Самодельные нивелиры
Возможно, вы заинтересовались нивелировкой и подумываете о том, чтобы соорудить самим какой-либо прибор для определения на местности, где выше и где ниже.
Должен вам сказать, что с самодельными нивелирами можно решать на местности много интересных задач и принести большую пользу не только вашей школе или пионерскому лагерю, но и колхозу. И чем точнее и чувствительнее будет ваш прибор, тем более широкие возможности откроются перед вами.
Шестиметровый бамбуковый хоробат явно не годится: он слишком громоздок. Самый простой прибор — это ватерпас (см. рисунок на стр. 156). Это равносторонний прямоугольный треугольник, сколоченный из трех обструганных дощечек. Точно против центра гипотенузы забит гвоздь, на котором висит отвес. Когда отвес совмещается с вершиной прямого угла, гипотенуза будет совершенно горизонтальна. Воткните у ее концов на равном расстоянии от ребра две булавки для визирования, и ватерпас готов.
Предлагаю вам другой прибор, более сложный, — водяной нивелир. Он был известен еще в XVII веке.
Изготовляется он так. Возьмите тонкую стеклянную трубочку длиной не менее 50 сантиметров; на огне свечи, спиртовки или керосиновой лампы нагрейте оба ее конца и быстро согните под прямым углом в виде буквы П, затем с помощью проволочных скобочек прикрепите трубочку к узкой дощечке. В концы дощечки воткните по булавке так, чтобы оба расстояния от каждой булавки до соответствующего колена трубочки были совершенно одинаковыми.
На дощечку у обоих концов трубочки приклейте по ленточке бумаги с нанесенными через 2 миллиметра делениями, начинающимися от булавок. К дощечке прикрепите палку длиной 1,2 метра, с заостренным концом. Короче говоря, сделайте прибор, как указано на рисунке на стр. 157.
Устройство водяного нивелира основано на принципе сообщающихся сосудов. Налейте в трубочку воды, слегка подкрашенной чернилами. Когда уровень воды в обоих концах трубочки достигнет одних и тех же делений, линия булавок будет горизонтальна.
Изготовьте две рейки. Обстругайте тонкие дощечки длиной 3 и шириной 0,08 метра и покройте одну сторону их белой масляной краской. Для нанесения делений изготовьте из ватманской бумаги специальный трафарет сразу на целый дециметр, вырезав бритвой сантиметровые окошки (через сантиметр).
Разметьте на рейках дециметры и начинайте аккуратно накладывать трафарет и красить шашки масляной краской: первый метр — красной, второй — черной, третий — снова красной. Набирать краску советую маленькими порциями и не кистью, а мизинцем; осторожно.трите им по окошку трафарета, и краска у вас никогда не подтечет.
Для цифр дециметров тоже заготовьте специальные трафареты, только не накладывайте их вверх ногами.
Во время работы с самодельным нивелиром ставьте его посередине между пикетами и, желательно, в створе обеих реек, чтобы во время визирования не двигать прибор.
Пятьдесят метров — это предельное расстояние до реек. Так как нивелировщик плохо видит цифры и шашки, отсчеты по рейкам берут сами реечники. Нивелировщик наблюдает и дает сигналы рукой: «вверх», «вниз», а реечник медленно водит карандашом вдоль шашек до тех пор, пока нивелировщик не крикнет ему: «Стоп!» Тогда реечник останавливает карандаш и берет отсчет.
Более точный самодельный нивелир можно изготовить из плотничного уровня, прикрепив к нему приспособления для визирования и поставив на устойчивую опору.
Я не буду подробно описывать тот прибор, с которым пришлось работать мне самому, и только подскажу, в каком направлении должна пойти ваша изобретательская мысль.
Булавки для визирования не годятся: они слишком грубы. Я закреплял на боковой грани уровня картонные диоптры с горизонтально прорезанной щелью (глазной диоптр) и с горизонтально приклеенным волоском (предметный диоптр).
Палка как опора слишком неустойчива. Я ставил уровень просто на табуретку, но тогда слишком долго приходилось устанавливать прибор, подкладывая под один из концов уровня палочки или бумажки. Попробуйте приспособить треногу от фотоаппарата.
Визирная линия, проходящая через диоптры, должна быть параллельна оси уровня. При изготовлении нивелира вы должны этого добиться, иначе весь ваш прибор никуда не будет годен.
Сначала закрепите диоптры по линии, параллельной верхней грани уровня. Установите нивелир точно на равном расстоянии между двумя кольями № 1 и № 2. Поставив рейку сперва на кол № 1, потом на кол № 2, определите превышение между ними. Предположим, кол № 1 оказался на 870 миллиметров выше. Переставьте нивелир метров на 10-15 ближе к колу № 1 и возьмите на него отсчет. Пусть он будет равен 1540 миллиметрам. Значит, отсчет по рейке на колу № 2 должен быть на 870 миллиметров больше, то-есть 2410 миллиметров, а на самом деле он получился 2450 миллиметров. Тогда осторожно отклейте волосок и закрепите его так, чтобы нивелир показывал средний отсчет, то-есть 2430 миллиметров.
Вам придется несколько раз повторить перестановку нивелира — то посреди между обоими кольями, то ближе к колу № 1 — и несколько раз переклеивать волосок, пока не добьетесь того, что куда бы вы ни ставили нивелир, превышения между обоими кольями будут изменяться в пределах сантиметра.
Теоретически нивелировку вы знаете, инструмент у вас поверен, можете выходить с ним в поле или к реке.
Попробуйте, например, составить полный поперечный профиль через долину вашей реки.
Сперва разбейте пикетаж начиная от реки в обе стороны. Кроме пикетов, забивайте также плюсовые колья на подошвах и вершинах горок, на дне и краях мелких ложбин, на ступеньках террас.
Ставьте свой нивелир поочередно между пикетами, берите отсчеты по рейкам, а потом начертите профиль. За исходную отметку берите уровень воды в реке. Условно эту отметку примите за 100.000.
Сейчас в колхозах сооружается много прудов. Вашу реку собираются перегородить плотиной высотой в 3 метра. На каком протяжении вдоль русла реки вода выйдет из берегов? Иначе говоря, какой длины будет водохранилище? Для этого надо определить уклон реки, то-есть узнать, чему равно падение воды на километр расстояния.
Промерьте участок реки протяжением километр и через каждые 100 метров на берегу забейте пикеты — сторожки и точки — так, чтобы макушки точек как раз касались поверхности воды.
Так как уровень воды в реке в течение дня колеблется, забейте точки по возможности одновременно. Проведите нивелирный ход между всеми пикетами. Узнав падение воды на километр, вы сможете подсчитать длину будущего водохранилища.
Предупреждаю: если вода в вашей реке течет медленно, значит уклон невелик, и, возможно, вы не обнаружите его своим самодельным нивелиром.
При сооружении плотины вы сможете подсчитать также и объем будущего пруда.
Через каждые 10-20 метров проведите через долину с помощью нивелира и рулетки между обеими границами затопления поперечники, отмечая кольями все перегибы местности, и составьте затем профили. Подсчитав площадь затопляемой части каждого профиля и перемножив на расстояния между соседними поперечниками, вы примерно узнаете, сколько воды будет держать ваш пруд.
Пронивелировав такой же поперечник по оси будущей плотины, вы узнаете ее длину и ее высоту в каждой точке, а зная ширину плотины у подошвы и у гребня, вы сможете подсчитать, сколько нужно кубометров земли, чтобы насыпать всю плотину. Колья на этом поперечнике ставьте не реже, чем через 10 метров.
С помощью нивелира можно узнать уклон осушительных каналов, уклон шоссе, можно проверить кладку кирпичной стены и т. п.
В вашем пионерском лагере, вероятно, найдется какое-либо применение для этого прибора. Например, с помощью него можно спланировать волейбольную площадку.
Установите прибор возле площадки и ставьте рейки поочередно на всех углах и в двух-трех точках посередине. Отсчеты по рейкам на всех точках должны быть одинаковы. Если какой-либо отсчет окажется больше среднего, значит в этом месте надо землю подсыпать, если меньше — ее надо выбрать. А на сколько подсыпать или выбрать, покажут отсчеты по рейкам.
Вот еще задача с самодельным нивелиром.
Невдалеке от вашей школы есть болотце, которое нужно осушить. В какую сторону провести канаву и на какую глубину ее копать?
Если на глаз заметно, куда местность имеет уклон, тогда вопрос решается просто и выкопать канаву, пожалуй, можно и без нивелира. Но если местность ровная или имеется небольшое возвышение, а потом идет овраг, тогда без нивелира не обойдешься.
Сперва наметим линию — трассу — и разобьем по ней пикетаж. Забивайте колья — сторожки и точки, пикеты и плюсы — через 20 метров. Трасса может идти и совсем прямо, а может и с поворотами — для стока воды это совершенно безразлично.
Канаву длиннее 150-200 метров не намечайте, так как вырыть ее вам будет трудновато.
При 200-метровой трассе нивелир достаточно поставить два раза: сперва между пикетом 0 и пикетом 1, затем между пикетом 1 и пикетом 2. Рейка ставится поочередно на все колья — пикет 0, +20, +40, +60, +80, пикет 1, — затем, после перестановки нивелира, снова на пикет 1 и на все колья дальше.
Отметку пикета 0 вы условно принимаете за 100.000, а отметки других кольев у вас получатся согласно отсчетам по рейке. Формулу превышений мы немного изменим: отметка передней точки (любого колышка) равна отметке задней точки (пикета 0) плюс взгляд на заднюю точку минус взгляд на переднюю. Например: на пикет 0 отсчет получился 1630, на кол +20— 1780, на пикет 1 — 1840. Значит, отметка кола +20 равна 100.000 + 1630 — 1780 = 99.850, а отметка пикета 1 равна 100.000 + 1630— 1840 = 99.790. Далее, когда вы переставляете нивелир, взгляд назад у вас будет на пикет 1 и от его отметки вы и поведете вычисления.