Это хорошая статья. Для получения дополнительной информации нажмите здесь.
Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с солнечного компаса )
Перейти к навигации Перейти к поиску

Солнечный компас Уильяма Остина Берта

Солнечный компас или астрономический компас Берта - это геодезический инструмент, который использует направление солнца вместо магнетизма. Уильям Остин Берт изобрел свой солнечный компас в 1835 году. Солнечный компас работает по принципу, согласно которому направление на Солнце в заданное время можно вычислить, если известно положение наблюдателя на поверхности Земли, с аналогичной точностью. Направление можно описать с помощью угла солнца относительно оси вращения планеты .

Этот угол состоит из угла, обусловленного широтой , в сочетании с углом, обусловленным сезоном, и углом, обусловленным временем суток. Эти углы устанавливаются на компасе для выбранного времени дня, основание компаса устанавливается на уровне с использованием предоставленных спиртовых уровней , а затем прицел выравнивается по солнцу в указанное время, поэтому изображение солнца проецируется на мишень с перекрестной решеткой. В этот момент основание компаса будет выровнено с севера на юг. Затем он фиксируется на месте в этом выравнивании, после чего визирные рычаги могут быть повернуты для совмещения с любым ориентиром или маяком, и направление может быть считано нониусами как угол относительно истинного севера.

Это устройство позволило избежать проблем с обычным магнитным компасом, используемым геодезистами, который показывал ошибочные показания в местности с высоким содержанием железной руды и непостоянным и неизвестным местным магнитным склонением. Инструмент оказался настолько точным, что его выбрало правительство США при съемке общественных земель, границ штатов и железнодорожных маршрутов. Он получил награды от различных организаций и использовался геодезистами с девятнадцатого по двадцатый век.

История [ править ]

Берт стал заместителем геодезиста США в 1833 году и начал съемку государственных земель на территории к северо-западу от реки Огайо . [1] К 1834 году он и его геодезическая бригада обследовали территорию в нижней части полуострова Мичиган . К 1835 году он обследовал земли на верхнем полуострове Мичигана , которые будут использоваться новыми поселенцами. [2] Здесь он обнаружил, что его чувствительный компас, работающий за счет притяжения магнитного поля, неустойчиво колебался из-за залежей железной руды в области, которая мешала полю. Берт изобрел инструментальную насадку, которая отрабатывала солнечный свет, а не магнетизм, чтобы найти истинный север. Получившийся продукт он назвал инструментом поиска истинного меридиана .[3] Он преодолел причуды геодезического компаса, вызванные помехами от месторождений железной руды в местном районе суши. [4]

Берт впервые использовал солнечный инструмент в своих исследованиях в Мичигане. [5] Он обнаружил большие обнаженные залежи железной руды в Негауни в округе Маркетт в своем более позднем исследовании 1844 года верхней части полуострова в штате Мичиган. [6] Это стало известно как Железный хребет Маркетт . [7] Его команда обнаружила небольшие залежи железной руды на нижнем полуострове штата примерно в то же время. [8] Его случайное открытие этих месторождений железа в Мичигане внесло большой вклад в промышленную революцию в Америке . [9] Calumet и Hecla Mine из Мичигана Медь Странабыл обнаружен с помощью инструмента Берта, и он стал ведущим производителем меди в мире. [10]

Солнечный компас Берта использует положение солнца с астрономическими таблицами и позволяет геодезистам проводить более точные линии, экономя им много времени. У Берта была модель своего инструмента, построенная в 1835 году профессиональным мастером Уильямом Джеймсом Янгом . [11] Затем он представил этот солнечный компас комитету Института Франклина в Филадельфии. [12] Они изучили его характеристики и затем наградили Берта двадцатью долларами золотом и медалью Джона Скотта за его технологию. [13] Берт запатентовал свой новаторский солнечный компас 25 февраля 1836 года. [14]С тех пор его называют солнечным компасом Берта или астрономическим компасом. Он использовал его в сезоне 1836–1837 годов для исследования пятого главного меридиана в Айове. [15] [16]

Берт с годами усовершенствовал инструмент, добавив определенные механизмы, чтобы упростить работу и повысить точность. [11] В 1840 году он получил еще один патент на свой улучшенный солнечный компас. [17] Он повторно представил обновленную версию прибора в Институт Франклина, где они нашли его более точным и простым в использовании, чем первая версия. [12] Федеральное земельное управление общего геодезист ES Haines рассмотрел геодезический инструмент Burt в декабре 1840 года и сообщил в 1841 письме , что с его четыре-летним опытом работы в геодезии было установлено , что превосходит по технологии обычного компаса , то используется большинство геодезистов . [18] Комиссар Федерального земельного управления направил письмаГенеральные геодезисты США заявили, что компас Берта был произведен геодезистом Генри Уэром и доступен для покупки. [15]

Берт в 1849 году отправился в Вашингтон со своим сыном, чтобы подать заявку на продление срока действия его патента на солнечный компас 1835 года, срок действия которого истекал. [19] Комитет земельных комиссаров, в который входили сенаторы от Мичигана и других штатов, признав ценность солнечного компаса Берта при обследовании земель, убедил его отказаться от обновления и подать петицию в конгресс о соответствующей предварительной компенсации. Берт сделал, как было предложено, полагая, что он получит соответствующую компенсацию. Однако указанная компенсация не материализовалась ни при жизни Берта, ни впоследствии. [19] Поскольку после 1850 года не было патента на солнечный компас Берта, производители инструментов производили и продавали геодезистам «солнечный компас Берта» в качестве коммерческого продукта. [20]Изобретатель потратил тысячи долларов на усовершенствование своего инструмента, но получил только восемьдесят долларов от продажи своего инструмента за свои труды. [19]

В предисловии к своей книге « Ключ к солнечному компасу и спутнику геодезиста» (1858), написанной своим соратником Уильямом С. Янгом, Берт ссылается на многочисленные просьбы о такой книге о том, как пользоваться своим солнечным компасом. Он объясняет, что компас обычного геодезиста имел проблемы с истинным меридианом в разных местах. Также изо дня в день возникали проблемы с показаниями, отличными от ожидаемых как постоянных или от предыдущих показаний. Было установлено, что магнитный компас подвержен помехам из-за местного притяжения железной руды. [19] Требовалось более точное руководство для геодезиста, поэтому солнечный компас был создан Бёртом. [21]

В 1845 году геодезист Бела Хаббард заметил, что с помощью солнечного компаса Берта они могут исследовать прямую линию через богатую железом страну, что было бы невыполнимой задачей при использовании обычного компаса. [22] Первоначальный толчок к созданию солнечного компаса Берта был для использования там, где старый компас был уязвим для крупных залежей железа на суше, которые давали непригодные для использования показания. Затем было обнаружено, что в целом он превосходит обычный компас, даже когда местные месторождения железной руды не представляли проблемы. Приставка солнечного компаса к транзиту геодезиста по- прежнему была рекомендуемым методом для получения истинного направления на север, как указано в руководстве для геодезиста 1973 года Бюро управления земельными ресурсами США . [23]Этот инструмент был широко принят для съемки земли в Соединенных Штатах и ​​обязателен для государственной съемки с середины девятнадцатого века до 2000 года, когда технология спутниковой системы глобального позиционирования стала предпочтительным методом съемки. [17]

Описание [ править ]

Линейная иллюстрация его солнечного компаса
из патентной документации США 1836 г.

Принцип работы [ править ]

Геодезисты могут определить истинный север, наблюдая за солнцем или другими астрономическими объектами, такими как звезды или луна, которые имеют направление из любой заданной точки на поверхности Земли. Его можно точно рассчитать для заданной даты и времени, и на него не влияют местные изменения магнитного поля из-за местных залежей полезных ископаемых, таких как железная руда. Инструмент Берта позволяет геодезистам определять истинное северное направление относительно Солнца, а не подвергаться влиянию магнитного поля Земли. [17] Он сделан из латуни и, следовательно, не оказывает магнитного влияния на стрелку компаса [17], поскольку изначально был небольшой насадкой к обычному компасу стандартного геодезиста. [24]

Применение солнечного компаса требует знания видимого движения Солнца вокруг Земли относительно Земли как центра системы отсчета и, более конкретно, относительно положения инструмента, когда он настроен для использования в геодезической съемке. . Понимание широтного и сезонного склонения, а также долготных изменений в зависимости от времени суток необходимо, поскольку компас имеет определенные узлы для учета каждой из этих переменных. [21] [25]

На экваторе Земли во время равноденствий солнце не имеет сезонного склонения, восходит на востоке и садится на западе. В полдень солнце находится в самой высокой точке, прямо над головой. Он находится в самой низкой точке в полночь и, кажется, движется в плоскости экватора. В местах, удаленных от экватора, полуденная высота солнца будет уменьшена на угол между горизонтальной земной горизонталью и полярной осью (широта), поэтому на широте 10 ° южной или северной широты полуденная высота будет 90 °. -10 ° = 80 ° в дни равноденствий. Этот угол известен геодезисту и устанавливается на дуге широты инструмента, так что основание выровнено, а компас выровнен по истинному северу. [26] Ось часовой дуги будет параллельна полярной оси. [21] [25]

Ось вращения Земли наклонена от перпендикуляра к плоскости ее орбиты вокруг Солнца. Этот угол приводит к тому, что угол высоты Солнца изменяется в зависимости от времени года на величину, которая зависит от направления смещения. Он предсказуемо меняется в течение года, плавно увеличиваясь и уменьшаясь с вычисляемой скоростью, и является постоянным для всех уголков Земли одновременно. Это значение также известно геодезисту, поскольку оно публикуется в виде набора таблиц в альманахе. Поправка на это склонение выполняется на дуге склонения компаса, который установлен с возможностью вращения на полярной оси поверх дуги широты, поскольку углы широты и склонения складываются. Угол наклона солнца в зависимости от времени суток устанавливается на дуге часового угла, которая перпендикулярна полярной оси.Этот угол рассчитывается по долготе иGMT , также занесено в таблицу для удобства геодезистов и навигаторов, поскольку вычисления утомительны для выполнения в полевых условиях, и любая ошибка может иметь серьезные последствия. [21] [25]

Если провести прямую линию от восходящего до заходящего солнца и от солнца в полдень и в полночь в дни равноденствия, обе эти линии пройдут через центр Земли, а экватор пересечет эти линии. Это не так, когда солнце имеет северное или южное склонение, потому что его видимое движение будет под углом к ​​экваториальной плоскости, равным величине склонения солнца на север или юг, так что, когда солнце имеет северное или южное склонение, и Земля считается центром ее вращения, линия от Солнца к центру Земли описывает конус. [21] [25]

Это коническое движение солнца можно также проиллюстрировать выпуклыми спицами колес крытой повозки. Обод, представляющий видимый путь солнца, ступица, земля и спицы - линии, проведенные по пути солнца. Можно видеть, что линия, проведенная от Солнца к центру Земли, будет проходить к северу или югу от экватора, что равно его склонению на север или юг. Инструмент имеет экваториальный механизм с механической насадкой для наведения на звезду в качестве ориентира. [21] [25]

Строительство и эксплуатация [ править ]

Топоры солнечного компаса Берта

Солнечный компас Берта состоит из основной пластины, установленной на штативе и выровненной с помощью двух прикрепленных ортогонально спиртовых уровней. На нем есть общий ящик для игл компаса, имеющий деления для северного конца стрелки примерно на 36 градусов, с нониусом для считывания отклонения стрелки и три регулируемые дуги солнечного прибора: одна установлена ​​для широты местоположения. ; другой - для сезонного склонения солнца; а третий - час дня с поправкой на долготу местоположения. Прицелы для установки центровки по солнцу установлены на подвижном плече дуги склонения и имеют небольшую линзу для фокусировки изображения солнечного диска на решетке цели. Верхняя пластина совмещена с солнцем и остается неподвижной после полярной настройки, в то время как подшипники принимаются с помощью прицелов на нижней пластине.Нижняя пластина несет обзорные прицелы и может поворачиваться относительно верхней пластины, а также может быть закреплена в любом положении на верхней пластине.[21] [25] На нижней пластине есть градуированное кольцо, которое показывает относительное вращение между ориентированной на север верхней пластиной и линией обзора на нижней пластине, и имеет нониус для точного считывания угла. [21] [25]

Дуга широты прикреплена перпендикулярно верхней пластине. Часовая дуга закреплена перпендикулярно подвижной верхней части дуги широты, а дуга склонения поворачивается на полярной оси над дугой склонения и перпендикулярно ей. Положение дуг можно точно отрегулировать винтами, а значения углов считывать с помощью нониуса. Там, где необходимо, для фиксации компонентов на месте предоставляются зажимные винты. На одном конце регулируемого края дуги склонения расположены маленькие линзы, установленные для фокусировки изображения солнечного диска на целевой пластине, на которой нанесены параллельные пары перпендикулярных линий для кадрирования изображения при правильном выравнивании. [21] [25]

Операция следующая:

  1. Установите склонение Солнца для этого дня, полученное с помощью таблиц, на шкале, прикрепленной перпендикулярно к дуге времени.
  2. Установите широту местоположения по шкале алидады.
  3. Установите приблизительное местное время на дуге, вращающейся вокруг полярной оси.
  4. Сориентируйте инструмент, пока он остается ровным, так, чтобы изображение солнца появилось между четырьмя нарисованными линиями на экране напротив объектива. Циферблат времени точно отрегулирован для переноса изображения между второй парой размеченных линий, перпендикулярных первой паре. Тогда главная ось верхней пластины будет указывать на столб.
  5. Пиннула (визирная лопасть) затем может быть выровнена с земным объектом, а его пеленг считывается с угловой шкалы.
  6. Магнитное склонение может быть считана с помощью компаса , прикрепленной к опорной плите. [21] [25]

Прием [ править ]

Берт с годами совершенствовал инструмент, и он получил награды от различных организаций за свою простоту, надежность, дешевизну, надежность и точность и использовался геодезистами с девятнадцатого по двадцатый век. [1] В 1851 году он выставил свою последнюю версию на Всемирной выставке Большой выставки в Лондоне. [27] Там он был рассмотрен и одобрен ученым Джоном Гершелем . [10] Берт получил приз от ярмарки за дизайн инструмента компаса. [10] [28] Затем он получил еще одну медаль за свою более простую и точную версию от членов жюри Astronomical Instruments с личным комплиментом от принца Уэльского Эдуарда VII.15 октября 1851 года в Гайд-парке, Лондон, Англия . [29]

Этот прибор был изобретен, чтобы избежать очень изменчивых и ненадежных показаний, которые дает обычный дневной компас в местности с аномалией магнитного поля, вызванной крупными месторождениями железной руды. Инструмент оказался настолько точным, что был рекомендован правительством США для съемки общественных земель, границ штатов и железнодорожных маршрутов. [30] Инструмент Берта использовался для обследования 75 процентов государственных земель Соединенных Штатов, составляющих почти миллиард акров. [19]Это сэкономило правительству миллионы долларов из-за своей общей недорогой цены и точности исследования. Он исследовал минеральные земли во многих штатах, включая Мичиган, Висконсин, Миннесоту, Арканзас и Колорадо. Его проектные расходы по обследованию участка земли составляли лишь малую долю от того, что он стоил до его изобретения. Примером сравнения была граница между Айовой и Миннесотой, которая ранее исследовалась на уровне 120 долларов за милю с использованием старомодных инструментов, в то время как с солнечным компасом Берта она составляла всего 15 долларов за милю. [31]

См. Также [ править ]

  • Vegvísir  - исландский волшебный посох, предназначенный как путеводитель.
  • Астрокомпас  - инструмент для поиска истинного севера по положениям астрономических тел.
  • Сеточный компас  - навигационный инструмент, облегчающий управление устойчивым курсом.
  • Экваториальный секстант  - Навигационный инструмент

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Белый 1922 , стр. 367.
  2. Перейти ↑ Ashworth 1987 , p. 81.
  3. ↑ Smart 1962 , стр. 23.
  4. Перейти ↑ Reynolds 2011 , p. 16.
  5. Перейти ↑ White 1983 , p. 96.
  6. ^ Полуперчатка, Дороти (5 апреля 1964). "Изобретатель пишущей машинки впервые был здесь" . The Times . Порт-Гурон, штат Мичиган. п. 8 - через Newspapers.com .
  7. ^ «Обнаружены следы обследования» . Ежедневная пресса Escanaba . Эсканаба, Мичиган. 9 марта 1976 г. с. 3 - через Newspapers.com .
  8. Перейти ↑ Hubbard 2008 , p. 292.
  9. ^ Rosentreter 2014 , стр. 188.
  10. ^ a b c Фермер 1884 , стр. 362.
  11. ^ a b Берт 1873 , стр. 3.
  12. ^ а б "Уильям Остин Берт" . Журнал Института Франклина : 97–98. 1841 . Проверено 23 июня 2020 года .
  13. ^ "Премия Джона Скотта" . Библиотека Гарфилда Пенсильванского университета . Проверено 26 июня 2020 года .
  14. ^ Ингрэм (2020). «Патент на солнечный компас 1836 года» . Виртуальный музей геодезии . Ингрэм-Хаген и компания . Проверено 23 июня 2020 года .
  15. ^ a b Стюарт 1975 , стр. 89.
  16. ^ "Копия первой пишущей машинки в руках Остина Берта, потомка Создателя" . Курьер . Ватерлоо, Айова. 17 июня 1922 г. с. 5 - через Newspapers.com .
  17. ^ a b c d Lamphier 2019 , стр. 287.
  18. Перейти ↑ Burt 1844 , p. 26.
  19. ^ a b c d e "Заявление о солнечном компасе" . Детройт Фри Пресс . Детройт, штат Мичиган. 29 апреля 1888 г. с. 28 - через Newspapers.com .
  20. ↑ Фуллер, 1922 , стр. 175–183.
  21. ^ a b c d e f g h i j Берт 1873 , стр. 9-11.
  22. ^ Magnaghi 2017 , стр. 82.
  23. ^ BLM 1973 , стр. 45-50.
  24. ^ Уиттен, Чарльз А. (1977). «Теодолиты и транзиты» . Геодезия и картографирование . 37 : 111 . Проверено 1 июля 2020 года .
  25. ^ Б с д е е г ч я Burt 1844 , стр. 3-19.
  26. ^ Burton H. Boyum (4 апреля 2017). «Солнечный компас Уильяма Остина Берта: его принципы и практика» . Проверено 6 июля, 2020 .
  27. ^ "Великая выставка / Официальный список американских экспонентов" . Ежедневные новости . Лондон, Англия. 22 января 1851 г. с. 2 - через Newspapers.com .
  28. ^ «Список наград» . Ежедневная Республика . Вашингтон, округ Колумбия. 5 ноября 1851 г. с. 3 - через Newspapers.com .
  29. ↑ Фермер 1889 , стр. 1180.
  30. ↑ Хагер, Дэн (26 ноября 1981 г.). «Уильям Берт, пограничный гений Мичигана» . Государственный журнал Лансинга . Лансинг, штат Мичиганд. п. 28 - через Newspapers.com .
  31. ^ "Солнечный компас был изобретен Уильямом Остином Бертом в 1835 году" . Газета . Сидар-Рапидс, Айова. 15 января 1908 г. с. 8 - через Newspapers.com .

Источники [ править ]

  • Эшворт, Уильям (1987). Позднее, Великие озера . Издательство Государственного университета Уэйна. ISBN 978-0814-31887-4.
  • БЛМ, США (1973). Руководство по обследованию государственных земель Соединенных Штатов . Типография правительства США.
  • Берт, Уильям Остин (1844). Описание солнечного компаса с указаниями по его настройке и использованию . Гейгер и Кристиан. OCLC  982883490 .
  • Берт, Уильям Остин (1873). Ключ к солнечному компасу и спутнику геодезиста . Д. ван Ностранд. OCLC  30003545 . Соответственно, изобретатель внес несколько изменений и улучшений, предложенных опытом, и в декабре 1840 года снова представил прибор в усовершенствованном виде комитету того же института, который сообщил о значительном улучшении точки точности и простоте его регулировки и использования.
  • Берт, Джон, История солнечного компаса, изобретенного Уильямом А. Бертом (1878 г.).
  • Фуллер, Джордж Ньюман (1922). История Мичигана, Том 6 . Государственный департамент Мичигана. OCLC  983255566 .
  • Фермер, Сайлас (1884). История Детройта и Мичигана . С. Фармер и Компания. OCLC  1130079700 .
  • Фермер, Сайлас (1889). История Детройта и Мичигана, Иллюстрированный Метрополис . С. Фармер и Компания. OCLC  247412640 .
  • Хаббард, Билл (2008). Американские границы / Нация, штаты и прямоугольный обзор . ISBN 978-0226-35593-1.
  • Ламфье, Пег А. (2019). Технические инновации в американской истории: энциклопедия науки и техники . ABC-CLIO. ISBN 978-1610-69094-2.
  • Магнаги, Рассел М. (2017). История Верхнего полуострова Мичиган . 906 Наследие. ISBN 978-1387-01681-5.
  • Куно Гросс Солнечный компас Bagnold, история и использование Книги по запросу 2011
  • Рейнольдс, Терри С. (2011). Железная воля - Кливлендские скалы и добыча железа, 1847-2006 гг . Издательство Государственного университета Уэйна. ISBN 978-0814-33643-4.
  • Розентретер, Роджер Л. (2014). Мичиган - История исследователей и предпринимателей . Пресса Мичиганского университета. ISBN 978-04720-2887-0.
  • Смарт, Чарльз Э. (1962). Создатели геодезических инструментов в Америке с 1700 года (PDF) . Издательство Мартино. ISBN 978-15789-8488-6.
  • Стюарт, Лоуэлл О. (1975). Государственные земельные исследования / История, инструкции, методы . Ассоциация землеустроителей Висконсина.
  • Уайт, К. Альберт (1983). История прямоугольной геодезической системы . Министерство внутренних дел США, Бюро землепользования. OCLC  29991586 .
  • Уайт, Джеймс Т. (1922). Циклопедия американской биографии, Том 18 . JT Белый. OCLC  164589128 .

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Р. А. Багнольд и В. Дж. Хардинг Кинг, «Путешествие по Ливийской пустыне в 1929 и 1930 годах», Географический журнал , Том. 78, No. 6 (декабрь 1931 г.), стр. 524, 526–535
  • Таттл, Чарльз Ричард, Всеобщая история штата Мичиган с биографическими зарисовками , RDS Tyler & Co., Detroit Free Press Company, 1873 г.
  • У. Б. Кеннеди Шоу, "Навигация по пустыне: некоторые впечатления о группе пустынь на больших расстояниях " , Географический журнал , V.102, номер 5, 1943 г., стр. 253–258. Издано Королевским географическим обществом.