Libella na krzywej podłodze
Dawne rzeczy mają w sobie jakąś magię. Nie inaczej jest ze starą libellą, którą odziedziczyłem po moim zmarłym wuju. Po tym przyrządzie znać, jak bardzo był wartościowy w swoich czasach: oprawka wygiętej rurki z płynem i pęcherzykiem gazu jest wykonana z mosiądzu, ma śruby umożliwiające regulację, a do kompletu należy futerał z miękką wyściółką zamykany na małe haczyki.
Współczesne libelle, nazywane raczej poziomicami, robi się z taniego surowca, zwykle nie mają też żadnej regulacji. Jak coś się przesunie albo wykrzywi, kupuje się za grosze nową i tyle. Regulacja miała oczywiście swoje zalety: można było ustawić niewielkie odchylenie od poziomu - co było pomocne na przykład przy układaniu rynny albo rury kanalizacyjnej, którymi woda miała płynąć nie za szybko i nie za wolno, tylko dokładnie zgodnie z projektem. I tu rodzi się ciekawe pytanie: gdy rynna była już gotowa, w jaki sposób majster ustawiał libellę ponownie na wskazywanie poziomu?
Wyobraźmy sobie taką sytuację: majster wchodzi do remontowanego mieszkania, ściany są trochę krzywe, podłogi też, ma ze sobą libellę i niezbędny do regulacji śrubokręt. Co ma teraz zrobić, żeby ją ustawić na zero?
Pierwsze rozwiązanie opiera się na dodatkowym, dotychczas przemilczanym, elemencie libelli wujka: ma ona podziałkę na rurce z płynem.
Rozwiązanie jest proste: wybieramy sobie niezbyt krzywy fragment podłogi, kładziemy libellę, a wzdłuż niej układamy równolegle śrubokręt, tak żeby jego czubek wskazywał środek podziałki. To pozwala nam zarejestrować jej kierunek i położenie. Zapamiętujemy, o ile kresek i w którą stronę pęcherzyk odbiega od środka skali, po czym obracamy libellę w drugą stronę, tj. o - śrubokręt pozwala nam na dokładne dokonanie tego obrotu. Widzimy nowe wskazanie, zapewne różne od poprzedniego. Bierzemy teraz do ręki śrubokręt i śrubką regulacyjną zmieniamy położenie rurki w dobrym kierunku. Odkładamy śrubokręt wzdłuż libelli, powtarzamy pomiar w dwóch położeniach różniących się o znowu regulujemy, itd. Po kilku krokach uzyskamy w miarę dobrze wypoziomowaną libellę. Czyli na krzywej podłodze pęcherzyk powietrza będzie odbiegać od środka o tyle samo, co gdy obrócimy libellę o - tyle że w drugą stronę.
A co powinien zrobić majster, gdy skali na rurce nie ma i w zasadzie tylko na oko można ocenić, jak bardzo odchyla się pęcherzyk? Oczywiście środek rurki z płynem jest zawsze zaznaczony - bez tego użytek z libelli byłby marny.
I na to jest sposób, choć wymaga ciut bardziej zaawansowanej matematyki. Zacznijmy od wykonania poprzedniej procedury, doprowadzając do sytuacji, w której po obróceniu libelli o pęcherzyk wychyla się raz w jedną, raz w drugą stronę, z grubsza o podobną wartość. Brak skali nie jest w tym przeszkodą.
Połóżmy teraz śrubokręt w sprawdzonej pozycji - wzdłuż libelli, tak żeby jego czubek wskazywał jej środek - i zacznijmy ją powoli obracać wokół tego środka. Pęcherzyk w trakcie tego obrotu musi przewędrować na drugą stronę, więc w którymś momencie, jeszcze przed osiągnięciem obrotu o będzie dokładnie w środku skali (to jest właśnie ta dodatkowa matematyka: taki kąt istnieje). Zatrzymajmy się i zastanówmy. To oczywiście nie jest jeszcze to, o co nam chodziło, ale zbliżyliśmy się do celu. Libella pokazuje poziom, choć na poziomej podłodze raczej nie leży - powiedzmy, że kąt nachylenia podłogi wynosi Zaznaczmy nowe położenie libelli śrubokrętem i zróbmy to, co już potrafimy: wyregulujmy ją w kilku krokach tak, by po obróceniu libelli o pęcherzyk wychylał się od centrum raz w jedną stronę, a raz w drugą, z grubsza podobnie. W efekcie dostajemy nowe ustawienie libelli. Gdybyśmy mieli idealne oko (równie dobre jak podziałka), to zadanie byłoby już rozwiązane. Jednak nawet jeśli robimy spory błąd i wiemy tylko, że jeden z kątów, o jakie libella odchyla się od poziomu, jest najwyżej dwa razy większy od tego, gdy leży odwrotnie, to i tak jest dobrze. Można sprawdzić (obrazek obok), że jeśli robiliśmy to w miejscu o nachyleniu podłogi to po regulacji kąt odchylenia libelli do poziomu wynosi nie więcej niż
Powtarzamy całość od początku i za chwilę dostajemy kąt nie większy niż potem itd. Oczywiście to jest tylko teoria, bo zapewne bardzo szybko nie da się już dalej nic poprawić. Po prostu kąt odchylenia libelli od poziomu stanie się ludzkim okiem nieodróżnialny od 0. I o to chodziło!