Это гладко выструганный деревянный брусок 30-40 сантиметров длины с вделанной в него слегка изогнутой стеклянной трубочкой, наполненной эфиром. В трубочке двигается уже знакомый вам пузырек безвоздушного пространства.
Нижняя плоскость бруска параллельна, воображаемой линии — хорде этой изогнутой трубочки, и, следовательно, когда пузырек уровня стоит посередине трубочки, эта нижняя плоскость горизонтальна.
Если бы у вас, когда вы узнавали превышение берега ручья над дном, был плотничный уровень, вы бы положили его на доску, а по рейке взяли бы отсчет, и результаты у вас получились бы более точные.
Когда топографам надо узнать высоту крутого берега реки над водой, они нередко употребляют плотничный уровень. Ставят рейку вертикально, к ней приставляют горизонтальную дощечку, кладут на нее уровень и таким путем в несколько приемов несколькими ступеньками узнают превышение бровки берега над водой. Эта работа называется ватерпасовкой. Но таким путем можно измерять на небольших расстояниях. 20 метров — это максимум для плотничного уровня. Неровность плоскости бруска в 0,5 миллиметра на 20 метров дает ошибку в 3 сантиметра.
Знакомство с новым инструментом
Люди издавна заинтересовались вопросом, как узнать на сравнительно ровной местности, где выше, где ниже. Заинтересовались с тех пор, как начали проводить арыки и орошать участки земли. Если поверхность земли почти ровная, даже опытные поливальщики не смогут точно определить на глаз, в какую сторону имеется уклон, куда потечет вода.
Еще в древнем Египте был изобретен хоробат — прибор, состоящий из очень длинного, до 6 метров длины, деревянного жолоба, изготовленного из ствола бамбука, разрезанного вдоль. В этот жолоб наливалась вода. По уровню воды можно было устанавливать хоробат горизонтально. Очевидно, у него были какие-то приспособления для визирования. Нам известно, что с помощью этого прибора египтяне создали такое сложное гидротехническое сооружение, как оросительная система в долине Нижнего Нила, в том числе и громадное искусственное Меридское озеро, регулирующее сток воды.
Позднее для разрешения того же вопроса «выше — ниже» стали употреблять уровень, так или иначе усовершенствованный. Но соединить трубку уровня с зрительной трубой, имеющей сетку нитей, и соединить так, чтобы ось уровня была параллельна визирной оси трубы[31], придумали не больше ста лет назад. Так был изобретен нивелир[32] с трубой, или, как его теперь называют, просто нивелир. С помощью этого инструмента очень легко, быстро и точно можно узнать, на сколько одна точка выше другой при условии, что расстояние между этими точками не больше 200 метров и одна из них выше другой не более чем на 3-4 метра.
Сразу бросается в глаза длинная зрительная труба, значительно длиннее, чем у теодолита. Труба лежит на двух подставках, под которыми находится уровень, также гораздо больших размеров, чем плотничный и чем у теодолита, и, следовательно, более чувствительный.
Трубу можно легко брать с подставок и класть обратно. Подставки с уровнем держатся на специальном коромысле, которое свободно вращается в горизонтальной плоскости. Вот, собственно, и весь инструмент. Как и теодолит, он стоит на трех подъемных винтах и с помощью такого же большого станового винта с пружиной прикрепляется к массивной треноге.
Внутреннее устройство трубы такое же, как у теодолита; так же все видно вверх ногами, только нитей на сетке чаще нарезают две — крест-накрест.
Чтобы труба лежала горизонтально, нужно инструмент установить. Раз уровень параллелен трубе, вся задача заключается в том, чтобы подогнать пузырек на середину уровня.
Устанавливают нивелир так. Поставив инструмент более или менее горизонтально, поворачивают трубу параллельно двум подъемным винтам и начинают одновременно вертеть их в разные стороны, завинчивая один и вывинчивая другой. Этим самым один конец трубы с уровнем приподнимается, другой опускается. Пузырек уровня медленно выползает на середину. Когда он станет как раз в середине уровня[33], трубу поворачивают на 90°, пузырек, конечно, убегает, тогда вертят третий подъемный винт до тех пор, пока и по нему пузырек не станет на середину. Потом снова поворачивают трубу параллельно двум первым винтам и опять стараются подогнать пузырек уровня на середину.
31
Визирная ось трубы — воображаемая линия, которая проходит через центры обоих увеличительных стекол трубы и через крест нитей.