Квадрант является инструментом , который используется для измерения углов до 90 °. Различные версии этого инструмента могут использоваться для расчета различных показаний, таких как долгота, широта и время суток. Первоначально она была предложена Птолемеем как лучшая разновидность астролябии . [1] Позже средневековые мусульманские астрономы создали несколько различных вариаций этого инструмента .
Квадранты настенной росписи были важными астрономическими инструментами в европейских обсерваториях 18-го века, установив использование позиционной астрономии.
Этимология [ править ]
Термин « квадрант» , означающий одну четвертую, относится к тому факту, что ранние версии инструмента были производными от астролябий. Квадрант сконцентрировал работу астролябии в области, равной четверти размера лица астролябии; По сути, это была четверть астролябии.
История [ править ]
Один из самых ранних счетов квадранта происходит от Птолемея Альмагеста около 150 г. н.э. Он описал «плинтус» , которые могли бы измерить высоту солнца в полдень, проецируя тень колышка на градуированной дугу 90 градусов. [2] Этот квадрант отличался от более поздних версий инструмента; он был больше и состоял из нескольких движущихся частей. Версия Птолемея была производной от астролябии, и целью этого элементарного устройства было измерение угла меридиана Солнца.
В средние века исламские астрономы усовершенствовали эти идеи и построили секторы по всему Ближнему Востоку в обсерваториях, таких как Марадж , Рей и Самарканд . Сначала эти квадранты обычно были очень большими и неподвижными, и их можно было поворачивать в любом направлении, чтобы определить высоту и азимут любого небесного тела. [2] Поскольку исламские астрономы добились успехов в астрономической теории и точности наблюдений, им приписывают развитие четырех различных типов квадрантов в средние века и позже. Первый из них, синус-квадрант, был изобретен Мухаммадом ибн Мусой аль-Хорезми в IX веке в Доме Мудрости в Багдаде. [3]: 128 Другими типами были универсальный квадрант, хорарный квадрант и квадрант астролябии.
В средние века знания об этих инструментах распространились по Европе. В XIII веке еврейский астроном Якоб бен Махир ибн Тиббон сыграл решающую роль в дальнейшем развитии квадранта. [4] Он был опытным астрономом и написал несколько томов по этой теме, в том числе влиятельную книгу, подробно описывающую, как построить и использовать улучшенную версию квадранта. Квадрант, который он изобрел, стал известен как novus quadrans , или новый квадрант. [5] Это устройство было революционным, потому что это был первый квадрант, в котором не было нескольких движущихся частей, и поэтому он мог быть намного меньше и более портативным.
Еврейские рукописи Тиббона были переведены на латинский язык и улучшены французским ученым Питером Найтингейлом несколько лет спустя. [6] [7] Благодаря переводу имя Тиббон, или Профатий Иудей, как его называли на латыни, стало влиятельным именем в астрономии. Его новый квадрант был основан на идее, что стереографическая проекция, определяющая планисферическую астролябию, все еще может работать, если части астролябии сложены в один квадрант. [8] В результате получилось устройство, которое было намного дешевле, проще в использовании и портативнее, чем стандартная астролябия. Работа Тиббона имела широкий охват и оказала влияние на Коперника , Христофора Клавия и Эразма Рейнхольда.; и его рукопись упоминается в « Божественной комедии» Данте . [4]
Поскольку квадрант стал меньше и, следовательно, более портативным, его ценность для навигации вскоре стала очевидной. Первое задокументированное использование квадранта для навигации в море датируется 1461 годом Диогу Гомешем . [9] Моряки начали с измерения высоты Полярной звезды, чтобы определить их широту. Такое применение квадрантов обычно приписывают арабским морякам, которые торговали вдоль восточного побережья Африки и часто путешествовали вне поля зрения суши. Вскоре стало более распространено определять высоту Солнца в данный момент времени из-за того, что Полярная звезда исчезает к югу от экватора.
В 1618 году английский математик Эдмунд Гюнтер дополнительно адаптировал квадрант с изобретением, которое стало известно как квадрант Гюнтера. [10] Этот карманный квадрант был революционным, потому что на нем были начертаны проекции тропиков, экватора, горизонта и эклиптики. С правильными таблицами можно использовать квадрант, чтобы найти время, дату, продолжительность дня или ночи, время восхода и захода солнца и меридиана. Квадрант Гюнтера был чрезвычайно полезен, но у него были свои недостатки; шкалы применялись только для определенной широты, поэтому использование прибора в море было ограничено.
Типы [ править ]
Есть несколько типов квадрантов:
- Квадранты настенной росписи , используемые для определения времени путем измерения высоты астрономических объектов. Тихо Браге создал один из самых больших квадрантов фресок. Чтобы определить время, он поместил два часа рядом с квадрантом, чтобы он мог определить минуты и секунды по отношению к измерениям на боковой стороне прибора. [11]
- Крупные рамные инструменты для измерения угловых расстояний между астрономическими объектами.
- Геометрический квадрант, используемый геодезистами и штурманами .
- Квадрант Дэвиса - компактный инструмент в рамке, используемый навигаторами для измерения высоты астрономического объекта.
Их также можно классифицировать как: [12]
- Высота - плоский квадрант с отвесом, используемый для измерения высоты объекта.
- Наводчик - тип клинометра, используемый артиллеристом для измерения угла возвышения или склонения ствола пушки или миномета, как для проверки правильной высоты стрельбы, так и для проверки правильности центровки установленных на вооружении устройств управления огнем.
- Gunter's - Квадрант, используемый для определения времени, а также продолжительности дня, когда солнце встало и зашло, даты и меридиана с использованием шкал и кривых квадранта вместе с соответствующими таблицами. Он был изобретен Эдмундом Гюнтером в 1623 году. Квадрант Гюнтера был довольно простым, что позволило его широко и длительно использовать в 17-18 веках. Гюнтер расширил базовые возможности других секторов, чтобы создать удобный и всеобъемлющий инструмент. [13] Его отличительной особенностью были проекции тропиков, экватора, эклиптики и горизонта. [10]
- Исламский - король выделил четыре типа квадрантов, созданных мусульманскими астрономами. [3]
- Синус квадрант (арабский: Rubul Mujayyab) - также известный как Sinecal Quadrant - был использован для решения тригонометрических задач и принимая астрономические наблюдения. Он был разработан аль-Хорезми в Багдаде 9 века и распространен до девятнадцатого века. Его отличительной чертой является сетка, подобная миллиметровой бумаге, с одной стороны, которая разделена на шестьдесят равных интервалов по каждой оси и также ограничена дугой с градуировкой в 90 градусов. К вершине квадранта прикреплялся шнур с бусиной для расчета и отвесом. Их также иногда рисовали на обратной стороне астролябий.
- Универсальный (шакказия) квадрант - используется для решения астрономических задач для любой широты: эти квадранты имели один или два набора сеток шакказия и были разработаны в XIV веке в Сирии. Некоторые астролябии также напечатаны на обратной стороне с универсальным квадрантом, как астролябия, созданная Ибн ас-Сарраджем.
- Хорарный квадрант - используется для определения времени по солнцу: хорарный квадрант может использоваться для определения времени в равных или неравных (продолжительность дня деленная на двенадцать) часов. Были созданы разные наборы разметки для равных или неравных часов. Для измерения времени в равные часы хорарный квадрант можно использовать только для одной конкретной широты, в то время как квадрант для неравных часов можно использовать где угодно на основе приблизительной формулы. Один край квадранта должен был быть выровнен по солнцу, и после выравнивания бусинка на отвесе, прикрепленная к центру квадранта, показывала время дня. Существует пример, датированный 1396 годом, из европейских источников ( Ричард II из Англии). [14]Самый старый хорарный квадрант был найден во время раскопок в 2013 году в ганзейском городе Зютфен (Нидерланды), датируется ок. 1300, и находится в местном Стеделийском музее в Зютфене. [15] [16]
- Квадрант астролябии / альмукантара - квадрант, созданный на основе астролябии: этот квадрант был отмечен половиной типичной пластины астролябии, поскольку пластины астролябии симметричны. Шнур, прикрепленный к центру квадранта с бусиной на другом конце, был перемещен, чтобы обозначить положение небесного тела (солнца или звезды). Положения эклиптики и звезды были отмечены в квадранте выше. Неизвестно, где и когда был изобретен квадрант астролябии, существующие квадранты астролябии имеют либо османское, либо мамлюкское происхождение, в то время как в квадранте астролябии были обнаружены египетские трактаты XII века и сирийские трактаты XIV века. Эти квадранты оказались очень популярной альтернативой астролябии.
Геометрический квадрант [ править ]
Геометрический квадрант представляет собой панель из четверти круга, обычно из дерева или латуни. Маркировка на поверхности может быть напечатана на бумаге и приклеена к дереву или нарисована прямо на поверхности. Маркировка медных инструментов была нанесена прямо на медь.
Самые ранние образцы морского судоходства были найдены около 1460 года. Они не были градуированы по градусам, а имели широту наиболее распространенных пунктов назначения, прямо нанесенную на конечность . При использовании навигатор будет плыть на север или юг, пока квадрант не укажет, что он находится на широте пункта назначения, разворачивается в направлении пункта назначения и плывет к пункту назначения, сохраняя курс на постоянной широте. После 1480 года многие инструменты стали выпускать с градуировкой конечностей в градусах. [17]
Вдоль одного края располагались две достопримечательности, образующие алидаду . Отвеса было приостановлено по линии от центра дуги в верхней части.
Чтобы измерить высоту звезды, наблюдатель будет смотреть на звезду через прицел и удерживать квадрант так, чтобы плоскость инструмента была вертикальной. Отвес разрешили повесить вертикально , а линия указывает на чтение на дуги градаций . Было нередко второй человек снимал показания, в то время как первый концентрировался на наблюдении за прибором и удерживании его в нужном положении.
Точность прибора была ограничена его размером и влиянием ветра или движения наблюдателя на отвес. Навигаторам на палубе движущегося корабля эти ограничения может быть трудно преодолеть.
Солнечные наблюдения [ править ]
Чтобы не смотреть на солнце, чтобы измерить его высоту, навигаторы могли держать инструмент перед собой с солнцем по бокам. Благодаря тому, что направленная на солнце визирная лопасть отбрасывала свою тень на нижнюю визирную лопатку, можно было выровнять инструмент по солнцу. Следует позаботиться о том, чтобы определить высоту центра Солнца. Это можно сделать, усреднив высоту верхней и нижней тени в тени.
Квадрант заднего обзора [ править ]
Для измерения высоты солнца был разработан задний сектор наблюдения. [17]
В таком квадранте наблюдатель наблюдал за горизонтом через визирную лопасть (C на рисунке справа) через щель в горизонтальной лопатке (B). Это обеспечило горизонтальное положение инструмента. Наблюдатель переместил теневую лопасть (A) в положение на градуированной шкале так, чтобы ее тень казалась совпадающей с уровнем горизонта на горизонтальной лопасти. Этот угол был высотой солнца.
Квадрант в рамке [ править ]
Большие квадранта рамы были использованы для астрономических измерений, в частности , определения высоты от небесных объектов. Это могут быть постоянные инсталляции, например, квадранты настенной росписи . Меньшие квадранты можно было переместить. Как и аналогичные астрономические секстанты , они могли использоваться в вертикальной плоскости или настраиваться для любой плоскости.
Установленные на пьедестал или другое крепление, они могут использоваться для измерения углового расстояния между любыми двумя небесными объектами.
Детали их построения и использования по существу такие же, как и у астрономических секстантов ; обратитесь к этой статье за подробностями.
Военно-морской флот: использовался для измерения высоты на корабельной пушке, квадрант должен был быть размещен на цапфе каждой пушки, чтобы определить дальность после заряжания. Показания были сняты в верхней части рулона корабля, орудие отрегулировано и проверено, снова наверху рулона, и он перешел к следующему орудию, пока все, что должно было стрелять, не было готово. Стрелок корабля был проинформирован, который, в свою очередь, проинформировал капитана ... Вы можете стрелять, когда будете готовы ... на следующем высоком броске пушка будет стрелять.
В более современных приложений, квадрант крепится к цапфе кольцо или большой морской пушки, чтобы привести его в соответствие с критериями, приваренные к палубе судна. Это сделано для того, чтобы стрельба из пушки не «деформировала палубу». Плоская поверхность на орудийной рубке или башне также проверяется с помощью тестов, чтобы убедиться, что большие подшипники и / или подшипники не изменились ... для «калибровки» орудия.
Настройка [ править ]
В средние века производители часто добавляли настройки, чтобы произвести впечатление на человека, для которого предназначен квадрант. В больших неиспользуемых местах на инструменте часто добавлялась печать или значок, чтобы обозначить владение важным человеком или верность владельца. [18]
См. Также [ править ]
- Настенный инструмент
- Квадрант Дэвиса
Ссылки [ править ]
- ^ Король, Генри К. (2003) [1955]. История телескопа . Dover Publications. ISBN 978-0-486-43265-6.
- ^ a b Аккерманн, Силке; Ван Гент, Роберт. «Квадрант» . Epact: Научные инструменты средневековой и ренессансной Европы . Музей истории науки.
- ^ а б Кинг, Дэвид А. (1987). Исламские астрономические инструменты . Лондон: Variorum Reprints. ISBN 0860782018.
- ^ а б О'Коннор, JJ "Джейкоб бен Махир ибн Тиббон" . Биография Тиббона . Университет Сент-Эндрюс.
- ^ "Квадрант Астролябии" . Астролябия .
- ^ "Питер Филомена из Дакии, также известный как Петрус Дакус, Петрус Данус, Питер Найтингейл" . Encyclopedia.com . Полный словарь научной биографии.
- ^ Линдберг, Дэвид С., изд. (1988). Наука в средние века . Чикаго, Иллинойс [ua]: Univ. Чикаго Пресс. ISBN 0226482332.
- ^ Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521408997.
- ^ «Квадрант» . Кафедра математики . Университет Сингапура.
- ^ а б «Квадрант Гюнтера» . Национальный музей американской истории . Смитсоновский институт . Проверено 25 апреля 2018 года .
- ^ Дрейер, Джон (2014). Тихо Браге . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-06871-0.
- ^ Тернер, Жерар L'E. (1980). Старинные научные инструменты . Blandford Press Ltd. ISBN 0-7137-1068-3.
- ^ Дэвис, Джон (сентябрь 2011 г.). "Средневековый квадрант Гюнтера?" (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 23 (iii) . Проверено 25 апреля 2018 года .
- ^ Клейтон Блум (9 ноября 2011 г.). «Часы 14 века, найденные в сарае фермы Клд» . ABC News Online . Проверено 10 ноября 2011 года .
- ^ Дэвис, Джон (март 2014). «Квадрант Зютфен - очень ранний инструмент, работающий через равные часы, раскопанный в Нидерландах» (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 26 (i): 36–42 . Проверено 31 мая 2018 года .
- ^ Фермин, В .; Кастелейн, Д. (2013). Het Zutphense Kwadrant. Археологический ондерзек ин де грахт ван де рингвальбург оп де Хаутмаркт те Зютфен [ Зютфенский квадрант. Археологические исследования рва Рингвальбург на Хаутмаркте в Зютфене ] (на голландском языке). Zutphen: Zutphense Archaeological Publications 80. doi : 10.17026 / dans-xyp-9pzw .
- ^ а б Мэй, Уильям Эдвард (1973). История морского судоходства . Хенли-он-Темз, Оксфордшир: ISBN GT Foulis & Co. Ltd. 0-85429-143-1.
- ^ Силке Аккерманн и Джон Черри (1999). «Ричард II, Джон Холланд и три средневековых квадранта». Анналы науки . 56 (1): 3–23. DOI : 10.1080 / 000337999296508 .
- Морис Домас, Научные инструменты семнадцатого и восемнадцатого веков и их создатели , Портман Букс, Лондон 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
Внешние ссылки [ править ]
Викискладе есть медиафайлы по теме Квадранты (инструмент) . |
- Квадрант Гюнтера Статья о квадранте Гюнтера (PDF)
- Квадрант Гюнтера Моделирование квадранта Гюнтера (требуется Java)
- Рабочий квадрант в форме монеты
- Ричард II (1396 г.), равный часовой хорарный квадрант (изображения):
- назад, со столиками
- спереди, с углами для часов