Los instrumentos topográficos de Ramsden son los construidos por Jesse Ramsden y utilizados en los estudios geodésicos de alta precisión realizados en el período de 1784 a 1853. Entre ellos se incluyen los cinco grandes teodolitos —grandes en nombre, grandes en tamaño y grandes en precisión— utilizados en los estudios de Gran Bretaña y otras partes del mundo. Ramsden también proporcionó el equipo utilizado en la medición de las numerosas líneas de base de estos estudios y también el telescopio cenital utilizado en las determinaciones de latitud.
Ramsden y otros fabricaron un total de ocho instrumentos de este tipo para su uso en Gran Bretaña, India y Suiza. [1] [2] El propio Ramsden construyó tres teodolitos y Mathew Berge, su yerno y sucesor comercial, completó otros dos según su diseño después de la muerte de Ramsden en 1805. De los otros instrumentos, uno fue construido por William Cary y los otros dos por la firma Troughton & Simms .
En 1783, la Royal Society de Londres reaccionó a las críticas francesas (infundadas) al Observatorio de Greenwich solicitando el consentimiento real para llevar a cabo un estudio geodésico de alta precisión, el Estudio anglo-francés (1784-1790) , entre Greenwich y las estaciones de estudio francesas establecidas al otro lado del Canal de la Mancha. Una vez concedida la aprobación, el general William Roy aceptó emprender el trabajo e inmediatamente se puso en contacto con Ramsden para encargar nuevos instrumentos. Tres años más tarde, el "gran" teodolito fue entregado después de un retraso atribuible a la tardanza de Ramsden, los accidentes en el taller y su predilección por el refinamiento continuo: "esto no funcionará, debemos hacerlo de nuevo". [3] El instrumento fue pagado por la Corona y el Rey lo presentó inmediatamente a la Royal Society; por esta razón, el teodolito se denomina teodolito de la Royal Society, o Ramsden RS para abreviar.
Hay una descripción completa de este teodolito en el informe final de la Encuesta anglo-francesa (1784-1790) . [4] El instrumento era grande, de 36 pulgadas (910 mm) de ancho y normalmente estaba montado en un soporte que colocaba el telescopio de observación entre 5 y 6 pies de altura. Pesaba alrededor de 200 libras (91 kg) y los accesorios y estuches pesaban lo mismo. Viajó por Gran Bretaña durante más de sesenta años, en su propio carro con suspensión, a lugares donde fue arrastrado hasta montañas, torres de iglesias e incluso campanarios con andamios.
La escala circular horizontal se dividió con mucha precisión con divisiones a intervalos de 15 minutos (de arco) utilizando uno de los propios motores divisores de Ramden ; [5] las marcas en la escala de 36 pulgadas (910 mm) de diámetro estarían separadas por aproximadamente 1 ⁄ 6 de pulgada (4,2 mm). Por lo tanto, la posición del telescopio podía leerse a simple vista con una precisión de un cuarto de grado, pero la posición exacta entre las divisiones se leía con la ayuda de microscopios micrométricos equipados con alambres transversales ajustables en el plano focal, como se muestra. Las roscas de los tornillos eran tales que quince vueltas completas se movían de una marca de escala a la siguiente, es decir , 15 minutos, y dado que la escala en la perilla de ajuste permitía medir una sexagésima de vuelta, la precisión resultante estaba dentro de un segundo de arco.
El instrumento también está equipado con una escala semicircular vertical para medir las elevaciones de las estaciones distantes y, por lo tanto, la diferencia de altura. En el ocular se colocan alambres transversales similares a los utilizados en los microscopios; se pueden ajustar mediante una rosca que permite medir ángulos con una precisión de cinco segundos de arco.
Las distancias típicas en el estudio anglo-francés eran inferiores a 32 km (20 millas): a esa distancia, un segundo de arco corresponde a desplazamientos laterales o verticales en la estación de destino de aproximadamente 18 cm (7 pulgadas). Ningún otro teodolito podía igualar esta precisión en ese momento. Fue el primer instrumento capaz de medir el exceso esférico de grandes triángulos de estudio.
Tras la finalización del estudio anglo-francés, este instrumento se almacenó en la Royal Society, pero en 1799 la Junta de Artillería solicitó su uso para la triangulación principal de Gran Bretaña . Una vez finalizado el estudio, el teodolito se almacenó en la sede del Ordnance Survey en Southampton, donde fue destruido en los bombardeos de 1941. [6]
En su informe a la Royal Society en 1775, William Roy había señalado la idoneidad de la India como lugar para mediciones tanto de arcos meridianos como de arcos paralelos. Para su deleite, la Compañía de las Indias Orientales estaba dispuesta a emprender tal aventura y encargó un segundo gran teodolito a Ramsden. Estuvo listo en 1791, pero Ramsden se sintió obligado a aumentar el precio debido a problemas en su fabricación. Para su sorpresa, la compañía rechazó su precio y se negó a comprar el instrumento. Fue comprado por el duque de Richmond , quien, como maestro de la Junta de Artillería , había proporcionado la mayor parte de la financiación para la prospección anglo-francesa de Roy (1784-1790) . El teodolito se designa como el teodolito de la Junta de Artillería, o BO de Ramsden para abreviar. La intención de Richmond era utilizar el nuevo teodolito en la extensión de la prospección de Roy a los condados del sur de Gran Bretaña. El instrumento era básicamente el mismo que el primero con mejoras añadidas, principalmente en el número y la colocación de los microscopios con sus platinas micrométricas de precisión. Estuvo en uso hasta la finalización de la Triangulación Principal de Gran Bretaña en 1853 y ahora se encuentra en el Museo de Ciencias de Londres. [7]
Hay una descripción de las mejoras realizadas a este teodolito en el relato del Estudio trigonométrico de los años 1791-1794 de Mudge, Williams y Dalby. [8]
Ramsden fabricó al menos otro teodolito de 3 pies (0,91 m) del que se descubrieron partes en Suiza. [2] Después de su muerte, su empresa fue heredada por Mathew Berge, de quien se sabe que construyó otros dos instrumentos grandes según el diseño de Ramsden. [2] Ramsden fabricó muchos teodolitos, incluido un instrumento de dieciocho pulgadas del mismo diseño general que los grandes teodolitos. [9] Este instrumento y sus dos grandes teodolitos se describen en el relato de la Triangulación Principal de Clarke y James (1858). [10]
Aunque la Compañía de las Indias Orientales rechazó el segundo teodolito de Ramsden, encargó un diseño similar a otro fabricante de instrumentos de Londres, William Cary . Este teodolito se utilizó en la India desde 1802, aunque hubo una pequeña pausa en 1808, cuando se dañó al ser transportado hasta lo alto de un edificio. Fue reparado y estuvo en uso durante sesenta años. En 1830, Troughton y Simms fabricaron un nuevo teodolito con un diseño mejorado para el Servicio Indio de Inspección y los dos juntos estuvieron en servicio hasta 1874, cuando el instrumento de Cary fue reemplazado por otro de Troughton y Sims. Este último instrumento era un monstruo que pesaba 1.455 libras (660 kg) cuando estaba en sus estuches de viaje: no fue una sorpresa que se considerara demasiado pesado para transportarlo a las montañas y pasó a Sudáfrica en 1882. [2] No se fabricaron más grandes instrumentos después de 1874, ya que los avances continuos en instrumentos de precisión eclipsaron su rendimiento: a fines del siglo XIX se podía obtener una precisión de 1 segundo de arco con un instrumento de 12 pulgadas (300 mm). [11]
Los topógrafos del siglo XVIII utilizaban cadenas de Gunter de 22 yardas de largo (una cadena con 100 eslabones de 7,92 pulgadas). Su precisión era adecuada para la topografía catastral, pero se consideró que no eran lo suficientemente precisas para la topografía anglo-francesa (1784-1790) , la primera topografía de alta precisión de Gran Bretaña. Roy le pidió a Ramsden que preparara una nueva cadena de 100 eslabones, cada uno de un pie de largo. [12] También le pidió a Ramsden que preparara tres varillas de madera calibradas con precisión de 20 pies de largo. Estas resultaron ser un fracaso debido a las fluctuaciones en la longitud debido a la humedad variable; en su lugar, se utilizaron tres tubos de vidrio calibrados. La cadena demostró ser tan precisa como los tubos de vidrio, y se utilizó para las topografías de referencia durante los siguientes treinta años. [13] Más tarde, mediciones aún más precisas mostraron que la precisión de la cadena de 100 pies (30 m) de Ramsden estaba dentro de aproximadamente 3 pulgadas en cinco millas. En la práctica, la cadena estaba sostenida en toda su longitud por caballetes de madera y tensada con un peso constante conocido. Su coeficiente de expansión térmica se midió cuidadosamente para poder tener en cuenta las fluctuaciones de temperatura. Los detalles completos (con láminas) se dan en el relato de Roy sobre la medición de la línea base de Hounslow Heath . [14]
Los agrimensores estadounidenses también utilizaban a veces una cadena de 100 pies, también con 100 eslabones, conocida como cadena del ingeniero . El término cadena en ambos casos suele referirse al instrumento de medición más que a una unidad de longitud, y las distancias medidas normalmente se dan en pies y fracciones decimales de un pie (no en pulgadas).
A pesar de que la cadena de Ramsden se originó en el Reino Unido, la de Gunter predominó allí: "Cuando se habla de una cadena sin calificación, se hace referencia a la cadena de Gunter", señaló Macquorn Rankine en A Manual of Civil Engineering de mediados de la época victoriana . [15]
El telescopio cenital construido por Jesse Ramsden en 1802 se utilizó para determinar la latitud de muchas estaciones de la Triangulación Principal de Gran Bretaña . Este instrumento portátil fue diseñado para aportar precisión de observatorio al trabajo de campo. El marco exterior medía unos 3,7 m (12 pies) de alto y el telescopio montado en un marco interior tenía 2,4 m (8 pies) de largo. El telescopio estaba restringido a observaciones dentro de unos pocos grados del cenit para evitar errores debidos a la refracción. Pearson ofrece una descripción completa del instrumento. [16]
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