Геодезические инструменты Рамсдена

Рамсден RS, теодолит 1787 года. Разрушен во время бомбардировки Саутгемптона в 1941 году.

Геодезические инструменты Рамсдена - это инструменты, сконструированные Джесси Рамсденом и использовавшиеся в высокоточных геодезических исследованиях, проводившихся в период с 1784 по 1853 год. Сюда входят пять великих теодолитов - великих по названию, больших размеров и высокой точности - которые использовались при съемках Великобритании. и других частях света. Рамсден также предоставил оборудование, используемое для измерения многих базовых линий этих исследований, а также зенитный телескоп, используемый для определения широты.

Великие теодолиты

Всего Рамсден и другие изготовили восемь таких инструментов для использования в Великобритании, Индии и Швейцарии. Сам Рамсден сконструировал три теодолита, а еще два были построены по его проекту Мэтью Берджем, его зятем и преемником в бизнесе, после смерти Рамсдена в 1805 году. Из других инструментов один был построен Уильямом Кэри , а два других - фирма Тротон и Симмс .

Теодолит Королевского общества

В 1783 году королевское общество Лондонское отреагировало на (необоснованную) французскую критику Гринвичской обсерватории, потребовав королевского согласия на проведение высокоточной геодезической съемки, Англо-французской съемки (1784–1790) , между Гринвичем и установленными французскими исследовательскими станциями на другая сторона Ла-Манша. Получив одобрение, генерал Уильям Рой согласился провести работу и немедленно обратился к Рамсдену с просьбой ввести в эксплуатацию новые инструменты. Три года спустя «великий» теодолит был доставлен после задержки, вызванной опозданием Рамсдена, несчастными случаями в мастерской и его склонностью к постоянному совершенствованию - «это не годится, нам нужно заняться этим снова». Инструмент был оплачен короной, и король немедленно представил его Королевскому обществу; по этой причине теодолит обозначается как теодолит Королевского общества, или сокращенно Ramsden RS.

Полное описание этого теодолита имеется в итоговом отчете Англо-французского исследования (1784–1790 гг.) . Инструмент был большим, 36 дюймов (910 мм) в поперечнике, и обычно он устанавливался на подставке, на которой прицельный телескоп располагался на высоте от 5 до 6 футов. Он весил около 200 фунтов (91 кг), столько же весили аксессуары и футляры. Он путешествовал по Британии более шестидесяти лет в собственной рессорной карете, в места, где его буксировали в горы, на церковные башни и даже на шпили с строительными лесами.

Деталь микрометрических микроскопов.

Горизонтальная круговая шкала была очень точно разделена с делениями с интервалом в 15 минут (угловых) с использованием одного из собственных делительных механизмов Рамдена ; отметки на шкале диаметром 36 дюймов (910 мм) будут примерно на расстоянии 1 ⁄ дюйма (4,2 мм) друг от друга. Таким образом, положение телескопа можно было определить на глаз с точностью до четверти градуса, но точное положение между делениями определялось с помощью микрометрических микроскопов, снабженных регулируемыми перекрестиями в фокальной плоскости, как показано. Резьба винтов была такой, что пятнадцать полных оборотов перемещались от одной отметки шкалы к другой, т. е. за 15 минут, а поскольку шкала на регулировочной ручке позволяла измерить одну шестидесятую оборота, результирующая точность находилась в пределах одной угловой секунды.

Прибор также оснащен вертикальной полукруглой шкалой для измерения высот удаленных станций и, следовательно, разницы высот. В окуляр вставлены перекрестия, подобные тем, которые используются в микроскопах; они регулируются с помощью винтовой резьбы, что позволяет измерять углы с точностью до пяти угловых секунд.

Типичные расстояния в англо-французской съемке составляли менее 20 миль (32 км): на этом расстоянии одна угловая секунда соответствует боковым или вертикальным смещениям целевой станции примерно на 7 дюймов (18 см). Ни один другой теодолит в то время не мог сравниться с такой точностью. Это был первый прибор, способный измерять сферический избыток больших геодезических треугольников.

После завершения англо-французской съемки этот инструмент хранился в Королевском обществе, но в 1799 году Управление артиллерийского вооружения потребовало его использования для Главной триангуляции Великобритании . По завершении исследования теодолит хранился в штаб-квартире Артиллерийского управления в Саутгемптоне, где он был уничтожен во время бомбардировок 1941 года.

Теодолит Совета по артиллерийскому вооружению

Рамсден Б.О., теодолит 1791 года. Сейчас находится в Музее науки в Лондоне.

В своем отчете Королевскому обществу в 1775 году Уильям Рой отметил пригодность Индии как места для измерений как меридиональной , так и параллельной дуги. К его радости, Ост-Индская компания согласилась предпринять такое предприятие и заказала у Рамсдена второй большой теодолит. Он был готов в 1791 году, но Рамсден счел необходимым повысить цену из-за проблем с его производством. К его удивлению, компания отвергла его цену и отказалась покупать инструмент. Он был куплен герцогом Ричмондом , который, будучи главой Совета по артиллерийскому вооружению , предоставил большую часть финансирования англо-французского исследования Роя (1784–1790) . Теодолит обозначается как теодолит Совета артиллерийского управления, или сокращенно Ramsden BO. Намерением Ричмонда было использовать новый теодолит для расширения исследований Роя на южные графства Британии. Инструмент был в основном таким же, как и первый, с дополнительными усовершенствованиями, в основном в отношении количества и размещения микроскопов с их прецизионными микрометрическими столиками. Он использовался до завершения Основная триангуляция Великобритании 1853 года, сейчас она находится в Музее науки в Лондоне.

Описание усовершенствований, внесенных в этот теодолит, содержится в отчете о Тригонометрическом обзоре за 1791–1794 годы, проведенном Маджем, Уильямсом и Далби.

Другие теодолиты Рамсдена

Рамсден изготовил по крайней мере еще один теодолит высотой 3 фута (0,91 м), части которого были обнаружены в Швейцарии. После его смерти его фирму унаследовал Мэтью Бердж, который, как известно, сконструировал еще два больших инструмента по конструкции Рамсдена. Рамсден изготовил множество теодолитов, в том числе восемнадцатидюймовый инструмент той же конструкции, что и великие теодолиты. Этот инструмент и два его великих теодолита описаны в отчете Кларка и Джеймса «Основная триангуляция» (1858 г.) .

Великие теодолиты других строителей

Хотя Ост-Индская компания отказалась от второго теодолита Рамсдена, они заказали аналогичную конструкцию другому лондонскому производителю инструментов, Уильяму Кэри . Этот теодолит использовался в Индии с 1802 года, хотя в 1808 году был небольшой перерыв, когда он был поврежден при переноске на крышу здания. Он был отремонтирован и использовался шестьдесят лет. Новый теодолит улучшенной конструкции был изготовлен для Индийской службы Тротоном и Симмсом в 1830 году, и оба вместе эксплуатировались до 1874 года, когда Тротон и Симс заменили инструмент Кэри другим. Этот последний инструмент представлял собой чудовище, весившее в дорожном чемодане 1455 фунтов (660 кг): неудивительно, что его сочли слишком тяжелым для транспортировки в горы, и в 1882 году его перевезли в Южную Африку. После 1874 года великие инструменты больше не производились, поскольку продолжающееся развитие точных инструментов затмило их характеристики: к концу девятнадцатого века точность в 1 угловую секунду можно было получить с помощью 12-дюймового (300 мм) инструмента.

Цепи и стержни

Геодезисты восемнадцатого века использовали цепи Гюнтера длиной 22 ярда (одна цепь со 100 звеньями по 7,92 дюйма). Их точность была достаточной для кадастровой съемки, но они были сочтены недостаточно точными для англо-французской съемки (1784–1790) , первой высокоточной съемки в Великобритании. Рой попросил Рамсдена подготовить новую цепь из 100 звеньев длиной в один фут каждое. Он также попросил Рамсдена подготовить три точно калиброванных деревянных стержня длиной 20 футов. Они оказались неудачными из-за колебаний длины из-за различной влажности; вместо этого использовались три калиброванные стеклянные трубки. Цепь оказалась такой же точной, как и стеклянные трубки, и ее использовали для базовых исследований в течение следующих тридцати лет. Позже еще более точные измерения показали, что точность 100-футовой (30-метровой) цепи Рамсдена находилась в пределах примерно 3 дюймов на 5 миль. При фактическом использовании цепь поддерживалась по всей длине деревянными опорами и натягивалась с известным постоянным весом. Его коэффициент теплового расширения был тщательно измерен, чтобы можно было принять во внимание колебания температуры. Полная информация (с табличками) приведена в отчете Роя об измерениях базовой линии Хаунслоу-Хит .

Американские геодезисты иногда также использовали цепь длиной 100 футов, также со 100 звеньями, известную как инженерная цепь . Термин «цепь» в обоих случаях обычно относится к измерительному инструменту, а не к единице длины, а измеряемые расстояния обычно даются в футах и ​​десятичных долях фута (не в дюймах).

Несмотря на то, что цепь Рамсдена зародилась в Великобритании, там преобладала цепь Гюнтера: «Когда о цепи говорят без оговорок, имеется в виду цепь Гюнтера», - отмечалось Маккорна Рэнкина средневикторианском в «Руководстве по гражданскому строительству» .

Зенитный телескоп

Зенитный телескоп Рамсдена.

Зенитный телескоп, построенный Джесси Рамсденом в 1802, использовался для определения широты многих станций Главной триангуляции Великобритании . Этот портативный инструмент был разработан для обеспечения точности обсерватории при полевых работах. Внешняя рама имела высоту около 12 футов (3,7 м), а длина телескопа, установленного на внутренней раме, составляла 8 футов (2,4 м). Телескоп был ограничен наблюдениями в пределах нескольких градусов от зенита, чтобы предотвратить ошибки из-за рефракции. Полное описание прибора дано Пирсоном.

См. также

• Повторяющийся круг

Библиография

• Кларк, Александр Росс; Джеймс, Генри (1858). Отчет наблюдений и расчетов Главной Триангуляции; а также о фигуре, размерах и среднем удельном весе Земли, полученных на их основе . Лондон: GE Эйр и В. Споттисвуд. OCLC   757179661 . ТАРЕЛКИ . Превосходное резюме отчета было опубликовано в « Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества» . {{cite book}}: Внешняя ссылка в |postscript= ( помощь ) CS1 maint: постскриптум ( ссылка )
• Инсли, Джейн (2008). Сказание о великих Теодолитах (PDF) . ФИЖ Рабочая неделя по интеграции поколений . Швеция. {{cite conference}}: Внешняя ссылка в |conference= ( помощь )
• Маскелин, Невил (1785). «О широте и долготе Королевской обсерватории в Гринвиче; с замечаниями к мемориалу покойного М. Кассини де Тюри» . Философские труды Лондонского королевского общества . 75 : 385–480. дои : 10.1098/rstl.1787.0018 . S2CID   186209872 .
• МакКоннелл, Анита (2007). Джесси Рамсден (1735–1800): ведущий лондонский производитель научных инструментов . Олдершот: Ashgate Publishing Limited. ISBN  978-0-7546-6136-8 . Есть существенный обзор Ричарда Данна. {{cite book}}: Внешняя ссылка в |postscript= ( помощь ) CS1 maint: постскриптум ( ссылка )
• Мадж, Уильям; Далби, Исаак; Уильямс, Эдвард (1795). «Отчет о тригонометрических исследованиях, проведенных в 1791, 1792, 1793 и 1794 годах» . Философские труды Королевского общества . 84 : 414–622. дои : 10.1098/rstl.1795.0023 .
• Оуэн, Тим; Пилбим, Элейн (1992). Ordnance Survey, картографы Великобритании с 1791 года . Саутгемптон: Обзор боеприпасов (HMSO). ISBN  9780319002490 . ОСЛК   28220563 . Доступен бесплатно в Интернете на сайте Ordnance Survew, Owen and Pilbeam. {{cite book}}: Внешняя ссылка в |postscript= ( помощь ) CS1 maint: постскриптум ( ссылка )
• Пирсон, Уильям (1829). Введение в практическую астрономию: Том 2 . Издательство Кембриджского университета. стр. 534–554. ISBN  9781108064064 .
• «Рамсден-оптик» . Зеркало литературы, развлечений и обучения . 10:80 . 1827.
• Рамсден, Джесси (1877). Описание механизма разделения математических инструментов . Лондон: Комиссары по долготе. (Таблички неполные.) {{cite book}}: CS1 maint: постскриптум ( ссылка )
• Рой, Уильям (1785). «Отчет об измерениях базы на Хаунслоу-Хит» . Философские труды Лондонского королевского общества . 75 : 385–480. дои : 10.1098/rstl.1785.0024 .
• Рой, Уильям (1790). «Отчет о тригонометрической операции, с помощью которой было определено расстояние между меридианами Королевских обсерваторий Гринвича и Парижа» . Философские труды Лондонского королевского общества . 80 : 111–254. дои : 10.1098/rstl.1790.0015 . S2CID   186211548 .
• Тернер, Жерар Л'Эстрейндж (1983). Научные инструменты девятнадцатого века . Издательство Калифорнийского университета. ISBN  0520051602 . Глава 14 , стр. 146, описывает геодезические инструменты, {{cite book}}: Внешняя ссылка в |postscript= ( помощь ) CS1 maint: постскриптум ( ссылка )

Внешние ссылки

• Фотография части сети Рамсдена в фотобиблиотеке Science & Society.