Чтение онлайн

Под телескопом подвешивается отвес, линия которого проходит прямо перед оптическим центром объектива. Ниже телескопа, непосредственно за отвесом устанавливается равномерная шкала перпендикулярно плоскости, проходящей через отметку, нить подвеса и линию отвеса. Сумма высот над полом, на которых расположены шкала и объектив, должна равняться удвоенной высоте зеркала. Если теперь телескоп направить на зеркало, наблюдатель увидит отражение шкалы. Когда участок шкалы, в котором её пересекает линия отвеса, окажется в телескопе, совпадающим с вертикальной проволочной риской телескопа, линия визирования зеркала совместится с плоскостью, проходящей через отметку и оптический центр объектива. При совпадении вертикального провода с любым другим делением шкалы угловое положение линии визирования находится следующим образом [рис. 14].

Рис. 14

Примем, что плоскость бумаги горизонтальна, и будем проектировать на неё разные точки. Пусть O - центр объектива телескопа, а P - фиксированная отметка, причём точка P и вертикальный провод фокально сопряжены по отношению к объективу. Пусть M - точка, в которой OP пересекает плоскость зеркала, а MN - нормаль к зеркалу. Тогда OMN= - угол, который линия визирования образует с фиксированной плоскостью. Проведём в плоскости OM и MN линию MS, такую, что NMS=OMN, тогда S будет тем местом шкалы, который при отражении в зеркале совпадёт с вертикальным проводом телескопа. Далее, поскольку линия MN горизонтальна, проекции углов OMN и NMS на плоскость чертежа между собой равны, а угол OMS=2. Следовательно, OS=OM tg 2.

Мы должны, таким образом, измерить OM в единицах делений шкалы; тогда, если s0– деление шкалы, совпадающее с линией отвеса, а s - наблюдаемое деление, то s-s0=OM tg 2, откуда можно найти При измерении OM следует помнить, что в случае стеклянного зеркала с посеребрённой задней стенкой видимая отражающая поверхность находится позади фронтальной поверхности стекла на расстоянии =t/ где t - толщина стекла, - показатель преломления.

Мы должны также помнить, что, когда линия подвеса не проходит через точку отражения, положение точки M будет зависеть от угла . Следовательно, желательно, если это возможно, добиваться совмещения центра зеркала с линией подвеса.

Желательно также, особенно при измерении больших угловых перемещений, наносить шкалу на вогнутую цилиндрическую поверхность, ось которой совпадает с линией подвеса. Углы в этом случае сразу измеряются в долях окружности без обращения к таблице тангенсов. Шкалу следует устанавливать очень тщательно, следя за тем, чтобы ось цилиндра совпадала с нитью подвеса. Числа на шкале от её начала до конца должны возрастать в одном и том же направлении во избежание считывания отрицательных величин. На рис. 15 воспроизведена средняя часть шкалы, которую следует использовать с зеркалом и перевёртывающим изображение телескопом.

Рис. 15

Описанный метод измерений является наилучшим для медленных движений. Наблюдатель сидит у телескопа и видит изображение шкалы, движущееся вправо или влево мимо вертикальной проволочной риски телескопа. Имея рядом с собой часы, он может заметить момент, когда данное деление шкалы проходит мимо риски, или отметить деление шкалы, которое проходит в данный момент времени, а может также засекать крайние положения каждой осцилляции.

При более быстрых движениях считывание делений, кроме моментов остановок в крайних точках осцилляций, становится уже невозможным. Однако, если в определённом месте шкалы поместить яркую метку, можно засечь момент прохождения этой метки.

В случае очень лёгкой аппаратуры движение под действием переменных сил становится настолько резким и быстрым, что наблюдение через телескоп оказывается бесполезным. В этом случае наблюдатель смотрит прямо на шкалу и следит за движением изображения вертикального провода, отбрасываемого на шкалу с помощью лампы.

Поскольку изображение шкалы, отражённое в зеркале и преломлённое объективом, совпадает с вертикальной риской, ясно, что при достаточной освещённости будет видно изображение вертикальной риски, совпадающее со шкалой. Для таких наблюдений следует затемнить комнату и направить сконцентрированные лучи света на вертикальную проволочную риску в направлении объектива. При этом на шкале покажется яркое световое пятно, пересечённое тенью провода. За её движением можно следить глазом, замечая положение шкалы, на котором она останавливается, и потом считывая его не спеша. Если необходимо засечь момент прохождения светлым пятном данной точки шкалы, можно закрепить в ней булавку или яркую металлическую проволочку, которая давала бы вспышку в момент прохождения пятна.

Заменяя крестовидную проволоку на небольшое отверстие в диафрагме, можно сделать изображение маленьким светлым пятнышком, движущимся по шкале влево или вправо; а если вместо шкалы поместить цилиндр, покрытый фотографической бумагой, и вращать его с помощью часового механизма вокруг горизонтальной оси, то пятно будет вычерчивать кривую, которую потом можно сделать видимой. Каждая абсцисса этой кривой будет соответствовать определённому моменту времени, а ордината - угловому положению зеркала в этот момент. Именно так устроена автоматическая система непрерывной записи всех элементов земного магнетизма в обсерватории Кью (Kew), а также в других обсерваториях.

В некоторых случаях обходятся и без телескопа; тогда вертикальная проволока подсвечивается лампой, помещённой позади неё, а вогнутое зеркало формирует на шкале изображение проволоки в виде тёмной линии, пересекающей светлое пятно.

451. В портативном приборе, имеющемся в Кью, магнит сделан в виде трубки, на одном конце которой вставлена линза, а на другом - стеклянная шкала, находящаяся в главном фокусе линзы. Свет падает на шкалу сзади и, проходя через линзу, попадает в телескоп.

Поскольку шкала находится в главном фокусе линзы, лучи от любого деления шкалы выходят из линзы параллельными; если телескоп отрегулирован для наблюдения небесных объектов, то шкала будет оптически совпадать с крестом телескопа. Если данное деление шкалы совпадёт с центром креста телескопа, линия, соединяющая это деление с оптическим центром линзы, должна быть параллельна линии визирования телескопа. Фиксируя магнит и передвигая телескоп, мы можем установить угловую цену делений шкалы, а затем, когда магнит подвешен и положение телескопа известно, мы можем определять положение магнита в любой момент, считывая показания с деления шкалы, совпадающего с крестом.

Телескоп укрепляется на плече с центром на линии нити подвеса, а его положение отсчитывается верньером на азимутальном круге инструмента.

Такое устройство удобно для небольших портативных магнитометров, где вся аппаратура устанавливается на одной треноге, а осцилляции, связанные со случайными возмущениями, быстро спадают.

Определение направления оси магнита и направления земного магнетизма

452. Предполагая, что магнитный брусок имеет форму параллелепипеда, построим внутри него систему координат с осью z, направленной вдоль бруска, и осями x и y - перпендикулярно его боковым сторонам.

Обозначим через l, m, n и через , , углы, которые составляют с этими осями соответственно магнитная ось и линия визирования.

Пусть M - магнитный момент магнита, H и Z - горизонтальная и вертикальная компоненты земного магнетизма, - азимутальный угол направления H, отсчитываемый от севера к западу.

Обозначим также через наблюдаемый азимут линии визирования, - азимут хомутика, - показание поворотного круга; тогда разность - будет азимутом нижнего конца нити подвеса.

Момент сил, связанный с кручением нити и направленный в сторону уменьшения , равен (--) где - коэффициент кручения, зависящий от свойств нити, - значение -, при котором момент равен нулю.