4.3. Устройства для построения прямого угла

На протяжении всей истории вплоть до 20в. в геодезии для решения различных задач широко применялся прямой угол в сфере земледелия и строительства. Никаких других угловых измерений до 16в. в геодезических работах не производилось. В Древнем Египте для построения прямого угла использовали веревку с отмеченными на ней отрезками в 3, 4 и 5 единиц. Для построения прямых углов и их проверки применялись также угольники (или наугольники). Наугольник упоминается и в китайских исторических документах. При построении прямого угла наугольник укладывали на землю и по его сторонам натягивали веревку; если наугольник поставить ребром, то можно измерить высоты предметов или небесных тел или глубину шахт, ям; в плоском положении им можно измерять расстояния. Простейшие прямоугольные инструменты имели формы: буквы т, буквы г, гномон – прямой угол. (Гномон переводится как «солнечные часы» и «прямой угол»). Гномон был известен уже во втором тысячелетии до н.э. Он представлял собой вертикальный стержень, укрепленный на плоском основании – плите. Первоначально гномон использовался для установления календаря и времени (по тени), а затем его стали применять в геодезических целях – для определения широты (по длине тени) и полуденной линии (направление самой короткой тени показывает направление меридиана (север).

Лекция № 6. Тема: Геодезия в период Возрождения (17-19вв.)

6.1. Истоки прогресса в геодезии в 17-18вв.

После периода застоя в Европе был период Возрождения, длительность которого оценивают в 175- 250 лет, с середины 15в. до 17в. Этот период начался в разных странах не одновременно: в Италии в 13в., во Франции, Германии, Англии эта эпоха охватывает 15-16вв.

Этот период характеризуется двояко. С одной стороны - гонениями церкви на ученых – были сожжены Джордано Бруно, итальянский философ Д. З. Ванини, инквизиция осудила Галилея, вынужден был эмигрировать из Франции в Голландию Декарт, церковь предала анафеме Спинозу. С другой стороны, в этот период осуществились великие открытия в математике и физике, совершилась научная революция, заложены основы промышленной революции (1750- 1850гг.), произошла смена общественно-экономической формации и способа производства. Причинами Возрождения были: 1) контакты и знакомство с передовой мыслью арабов; 2) падение Константинополя и эмиграция ученых на Запад, знакомство Европы с греческой культурой; 3) изобретение книгопечатания; 4) разложение феодализма и становление раннего буржуазного общества – это главная причина. Буржуазная революция создала условия для развития науки и промышленности. Начались поиски новых источников сырья и новых рынков сбыта товаров, новых путей торговли с Восточными странами, что привело к быстрому развитию мореплавания. Совершались дальние морские путешествия, Колумбом была открыта Америка, а Васко да Гама достиг Индии, Магеллан совершил кругосветное путешествие. Развитие мореплавания и морских путешествий, борьба за морские пути вызвали прогресс в астрономии и картографии. Были созданы портуланы (морские карты), мореходный альманах, глобус, Меркатор разработал картографическую проекцию для изображения поверхности Земли на бумаге, составил множество карт, создал глобус, Коперник (1473-1543) разработал гелиоцентрическую систему движения планет (им в 1543г выпущена книга «О вращении небесных сфер», шесть книг.). На основе теории Коперника в Пруссии были составлены астрономические таблицы, которые помогли уточнить длину тропического года и произвести реформу календаря. Джордано Бруно (1548-1600) создал концепцию о множественности планетных систем и бесконечности Вселенной. Учение Коперника воздействовало на поиск теории движения планет, открытой Иоганном Кеплером (1571- 1630), на углубление законов движения вообще Галилеем (1564-1642) и создание Ньютоном (1643-1727) небесной и общей механики и новой физической картины мира.

Со второй половины 16в. стала остро ощущаться потребность в точных астрономических наблюдениях. Это потребовало создания новых, более точных инструментов и методики наблюдений. Организатором этих работ стал датский астроном Тихо Браге (1546-1601). Он в 1576г. на острове Вен в «Небесном замке» построил обсерваторию «Ураниенборг», построил огромных размеров квадрант и секстант с более высокой точностью отсчитывания, разработал методику наблюдений и в течение 20 лет вел наблюдения, достиг небывалой для той поры точности. Так длина года им была установлена с ошибкой менее 1”, а в его таблицах положение Солнца определено с точностью до 1’. Результаты наблюдения планеты Марс стали основой для открытия Кеплером законов движения планет. Кеплер ввел в математику приближенные вычисления и впервые показал значение точности в теории, а найденный им в общей форме математический закон - третий закон Кеплера – установил соответствие теории практике. Галилей создал ппппппппппппппппппппвввввввввввввввввввввввввввввввввввввввввтелескоп и впервые использовал его в астрономических наблюдениях. Известный французский математик, физик, философ и физиолог Рене Декарт (1596-1650), (с 1629г. жил в Нидерландах), заложил основы аналитической геометрии, дал понятия переменной величины и функции, ввел многие алгебраические обозначения, систему координат на плоскости и в пространстве с взаимно перпендикулярными осями и одинаковым масштабом по осям, высказал закон сохранения количества движения, дал понятие импульса силы. Его физика, модель мира, философия и метод изложены в сочинениях «Рассуждения о методе», «Геометрия» (1637), «Начала философии», «Диоптрика», «Метеоры». Его идеи преследовались религией, но это придавало большую значимость их.

Завершением научной революции были великие открытия англичанином Исааком Ньютоном в физике, математике, механике, астрономии, отраженные в сочинениях «Математические начала натуральной философии» (1687), «Оптика» (1704) и др. Его теория тяготения и закон всемирного тяготения явились величайшим достижением этой эпохи. Не случайно 17столетие называют «веком гениев».

В эпоху Возрождения успешно развивалась и геодезия, на развитие которой оказали существенное влияние: смена системы земледелия, открытие новых земель в результате морских путешествий, потребности в военном деле (определение данных в артиллерии и фортификации для выполнения стрельб с максимальной дальностью и создание фортификационных сооружений потребовали развития соответствующих геодезических методов и устройств более высокой точности. (Для определения высот объектов и дальности до цели использовались квадранты), в морской навигации (для определения курса корабля использовали усовершенствованный компас, а для определения местонахождения квадрант, астролябию, жезл Якоба, таблицы и др.), повышение точности астрономических наблюдений оказало прямое воздействие на геодезические приборы.

Наиболее сильное теоретическое и техническое воздействие на прогресс геодезии оказали разработка Декартом и Ферма координатного метода и аналитической геометрии; открытия в области механики (инженерное дело) и оптики (телескоп) – на геодезическое приборостроение; научные открытия Ньютона в области небесной механики и физики; открытие логарифмов – на вычислительную обработку результатов измерений.

Практически, в течение 100 лет (в 17-18вв.) в геодезии были разработаны методы, приборы и принципы измерений, которые в совокупности сформировали систему геодезических знаний и практику измерений, которые в основе своей почти неизменными дошли до середины 20 столетия.

В конце 18 начале 19вв. произошла промышленная революция, зародилась машинная техника, произошло формирование технических наук, стали пользоваться электричеством. Появились новые виды транспорта – пароходы, паровозы, автомобили, летательные аппараты. Главным продуктом промышленного переворота стали машины. В эту эпоху возросла потребность в точных топографических картах. Во всех европейских странах и в Северной Америке в 19в. были выполнены в больших объемах съемки местности на геодезической основе. В этом веке усилился интерес ученых к строению Земли, ее форме и размеру. С этой целью были выполнены градусные измерения на значительных территориях, разработаны единые координатные системы и картографические проекции для изображения значительных участков земной поверхности с наименьшими искажениями. Возросшие объемы строительства промышленных комплексов и городов рядом с ними, железных дорог способствовали развитию инженерной геодезии.

Факторами продолжения теоретического и практического развития геодезии в 19в. были: 1) все более возрастающая естественно-научная потребность в знании строения и фигуры Земли и уточнении ее размеров; 2) необходимость распространения единой системы координат на большие территории; 3) необходимость в выборе единой для всех стран отсчетной системы; 4) потребность в точных подробных картах на всю территорию страны различных пользователей – гражданских, военных и др.; 5) все более возрастающие объемы строительства и увеличивающаяся сложность сооружений привели к специализации и формированию инженерной геодезии уже в самом начале 20в.; 6) возросшая интенсивность использования топографических карт в военном деле. Войны 18 и начала 19вв. показали всю значимость «правильных» карт для успеха военных операций.