Суть та призначення барометричного нівелювання

Глава ІV

БАРОМЕТРИЧНЕ НІВЕЛЮВАННЯ

Суть та призначення барометричного нівелювання

Барометричне нівелювання застосовують для виконання наукових та виробничих робіт (топографічних, ґравіметричних, геодезичних, геологічних, географічних), коли виникає необхідність швидкого визначення висот пунктів.

Барометричним нівелювання визначають висоти точок земної поверхні за виміряним у цих точках атмосферним тиском.

Тиск – це вага стовпчика повітря, яка припадає на одиницю площі. Відомо, що зі зміною тиску на 1 мм ртутного стовпчика висота змінюється приблизно на 11 метрів. Цю величину називають баричним ступенем висот.

Фізичний прилад, за допомогою якого визначають тиск, називається барометром.

Головна перевага барометричного нівелювання перед іншими методами нівелювання полягає в тому, що для його виконання не вимагається взаємної видності точок. Теоретичні та експериментальні дослідження показали, що існує реальна можливість застосування методу барометричного нівелювання там, де перевищення достатньо знати із похибкою 0,3-0,5 м.

Одиниці вимірювання тиску

Величину атмосферного тиску виражають у міліметрах ртутного стовпчика (мм.рт.ст.).

У міжнародній системі одиниць СІ одиницею тиску є паскаль (ПА) – тиск, викликаний силою 1Н (ньютон), рівномірно розподілений на поверхні площею 1 м², тобто 1Н/м² = 1Па.

Для вимірювання атмосферного тиску також застосовують гектопаскалі (гПа) і кілопаскалі (кПа):

1 гПа = 100 Па, 1 кПа = 1000 Па.

Співвідношення одиниць тиску у міліметрах ртутного стовпчика і паскалях наступне:

1 мм.рт.ст. = 133,322 Па = 1,33322 гПа; (1)

1 Па = 7,5006 ´ 10^-3 мм.рт.ст.; 1 гПа = 0,75006 мм.рт.ст. (2)

До застосування СІ атмосферний тиск вимірювали у барах (мілібарах).

1 мб = 1 гПа.

Прилади для барометричного нівелювання

Для вимірювання атмосферного тиску застосовують пружинні барометри, які базуються на пружних властивостях різноманітних пружин. Ці барометри називають анероїдами (без рідинними). До цієї групи відносять також баронівеліри та мікробаронівеліри.

Крім анероїдів для барометричного нівелювання застосовують термометри (психрометри), як допоміжні прилади.

В кожному барометрі-анероїді є такі основні частини (рис. 1):

1) металева тонкостінна безповітряна коробка;

2) колонка К, прикріплена до коробки М;

3) важіль l, з’єднаний з натискачем d;

4) колінчастий важіль nmksh передає зусилля на вісь стрілки v;

5) cтрілку АА₁, яка насаджена на вісь v і пересувається на циферблаті.

Атмосфера тисне на коробку М і під її дією коробка рухається відносно колонки К. Цей рух передається всією системою важелів, з’єднаних з віссю v стрілці АА₁.

Циферблат (рис. 2) має однакові поділки від 80 до 108 кПа. Найменша поділка відповідає тиску 10 гПа. Відлік барометра (рис. 2) 96590 Па =965.9 гПа.

Барометричні формули

Барометричне нівелювання базується на залежності величини тиску від висоти точок місцевості над рівнем моря. Така залежність виражається барометричною формулою. Найбільше строгою та розповсюдженою є повна барометрична формула, яку запропонував у 1799 р. П.С.Лаплас:

.(3)

Тут h – шукане перевищення; К_о – сталий барометричний коефіцієнт, який дорівнює 18404; a = 0,003665 – об’ємний коефіцієнт розширення повітря; t_m, e_m, P_m, j_m і Н_m – відповідно середні значення температури повітря, тиску водяної пари, атмосферного тиску, геодезичної широти і висоти над рівнем моря у точках, які нівелюють; g = 0,377, b = 0,00265 і R = 6370 км – радіус земної кулі.

Відомі й інші повні барометричні формули Бауернфейнда, Ґавсса, Йордана, Рюльмана. Повними барометричними формулами користуються досить рідко, тому що вони громіздкі та незручні для камеральних обчислень.

Найчастіше застосовують скорочені барометричні формули Бабіне і Пєвцова.

Формула Бабіне:

; (4)