книги из ГПНТБ / Новая геодезическая техника и ее применение в строительстве учеб. пособие

НОВАЯ

ГЕОДЕЗИЧЕСКАЯ

ТЕХНИКА ЕЕ ПРИМЕНЕНИЕ

СТРОИТЕЛЬСТВЕ

П О Д О Б Щ Е Й Р Е Д А Н Ц И Е Й П Р О Ф . В. А . В Е Л И Ч Н О

Допущено Министерством высшего

исреднего специального образования СССР

вначестве учебного пособия для студентов строительных

специальностей

М О С К В А « В Ы С Ш А Я Ш К О Л А »

1973

6С1

Н72 УДК 528.5

В.А. Величко, С. Ф. Мовчан, В. Е. Дементьев,

А.С. Федоров, Н. В. Ангелова.

Новая геодезическая техника и ее применение в

Н72 строительстве. Учебное пособие для вузов. Под ред. проф. В. А. Величко. М., «Высшая школа», 1973.

224 с. с ил.

На обороте тит. л. авт.: В. А. Величко, С. Ф. Мовчан,

В.Е. Дементьев и др.

Вучебном пособии излагаются новые методы гео­ дезических работ и соответствующие им приборы. Приводятся примеры выполнения инженерно-геодези­ ческих работ из отечественной и зарубежной практики строительства.

Книга представляет собой учебное пособие для

(6)Издательство «Высшая школа», 1973.

fee.публичная маучг.о - техкн .в кая

Ч И Т А Л Ь Н О Г О З А Л А

Предисловие

Учебное пособие написано- в соответствии с основными поло­ жениями второй (специальной) части программы курса инженер­ ной геодезии для студентов строительных вузов и факультетов. Изучение этой части курса проводится факультативно в 10-м или 11-м семестрах. Специальные вопросы инженерной геодезии чи­ таются также на курсах повышения квалификации инженеровстроителей и инженеров-геодезистов, работающих в строитель­ стве. Объем отводимого времени составляет, обычно, 16—30 ч.

Одной из особенностей современного строительства является его массовость и «скоростной» характер, обусловленный приме­ нением мощной строительной и землеройной техники, а также применением типовых и унифицированных деталей, изготавлива­ емых индустриальным способом. Скоростной характер строитель­ ства требует и скоростных методов его геодезического обеспече­ ния. Другая особенность — повышение точности геодезических разбивочных работ, геодезического контроля в -процессе возведе­ ния сооружения и монтажа технологического оборудования в цехах промышленных предприятий. Это относится к строитель­ ству высотных сооружений, антенн радиотелескопов, направляю­ щих значительного протяжения, автоматических поточных линий,

бующее прецизионной точности установки и дистанционного гео­ дезического контроля в процессе его работы из-за наличия радиа­ ционного фона.

Внастоящее время геодезическая служба в строительстве со своими традиционными инструментами и методами не всегда со­ ответствует уровню механизации строительства, как на этапе изысканий, так и на других этапах геодезического контроля. Имеющееся несоответствие геодезисты устраняют за счет разра­ ботки новой геодезической техники и более прогрессивной мето­ дики ее применения. Поэтому необходимо усилить пропаганду новой геодезической техники в среде студенческой молодежи,, будущая специальность которой связана в' какой-то мере с инже­ нерной геодезией.

Всоответствии с опытом преподавания специальных разделов инженерной геодезии в МИСИ им. Куйбышева наиболее целе­ сообразным, по мнению авторов, является чтение обзорных лек­ ций по вопросам новой геодезической техники с показом резуль­ татов ее применения в строительстве. Приводимые примеры

3

ческого диапазона. Скорость света в соответствии с теорией Мак- - свелла (1831—1879 гг.) зависит от свойств среды, в которой он распространяется. Излучение света сопровождается переносом, энергии. По современной классификации [1.7] оптический диапа­

ограничен полосой частот 1,3-1015—2,6-1015 Гц, что соответствует, приблизительно, длине волн от 0,40 до 0,76 мкм.

Современное представление о свойствах и природе света ис­ ходит из предположения о единстве его волновых и квантовых свойств. Основоположником волновой теории света является Гюй­ генс (1629—1695 гг.). Согласно его теории свет рассматривается как волновое движение, распространяющееся в особой упругой среде — эфире. Каждая точка эфира, до которой доходит световая

(1858—1947 гг.), развита далее Эйнштейном (1879—1955 гг.) и другими учеными. Согласно этой теории, основанной на прерыви­ стости всех процессов, излучение и поглощение световой энергии может происходить только определенными порциями — квантами, кратными некоторому значению hv, постоянному для данной час­ тоты излучения. По Планку энергия, содержащаяся в одном кванте,

Е = Av,

где h — 6,624-Ю- 2 7 эрг/с (постоянная Планка); v — частота коле­ баний света.

В 1905 г. Эйнштейн, развивая теорию Планка, изложил фо­ тонную теорию, согласно которой световое излучение рассматри­ вается как поток фотонов, являющихся частицами материн, обла-

5

дающими энергией, импульсом (произведением силы на время действия) и массой движения. Соединение корпускулярных и волновых свойств света позволило Эйнштейну объяснить такие, , несовместимые для того времени явления, как интерференция

'света и фотоэффект, а также другие сложные явления физиче­ ской оптики. Этот взгляд на природу света оправдывает примене­ ние на практике как квантовой, так и волновой (электромагнит­

ной) теории света, в зависимости от того, какие свойства преоб­

1896) открыл фотоэлектрический эффект, сущность которого со­ стоит в том, что некоторые вещества при облучении их светом из­ лучают электроны. А. Г. Столетовым впервые в мире был создан фотоэлемент — прибор для преобразования световой энергии в электрическую. В наше время немыслимо развитие таких отрас­ лей науки и техники, как автоматика, телемеханика, телевидение и других без использования фотоэффекта.

Большое значение имеет открытие П. Н. Лебедевым (1866— 1912) светового давления, что имело огромное значение для под­ тверждения электромагнитной теории света. Работы П. Н. Лебе­ дева доказали наличие у электромагнитных волн не только энер­ гии, но и импульса и массы, и послужили исходным пунктом для установления соотношения между массой и энергией.

Существенное практическое значение имеют работы С. И. Ва­ вилова (1891—1951) в области люминесцентного свечения.

Наши современники академики Н. Г. Басов и А. И. Прохоров являются создателями первого молекулярного квантового генера­ тора на аммиаке (1954 г.). Эта работа явилась основой для осу­ ществления принципов квантового усиления и генерации электромагнитных волн оптического диапазона, что привело к созданию лазера на рубине (1960 г.), газового лазера (1961 г.) и, наконец, полупроводникового лазера (1962 г.).

Втехнике использования электромагнитных волн для инже­ нерно-геодезических целей, в частности для измерения расстоя­ ний по времени и скорости распространения света, большое зна­ чение имеет знание скорости в воздушной среде в момент изме­ рений. Скорость света в свободном пространстве (вакууме) по современным данным

с= 299792,5 ± 0,4 км/с.

Вфизике для характеристики скорости пользуются термином «фазовая скорость», имея в виду скорость, с которой передается фаза колебаний от одной точки пространства к другой. Фазовая скорость в вакууме не зависит от частоты колебаний; при распро­

странении же колебаний в воздухе — зависит от частоты (длины

6

волны). Это свойство электромагнитных волн, называемое ди­ сперсией, особенно резко выражено у световых волн. Скорость света в воздухе уменьшается с уменьшением длины волны.

Так как при измерениях практически пользуются смешанным по спектральному составу световым потоком, то вычисляют так называемую групповую скорость света и

где п — показатель преломления воздуха для групповой скорости света.

В зависимости от состояния воздушной среды при решении геодезических задач показатель преломления представляют в виде

где Xv —длина волны света (в микронах), соответствующая мак­ симуму спектральной чувствительности приемника излучения.

Волновые свойства света широко используются в инженерной геодезии при решении задач методами интерференции, дифрак­ ции, двойного лучепреломления и поляризации.

§ I. 2. Основные законы распространения света

При объяснении основных законов распространения света используют понятия светящейся точки и светового луча. Светя­ щейся точкой называется геометрическая точка, являющаяся источником световых колебаний. Световым лучом называется линия, по которой распространяется свет от источника. Раздел оптики, который изучает распространение света, пользуясь при­ веденными понятиями светящейся точки и светового луча, назы­ вается геометрической оптикой.

Геометрическая оптика базируется на следующих законах распространения света:

1)в однородной прозрачной среде свет распространяется пря­ молинейно;

2)лучи света распространяются независимо друг от друга;

3)лучи света могут отражаться, т. е. изменять первоначаль­ ное направление на обратное, на границе раздела двух сред.

7

Отражение может быть правильным (зеркальным), если неров­ ности на границе двух сред меньше длины волны падающего све­ та; в этом случае виден сам источник света, а граница раздела не видна; угол I падения луча равен по абсолютной величине углу — i отражения и обратен по знаку. Отражение может быть непра­ вильным (диффузным), если неровности на границе двух сред больше длины волны света. При диффузном отражении видна граница двух сред, а источник света не виден. Угол падения и угол отражения при этом не равны друг другу и распределяются по закону случайных величин;

4) лучи света могут преломляться, т. е. изменять направление распространения на границе раздела двух сред, скорость распро­ странения в которых различна. При этом отношение синуса угла падения ц к синусу угла преломления i2 для данных двух сред есть величина постоянная и равная отношению показателей пре­ ломления «2 и ti\ этих двух сред:

полным внутренним отражением от границы раздела двух сред. Если луч переходит из среды оптически более плотной п в среду оптически менее плотную п', то угол преломления /' будет больше угла падения L Увеличивая угол падения/, можно получить такое значение угла преломления, при котором преломленный луч будет

Угол V называется углом полного внутреннего отражения; преломление прекращается и остается лишь отраженный луч. При этом отражение происходит под углом, равным углу паде­ ния. Явление полного внутреннего отражения замечательно тем, что отраженный луч несет в себе полную энергию падающего лу­ ча. Поэтому полное внутреннее отражение широко используется в оптических геодезических приборах.

§ I. 3. Интерференция и дифракция света

Интерференция — явление, возникающее при сложении двух и более световых волн и проявляющееся в том, что интенсивность результирующего колебания в зависимости от разности фаз скла-

8

дывающихся колебаний может быть больше или меньше суммы

ветствии с принципом Гюйгенса каждое из отверстий, до которых дошла сферическая световая волна, можно рассматривать как самостоятельные источники света, независимо излучающие вторичную сферическую световую волну. Поскольку расстояния 5 Ь 5 2 и А\ Л о неизменны, то вторичные световые волны когерентны, т. е. их колебания сдвинуты по фазе относительно друг друга на постоянную величину. Такие колебания будут интерферировать, и в плоскости экрана можно наблюдать интерференционную кар­ тину в виде чередующихся темных и светлых концентрических колец. Темные кольца соответствуют разности хода лучей для точки М на нечетное' количество полуволн

9