бұл құрал және оның екі үлкен теодолиті П.И.Германовтың "Негізгі үшбұрыштық желі" есебінде сипатталған.
Ramsden made at least one other 3 feet (1 m) theodolite of which parts were discovered in Switzerland. This instrument and his two great theodolites are described in the account of the Principal Triangulation by .
Басқа құрылысшылардың ұлы теодолиттері
Шығыс Үндістан компаниясы Рамсденнің екінші теодолитін қабылдамаса да, олар ұқсас конструкцияны тағы бір лондондық аспап жасаушы, Уильям Кэриден тапсырыс берді. Бұл теодолит 1802 жылдан бастап Үндістанда қолданысқа енді, бірақ 1808 жылы ғимараттың үстіне көтерілген кезде зақымданып, қысқа үзіліс болды. Ол жөнделіп, 60 жыл бойы пайдаланылды. 1830 жылы Траутон мен Симмс Үндістан географиялық зерттеуі үшін жақсартылған конструкциядағы жаңа теодолит жасады, және екеуі 1874 жылға дейін бірге қызмет етті, содан кейін Кэридің аспабы Траутон мен Симс жасаған басқа бір аспапқа алмастырылды. Бұл соңғы аспап салмағы ауыр болды, сақтау қорабында болғанда: тауға тасымалдау үшін тым ауыр деп есептелді және 1882 жылы Оңтүстік Африкаға жіберілді.
Although the East India company turned down Ramsden's second theodolite they commissioned a similar design from another London instrument maker, William Cary. This theodolite was in use in India from 1802 although there was a slight hiatus in 1808 when it was damaged when being hauled to the top of a building. It was repaired and in use for sixty years. A new theodolite to an improved design was made for the Indian Survey by Troughton and Simms in 1830 and the two together saw service until 1874 when the Cary instrument was replaced by another by Troughton and Sims. This last instrument was a monster weighing when in its travelling cases: it was no surprise that it was deemed too heavy for transport up mountains and it passed to South Africa in 1882.
Тізбектер мен таяқшалар
Сегізінші ғасырдың геодезистері 22 ярдтық (бір тізбекте 100 буын, әрқайсысы 7,92 дюйм) Гунтер тізбектерін қолданды. Олардың дәлдігі кадастрлық зерттеулер үшін жеткілікті болды, бірақ Англо-француз зерттеуіне (1784–1790), Ұлыбританияның алғашқы жоғары дәлдікті зерттеуіне олар жеткіліксіз деп есептелді. Рой Рамсденнен әрқайсысы бір футтан тұратын 100 буыннан жаңа тізбек дайындауды сұрады. Ол сондай-ақ Рамсденнен 20 футтық ұзындығы бар үш дәл калибрленген ағаш таяқ дайындауды өтінді. Бірақ, ылғалдың өзгеруіне байланысты ұзындығы өзгергендіктен, бұл таяқтар сәтсіз болды, оның орнына үш калибрленген шыны түтікше пайдаланылды. Тізбек шыны түтікшелермен бірдей дәлдікке ие екені дәлелденді және келесі тридцать жыл бойы базалық зерттеулерде қолданылды. Кейінірек жасалған тізбекті өлшеулер Рамсденнің 30 метрлік (100 фут) тізбегінің дәлдігі 5 мильге шамамен 3 дюймді құрайтынын көрсетті. Іс жүзінде тізбек ағаш тіреулермен бүкіл ұзындығында қолдауға алынып, белгілі бір тұрақты салмақпен керілді. Оның жылулық кеңею коэффициенті температураның өзгеруін ескеру үшін мұқият өлшенді. Толық мәліметтер (суреттерімен) Ройдің Хаунслоу Хит базалық сызығын өлшеу туралы есебінде келтірілген. Америка геодезистері кейде 100 футтық, 100 буыннан тұратын, «инженерлік тізбек» деп аталатын тізбекті де қолданды. Екі жағдайда да «тізбек» термині ұзындық бірлігін емес, өлшеу құралын білдіреді, ал өлшенген қашықтықтар әдетте футтармен және футтың ондық үлесімен (дюйм емес) көрсетіледі. Рамсденнің тізбегі Ұлыбританияда пайда болғанына қарамастан, Гунтер тізбектері онда басым болды: «Егер тізбек туралы ешқандай нақты айтылмаса, Гунтер тізбегі түсініледі», - деп атап көрсеткен Маккуорн Ранкиннің орта викториялық «Азаматтық инженерия нұсқаулығы».
Eighteenth century surveyors used Gunter's chains which were 22 yards long (one chain with 100 links of 7.92 inches). Their accuracy was adequate for cadastral surveying but they were deemed insufficiently accurate for the Anglo French Survey (1784–1790), Britain's first high precision survey. Roy asked Ramsden to prepare a new chain of 100 links, each one foot in length. He also asked Ramsden to prepare three precisely calibrated wooden rods 20 feet long. These proved to be a failure because of fluctuations in length due to varying humidity; instead three calibrated glass tubes were used. The chain proved to be as accurate as the glass tubes, and it was in use for baseline surveys over the next thirty years. Later, even more precise measurements showed that the accuracy of Ramsden's 100 feet (30 m) chain was within about 3 inches in 5 miles. In actual use the chain was supported throughout its length by wooden trestles, and tensioned with a known constant weight. Its coefficient of thermal expansion was carefully measured so that temperature fluctuations could be taken into account. Full details (with plates) are given in Roy's account of the measurement of the Hounslow Heath baseline. American surveyors sometimes also used a chain of 100 feet, also with 100 links, known as the engineer's chain. The term chain in both cases usually refers to the measuring instrument rather than a unit of length, and distances measured are normally given in feet and decimal fractions of a foot (not inches). Despite Ramsden's chain originating in the UK, Gunter's predominated there: "When a chain is spoken of without qualification, Gunter's chain is meant", noted Macquorn Rankine's mid Victorian A Manual of Civil Engineering.
Зениттік телескоп
1802 жылы Джесси Рамсден жасаған зенит телескопы Ұлыбританияның Басты Триангуляциясының көптеген станцияларының ендігін анықтау үшін қолданылды. Бұл көшпелі құрал астрономиялық обсерваторияның дәлдігін далалық жұмыстарға жеткізу мақсатымен құрастырылған. Сыртқы конструкциясы шамамен 4 метр (12 фут) биіктікте болса, ішкі конструкцияға орнатылған телескоптың ұзындығы 2 метр (8 фут) құрады. Телескоптың бақылау мүмкіндігі атмосфераның сынуынан туындайтын қателерді болдырмау үшін зенитке жақын бірнеше градуспен шектелген. Құрал туралы толық сипаттаманы Пирсон берген.
The zenith telescope constructed by Jesse Ramsden in 1802 was used to determine the latitude of many stations of the Principal Triangulation of Great Britain. This portable instrument was designed to bring observatory precision to fieldwork. The outer frame stood about 12 feet (4 m) tall and the telescope mounted on an inner frame was 8 feet (2 m) long. The telescope was restricted to observations within a few degrees of the zenith in order to prevent errors due to refraction. A complete description of the instrument is given by Pearson.