Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Большой квадрант кадра в Пекинской древней обсерватории . Он был построен в 1673 году.

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 ]

Птолемей в квадранте
Квадрант в турецкой иллюстрации

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 ]

Гравировка Tycho Браге «s Mural квадранта в Ураниборг в 1598, изображая двух часов.

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]

Хорарный квадрант для широты около 51,5 °, как показано в инструкции 1744 года: Чтобы найти час дня: проложите нить прямо в день месяца, затем удерживайте ее, пока не соскользнете небольшую бусинку или булавочную головку. [вдоль нитки], чтобы опираться на одну из линий на 12 часов; затем позвольте Солнцу светить от точки G к другой точке D, отвес висит на свободе, бусина отдыхает в час дня.
  • 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]
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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]
  4. 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 с отвесом.

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 ]

Рисунок заднего квадранта наблюдения. Этот инструмент использовался как посох для измерения высоты солнца, наблюдая за положением тени на инструменте.

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 ]

  1. ^ Король, Генри К. (2003) [1955]. История телескопа . Dover Publications. ISBN 978-0-486-43265-6.
  2. ^ a b Аккерманн, Силке; Ван Гент, Роберт. «Квадрант» . Epact: Научные инструменты средневековой и ренессансной Европы . Музей истории науки.
  3. ^ а б Кинг, Дэвид А. (1987). Исламские астрономические инструменты . Лондон: Variorum Reprints. ISBN 0860782018.
  4. ^ а б О'Коннор, JJ "Джейкоб бен Махир ибн Тиббон" . Биография Тиббона . Университет Сент-Эндрюс.
  5. ^ "Квадрант Астролябии" . Астролябия .
  6. ^ "Питер Филомена из Дакии, также известный как Петрус Дакус, Петрус Данус, Питер Найтингейл" . Encyclopedia.com . Полный словарь научной биографии.
  7. ^ Линдберг, Дэвид С., изд. (1988). Наука в средние века . Чикаго, Иллинойс [ua]: Univ. Чикаго Пресс. ISBN 0226482332.
  8. ^ Педерсен, Олаф (1993). Ранняя физика и астрономия: историческое введение . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521408997.
  9. ^ «Квадрант» . Кафедра математики . Университет Сингапура.
  10. ^ а б «Квадрант Гюнтера» . Национальный музей американской истории . Смитсоновский институт . Проверено 25 апреля 2018 года .
  11. ^ Дрейер, Джон (2014). Тихо Браге . Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-1-108-06871-0.
  12. ^ Тернер, Жерар L'E. (1980). Старинные научные инструменты . Blandford Press Ltd. ISBN 0-7137-1068-3.
  13. ^ Дэвис, Джон (сентябрь 2011 г.). "Средневековый квадрант Гюнтера?" (PDF) . Бюллетень Британского общества солнечных часов . 23 (iii) . Проверено 25 апреля 2018 года .
  14. ^ Клейтон Блум (9 ноября 2011 г.). «Часы 14 века, найденные в сарае фермы Клд» . ABC News Online . Проверено 10 ноября 2011 года .
  15. ^ 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 .
  16. ^ 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 .
  17. ^ а б Мэй, Уильям Эдвард (1973). История морского судоходства . Хенли-он-Темз, Оксфордшир: ISBN GT Foulis & Co. Ltd. 0-85429-143-1.
  18. ^ 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 ]

  • 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