Лабораторная работа № 2 Измерение угловых величин и скорости вращения.

Оборудование: тахометр, угломер оптический, стробоскоп, теодолит.

Цель работы: ознакомиться с различными методами точных измерений угловых величин и скорости вращения.

Теоретическая часть. Измерение угловых величин

В угловых инструментах обычно используется круговой нониус ( в принципе он ничем не отличается от линейного нониуса). Он представляет собой круг или же дуговую небольшую линейку (алидаду), скользящую вдоль края диска (лимба, на котором нанесена основная шкала). На линейке нанесена дополнительная шкала, изготовленная по тому же принципу, что и на линейном нониусе. Так как длина дуги S, окружность радиуса R и центральный угол  связаны соотношением:

то измерение углов можно заменить измерением дуг. Для измерения угла справедлива формула, аналогичная формуле для отсчета по линейному нониусу:

,

где  - цена деления масштаба, m – число полных делений, n – номер деления нониуса, совпадающего с делением основного масштаба, - точность нониуса, N – число деления нониуса. Перед началом измерений нужно определить цену деления нониуса. Для этого совмещают нуль нониуса с каким-либо делением основной шкалы и определяют номер следующего штриха нониуса, совпадающего с целым делением шкалы. Если этот номер равен n, то цена деления нониуса равна 1/n самого мелкого деления шкалы. Полное число делений нониуса не всегда равно n, иногда для удобства наносят несколько делений перед нулем и после n-го деления, но и n-ое деление всегда оцифровано.

Точные угломерные инструменты всегда имеют два нониуса, расположенных с противоположных сторон на одном и том же диаметре алидадного круга, Это сделано для того, чтобы можно было исключить систематическую ошибку отсчета, Возникшую в результате неточного совпадения осей лимба и алидады. Работая с угломерными инструментами, нужно обязательно вести счет по двум нониусам и усреднять результаты. Одним из наиболее точных приборов для измерения углов является теодолит. Он позволяет измерять углы в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Зрительная труба теодолита может вращаться в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Отсчет углов по указанным направлениям производится по шкалам двух независимых лимбов с угловыми нониусами.

Устройство теодолита.

Теодолит – это геодезический угломерный инструмент, с помощью которого производят измерения горизонтальных (азимутальных) углов между направлением на местности, определение магнитных азимутов, измерение углов наклона (угловых высот), а также измерение расстояний. Основными частями теодолита являются зрительная труба, вращающаяся вокруг вертикальной и горизонтальной осей и горизонтальной и вертикальной лимбы (отсчетные круги) для отсчета горизонтальных углов поворота трубы.

Основанием теодолита служит треножник, укрепленный на штативе с помощью трубчатого станового винта. Подъемные или установочные винты 3 позволяют регулировать наклон треножника. В треножник вставлена вертикальная ось 4, закрепленная зажимным винтом 5. Горизонтальный лимб может вращаться вокруг оси 4, что позволяет выбирать за начало отсчета горизонтальных углов любое направление. Поворот лимба может производиться просто рукой, если зажимной винт 7 опущен. Для точной ориентировки лимба служит механизм тонкой наводки. Внутри оси проходит каноническая ось алидадного круга 10. Алидадный круг может поворачиваться относительно лимба свободно, вручную, либо с помощью механизма тонкой наводки. При грубой установке от руки зажимной винт должен быть опущен, при тонкой наводке его следует зажать и вращать микрометрический винт 12. Углы поворота алидадного круга отсчитываются с помощью двух кониусов, против которых в кожухах имеются окна для освещения лимба и кониусов укреплены лупы 13, облегчающие отсчет и повышающие его точность.

Опустив винт 17, можно вращать трубу вокруг горизонтальной оси от руки (грубая наводка). Микрометрический винт 21 позволяет поворачивать алидаду, добиваясь того, чтобы отсчет по вертикальному лимбу был равен нулю при горизонтальном положении трубы. Правый конец горизонтальной оси 16 проходит через отверстие оси алидады; на этом конце укреплен вертикальный лимб 22. Для отсчета углов по вертикальному лимбу на кожухе алидады укреплены две лупы.

Зрительная труба укреплена в разрезе горизонтальной оси. Оптическая ось трубы фиксируется точкой пересечения вертикальной и горизонтальной визирных линий окулярной сетки нанесенной на стеклянной пластинке. Кроме этих двух линий на пластинке нанесены еще два штриха окулярного дальномера, которым пользуются при работе с нивелирной рейкой: высота отрезка рейки между этими штрихами равна 1/200 расстояния до рейки.

Как обычно, труба теодолита имеет двойную фокусировку. Перемещая тубус окуляра 23, фокусируют окуляр на визирные штрихи, а перемещением тубуса сетки 25 добиваются совпадения плоскости сетки с плоскостью изображения визируемого предмета. Тубус сетки перемещается вращением кольца 26, тубус окуляра вращается целиком. Теодолит снабжен уровнем 28, по которому выверяется положение вертикальной оси. Винт 29 позволяет изменять наклон уровня. Второй уровень 20 укреплен на алидаде вертикального круга. Также может использоваться для регулировки наклона вертикальной оси; кроме того, он служит для облегчения установки нуля вертикальных отсчетов. (Все цифры относятся к схеме, приложенной к теодолиту и находящейся в лаборатории).