Эволюция точности измерений

Точность характеризуется глубиной деления отрезка на сколь угодно малые части. Но пока еще в природе не найденыпростейшие, далее неделимые метрические элементы длины и времени.

По точности все геодезические измерения в древнем мире можно разделить на три уровня: 1) низший – от 1:100 до 1:400; 2) средний – 1:500 – 1:1000; 3) высший – 1:1000 – 1:10000 и выше. При этом точность системы единиц измерений должна была обеспечивать точность геодезических измерений в межевании и строительстве. Если в межевании не требовалось высокой точности (она была не точнее 1:500), то в строительстве сооружений требовалась точность до 1:10 000 и выше.

В целом, на первом этапе развития общества точность геодезических измерений как технологическая, так и приборная находились в диапазоне 1:100 – 1:10000, т.к. мерами служили осредненные части человеческого тела.

Для определения точности измерений в тот период были проведены повторные измерения в начале 20в, по результатам которых определено, что египтяне с помощью простейших устройств и веревки могли строить на местности линии значительной длины – до 15км с достаточно высокой точностью и аккуратностью (Монтегю, 1909). Коуль определил точность измерений того времени в ориентации пирамиды с помощью мечет, равную 3’06”, а отклонения от горизонта в основании пирамиды составляет: с востока на запад 6мм, а с севера на юг 14мм, что дает уклон 1:38000 и 1: 16500. Повторные обмеры пирамиды Хеопса(в Гизе) показали, что точность линейных измерений характеризовалась ошибкой 1:3000, угловых – 3’-4’, а разности высот углов основания пирамиды 1,25см. Такая точность свидетельствует о хорошо отработанной технологии измерения длин линий, высот, прямых углов и ориентации. Просмоленной веревкой можно было измерить расстояние в один пролет (одну длину веревки) с точностью от 1:10000 до 1:30000. При измерениях расстояний без особой тщательности обеспечивалась точность не выше 1:1000, а в среднем от 1:500 до 1:1000.

В период Нового времени в геодезии были использованы фундаментальные открытия: изобретена зрительная труба, разработаны теория таблиц логарифмов, теория ошибок и способ наименьших квадратов, тригонометрическое нивелирование, а также были достигнуты большие успехи в геодезическом приборостроении. Благодаря этому точность измерений в целом повысилась на два порядка, с 1:10 000 до 1:1 000 000. При этом, измерения низкой, средней и высокой точности получили соответственно значения: 1:100 – 1:1000; 1:1000 – 1:10 000; 1:10 000 – 1:1 000 000 (не более). На начальном этапе перехода к новому периоду, в конце 18в., была введена новая система мер с более высокой точностью определения единиц измерения. Длина метра, полученная из градусных измерений, была известна с точностью 1: 10 000.

Через 100 лет точность линейных измерений повысилась на порядок. Интересно отметить, что за 190 лет, с 1791 по 1983г.г., определение метра изменялось 9 раз, в зависимости от прогресса в науке, технике и в измерительных системах. Последнее определение метра, утвержденное в 1983г. на Генеральной конференции мер и весов в Париже, получено за счет совершенствования лазерных средств измерения расстояний и появления атомной шкалы времени. За 1метр принято расстояние, которое проходит свет в вакууме (пустоте) за 1/299792458 долю секунды, приближенно равно 0,3* 10^-8 . За единицу времени была принята секунда, равная 1:86400 доле периода вращения Земли вокруг своей оси. Атомные часы позволяют определить время с ошибкой 1–2 тысячных доли секунды за столетие. Производные доли метра: 1мм = 0,001м - одна тысячная доля метра; 1мк (микрометр) = 1* 10^-6 м - одна миллионная доля метра; 1нм (нанометр) = 1*10^-9м – одна миллиардная доля метра или одна тысячная доля миллиметра; укрупненной единицей служит километр: 1км = 1000м. Единицей объема жидкости был принят литр, равный кубическому дециметру - кубу со стороной 10см.

В настоящее время для решения научных и хозяйственных задач необходима точность 1* 10^-6 – 1* 10^-8 и выше. Новый уровень точности определения метра позволяет достигать точности в лабораторных условиях 1нм, в космическом пространстве – 1* 10 ^-14 и времени – 1* 10 ^-12с. Однако, в геодезической измерительной технике пока достигнута точность 1*10^-7. Экваториальный радиус Земли (на 1993г.) известен с точностью 0,5м. Таким образом, точность определения размера Земли достигла уровня 1*10^-7 ,тогда как 70 лет назад уровень точности был 1*10^-5,а на начало 18в. – 1*10 ^-4 .

- * -

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

Дата добавления: 2014-12-27