Rydwan skierowany na południe - South-pointing chariot

Wystawa w Muzeum Nauki w Londynie, Anglia. Ten hipotetyczny model rydwanu zawiera mechanizm różnicowy .
Rydwan skierowany na południe South
Tradycyjne chińskie 指南 車
Chiński uproszczony 指南 车

Rydwan południowo-wskazujące (lub wózek ) był starożytny chiński pojazd dwukołowy, który dokonał ruchomy wskaźnik wskazuje południe , nie ważne jak rydwan zamienił. Zazwyczaj wskaźnik przybierał postać lalki lub postaci z wyciągniętym ramieniem. Rydwan był podobno używany jako kompas do nawigacji i mógł mieć również inne cele.

Starożytni Chińczycy wynaleźli w V wieku p.n.e wóz pancerny, przypominający ruchomość, zwany Dongwu Che ( chiń .:洞屋车). Był używany w celu ochrony wojowników na polu bitwy. Chiński wóz bojowy został zaprojektowany jako rodzaj mobilnego wózka ochronnego z dachem przypominającym szopę. Miała być podwinięta do miejskich fortyfikacji, aby zapewnić ochronę saperom kopiącym pod spodem, by osłabić fundamenty muru. Wczesny chiński wóz bojowy stał się podstawą technologii wytwarzania starożytnych chińskich rydwanów skierowanych na południe.

Istnieją legendy o wcześniejszych rydwanach skierowanych na południe, ale pierwszy wiarygodnie udokumentowany został stworzony przez chińskiego inżyniera mechanika Ma Juna (ok. 200-265) z Cao Wei podczas Trzech Królestw . Nie istnieją jeszcze starożytne rydwany, ale wiele zachowanych starożytnych chińskich tekstów wspomina o nich, mówiąc, że były używane sporadycznie do około 1300 roku. Niektóre zawierają informacje o ich wewnętrznych składnikach i działaniu.

Prawdopodobnie istniało kilka typów rydwanów skierowanych na południe, które działały inaczej. W większości lub we wszystkich z nich obracające się koła jezdne mechanicznie sterowały mechanizmem zębatym , aby utrzymać wskazówkę we właściwym kierunku. Mechanizm nie miał magnesów i nie wykrywał automatycznie kierunku południowego. Na początku podróży wskazówka była skierowana ręcznie na południe. Następnie za każdym razem, gdy rydwan się obracał, mechanizm obracał wskazówkę względem korpusu rydwanu, aby przeciwdziałać skrętowi i utrzymywać wskazówkę w stałym kierunku, na południe. W ten sposób mechanizm wykonał rodzaj kierunkowego martwego liczenia , który jest z natury podatny na skumulowane błędy i niepewności. Niektóre mechanizmy rydwanów mogły mieć mechanizm różnicowy , technologię niespotykaną od czasów starożytnego greckiego mechanizmu z Antykithiry .

Teksty historyczne

Najwcześniejsze źródła

Wizerunek rydwanu skierowanego na południe z Sancai Tuhui (pierwsze wydanie 1609)

Rydwan skierowany na południe, pojazd kołowy z mechanicznymi przekładniami, używany do rozpoznawania południowego kierunku kardynalnego (bez magnesów), został krótko opisany przez współczesnego Ma, Fu Xuana . Współczesne źródło Weilüe z III wieku , napisane przez polityka Yuan Huan ze Wschodniej Dynastii Han, opisuje również rydwan skierowany na południe, należący do chińskiego inżyniera mechanika i polityka Ma Jun . Dynastii Jin (266-420) tekst era Shu Zheng Ji (zapisy Wojskowego Expeditions), napisany przez Guo Yuansheng, zapisane, że rydwany południe, wskazując często były przechowywane w północnej bramie warsztatów rządowych (Shang Fang) z stolica. Jednak później napisana Song Shu ( Księga Pieśni ) (VI w.) szczegółowo opisała projekt i zastosowanie rydwanu skierowanego na południe, a także stworzyła legendę dotyczącą (rzekomego) użycia tego urządzenia na długo przed czasami Ma, w Zachodnia dynastia Zhou (1050-771 pne). Książka zawierała również opis ponownego wynalezienia i użycia rydwanu skierowanego na południe w czasach po Ma Jun i Trzech Królestwach. Tekst z VI wieku, przetłumaczony przez brytyjskiego naukowca i historyka Josepha Needhama , brzmi następująco (rydwan skierowany na południe jest nazywany powozem skierowanym na południe):

Powóz zwrócony na południe został po raz pierwszy skonstruowany przez księcia Zhou (początek I tysiąclecia pne ) jako środek odprowadzania do domu niektórych wysłanników przybyłych z dużej odległości poza granice. Kraj, który miał przemierzać, był bezkresną równiną, na której ludzie tracili orientację na wschód i zachód, więc (Książę) zlecił wykonanie tego pojazdu, aby ambasadorowie mogli odróżnić północ od południa. Książka Gui Gu Zi mówi, że ludzie w stanie Zheng , zbierając jadeit, zawsze nosili ze sobą „wskaźnik południowy”, dzięki czemu nigdy nie mieli wątpliwości (co do swojej pozycji). Podczas Qin i Stara Han dynastii, jednak nic więcej było słychać pojazdu. W później Han okresie Zhang Heng ponownie wynalazł go, ale ze względu na zamieszanie i zawirowań na zakończenie dynastii nie został zachowany.

W stanie Wei (w okresie San Guo ) Gaotong Long i Qin Lang byli sławnymi uczonymi; spierali się przed sądem o powóz skierowany na południe, twierdząc, że coś takiego nie istnieje i że ta historia jest bezsensowna. Ale w okresie panowania Qing-long (233-237) cesarz Ming Di zlecił uczonemu Ma Junowi jego skonstruowanie i odniósł sukces. To znowu zostało utracone podczas kłopotów związanych z ustanowieniem dynastii Jin .

Później Shi Hu (cesarz późniejszej dynastii Jie Zhao ) zlecił wykonanie jednego przez Xie Fei i ponownie Linghu Sheng zrobił jeden dla Yao Xing (cesarza późniejszej dynastii Qin ). Ten ostatni został zdobyty przez cesarza An Di z Jin w 13 roku panowania Yi-xi (417), a ostatecznie trafił w ręce cesarza Wu Di z dynastii Liu Song, kiedy przejął administrację Chang'an . Jego wyglądem i budową przypominała wóz bębnowy ( licznik ). Na szczycie umieszczono drewnianą figurę mężczyzny z uniesionym ramieniem skierowanym na południe (a mechanizm został tak ułożony, że) chociaż kareta obracała się w kółko, wskazówka nadal wskazywała południe. . W procesjach państwowych prowadził powóz skierowany na południe w towarzystwie cesarskiej gwardii.

Pojazdy te, skonstruowane na wzór robotników barbarzyńskich ( Qiang ), nie działały szczególnie dobrze. Choć nazywano je wagonami kierowanymi na południe, bardzo często nie wskazywały prawidłowo i musiały pokonywać zakręty krok po kroku, z pomocą kogoś w środku, aby dostosować maszynerię. Pomysłowy człowiek z Fanyang , Zi Zu Chongzhi, często powtarzał, że należy skonstruować nowy (i właściwie automatyczny) powóz kierujący się na południe. Tak więc pod koniec okresu panowania Sheng-Ming (477–479) cesarz Shun Di , podczas premiera księcia Qi, zlecił (Zi Zu Chongzhi) jego wykonanie, a po ukończeniu został przetestowany przez Wanga. Seng-qian, wojskowy gubernator Tanyang i Liu Hsiu, przewodniczący Rady Cenzorów. Wykonanie było doskonałe i chociaż kareta była skręcona i skręcona w stu kierunkach, ręka zawsze wskazywała na południe. Co więcej, pod Jin znajdował się również statek skierowany na południe.

Ostatnie zdanie tego fragmentu jest bardzo interesujące dla żeglugi morskiej, ponieważ kompas magnetyczny używany do nawigacji morskiej był używany dopiero w czasach Shen Kuo (1031–1095). Chociaż tekst Song Shu opisuje wcześniejsze precedensy rydwanu skierowanego na południe przed czasem Ma Jun, nie jest to całkowicie wiarygodne, ponieważ nie ma tekstów sprzed ery Han lub dynastii Han, które opisują to urządzenie. W rzeczywistości pierwszym znanym źródłem opisującym historie o jego legendarnym użyciu w okresie Zhou była księga Gu Jin Zhu Cui Bao (ok. 300), napisana wkrótce po erze Trzech Królestw. Cui Bao napisał również, że misterne szczegóły konstrukcji urządzenia były kiedyś spisane w Shang Fang Gu Shi ( Tradycjach Cesarskich Warsztatów ), ale książka zaginęła w jego czasach.

Pouczający rydwan dla dzieci na wystawie w Chinach na Expo 2005 w Japonii

Japonia

Wynalezienie rydwanu skierowanego na południe dotarło również do Japonii w VII wieku. Nihon Shoki (The Chronicles of Japan) z 720 opisano wcześniej chińskiego Buddystów mnichów Zhi Yu i Zhi możliwość konstruowania kilka Rydwany południowo-wskazując na Tenji Japonii w 658. Następnie przez kilka bardziej rydwanów urządzeń zbudowanych w 666, jak również .

Piosenka Shi

Rydwan skierowany na południe został również połączony z wynalazkiem licznika kilometrów (również grecko-rzymskiego ) z wcześniejszej ery Han (również grecko-rzymskiego ), mechanicznego urządzenia używanego do mierzenia przebytej odległości, które można znaleźć we wszystkich nowoczesnych samochodach . W historycznym tekście Song Shi (sporządzonym w 1345 r.) z dynastii Song (960–1279) wspomniano, że inżynierowie Yan Su (w 1027) i Wu Deren (w 1107) stworzyli rydwany skierowane na południe, które wyszczególniono jako następuje. (W tłumaczeniu Needhama cale i stopy (ft) są używane jako jednostki odległości. 1 cal to 25,4 milimetra. 1 stopa to 12 cali lub 304,8 mm.)

W piątym roku panowania Tian-Sheng cesarza Renzonga (1027), Yan Su, dyrektor wydziału w Ministerstwie Robót, zbudował powóz skierowany na południe. Upamiętnił tron, mówiąc [po zwykłym historycznym wstępie]: „W ciągu pięciu dynastii i aż do panującej dynastii, o ile wiem, nie było nikogo, kto byłby w stanie skonstruować taki pojazd. Ale teraz ja sam wymyśliłem projekt i udało mi się go ukończyć”.

„Metoda polega na użyciu bryczki z jednym drągiem (dla dwóch koni). Nad zewnętrzną ramą bryczki należy umieścić pokrowiec w dwóch kondygnacjach. U góry ułożyć drewniany wizerunek Xian (nieśmiertelnego), wyciągając ramię, aby wskazać południe.Użyj 9 kół, dużych i małych, łącznie ze 120 zębami, tj. 2 koła nożne (tj. koła jezdne, po których jedzie kareta) 6 stóp wysokości i 18 stóp cala obwodu, przymocowane do kółek podłogowych, 2 pionowe podrzędne koła, o średnicy 2,4 stopy i obwodzie 7,2 stopy, każde z 24 zębami, zęby rozmieszczone w odstępach co 3 cale.

"... Następnie poniżej poprzeczki na końcu słupa, dwa małe pionowe koła o średnicy 3 cali i przebite żelazną osią, po lewej stronie 1 małe poziome koło o średnicy 1,2 stopy, z 12 zębami, po prawej 1 małe poziome koło o średnicy 1,2 stopy, z 12 zębami, pośrodku 1 duże poziome koło o średnicy 4,8 stopy i obwodzie 14,4 stopy, z 48 zębami, zęby w odstępach co 3 cale; pośrodku pionowy wał przebijający środek (dużego poziomego koła) o wysokości 8 stóp i średnicy 3 cali, u góry niosący drewnianą figurę chrześcijanina .

„Kiedy kareta porusza się (na południe), niech drewniana figurka skieruje się na południe. Kiedy jedzie (i jedzie) na wschód, (tylny koniec) drążka jest przesunięty w prawo; podrzędne koło przymocowane do prawego koła jezdnego będzie się obracać do przodu 12 zębów, przeciągając nim prawe małe poziome koło o jeden obrót (i tak) pchając środkowe duże poziome koło o ćwierć obrotu w lewo.Po obróceniu się o 12 zębów wózek porusza się na wschód, a drewniana figura stoi w poprzek i wskazuje na południe. Jeśli (zamiast) skręca (i idzie) na zachód, (tylny koniec) drążka jest przesunięty w lewo; podrzędne koło przymocowane do lewego koła jezdnego obróci się do przodu z kołem jezdnym 12 zębów, przeciągając lewe małe poziome koło o jeden obrót i przesuwając środkowe duże poziome koło o ćwierć obrotu w prawo.Po obróceniu 12 zębów wózek jedzie na zachód, ale drewniana figurka nadal stoi w poprzek i wskazuje na południe chce podróżować na północ, zawracanie, czy to na wschód, czy na zachód, odbywa się w ten sam sposób.

Po wstępnym opisie urządzenia Yan Su, tekst nadal opisuje dzieło Wu Derena, który stworzył urządzenie na kółkach, które łączyłoby licznik kilometrów z rydwanem skierowanym na południe:

Polecono, aby metoda została przekazana (odpowiednim) urzędnikom, aby maszyna mogła zostać wykonana. W pierwszym roku panowania Da-Guan (1107) szambelan Wu Deren przedstawił specyfikacje karetki skierowanej na południe oraz karetki z bębnem li-rejestrującym (licznikiem kilometrów). Oba pojazdy zostały wykonane i zostały po raz pierwszy użyte w tym roku podczas wielkiej ceremonii ofiarowania przodków.

Korpus wagonu zwróconego na południe miał 11,15 stopy (długość), 9,5 stopy szerokości i 10,9 stopy głębokości. Koła karetki miały 5,7 stopy średnicy, słup karetki 10,5 stopy długości, a korpus wagonu miał dwie kondygnacje, górną i dolną. Pośrodku umieszczono przegrodę. Powyżej stała postać chrześcijanina trzymającego rózgę, po lewej i prawej stronie znajdowały się żółwie i żurawie, po jednym z każdej strony, oraz cztery postacie chłopców trzymających frędzle. W górnej kondygnacji znajdowały się w czterech rogach mechanizmy podróżne , a także 13 poziomych kół, każde o średnicy 1,85 stopy, obwodzie 5,55 stopy, z 32 zębami w odstępach 1,8 cala. Wał centralny, osadzony na przegrodzie, przeszyty ku dołowi.

W dolnej kondygnacji znajdowało się 13 kół. Pośrodku znajdowało się największe poziome koło o średnicy 3,8 stopy, obwodzie 11,4 stopy i posiadające 100 zębów w odstępach co 2,1 cala. (Na pionowych osiach) sięgające do góry (przedziału) po lewej i prawej stronie, znajdowały się dwa małe poziome koła, które mogły wznosić się i opadać, z żelaznym ciężarem (przymocowanym do każdego). Każdy z nich miał 1,1 stopy średnicy i 3,3 stopy obwodu, z 17 zębami w odstępach 1,9 cala. Ponownie, z lewej i prawej strony, przymocowano koła, po jednym z każdej strony, o średnicy 1,55 stopy, w obwodzie 4,65 stopy i posiadające 24 zęby w odstępach 2,1 cala.

Po lewej i prawej stronie też znajdowały się podwójne koła zębate (dosł. koła poziomu), para po obu stronach. Każde z dolnych kół zębatych miało 2,1 stopy średnicy i 6,3 stopy obwodu, z 32 zębami w odstępach 2,1 cala. Każde z górnych kół zębatych miało średnicę 1,2 stopy i obwód 3,6 stopy, z 32 zębami, w odstępach 1,1 cala. Na każdym z kół jezdnych wagonu, lewym i prawym, znajdowało się pionowe koło o średnicy 2,2 stopy i obwodzie 6,6 stopy, z 32 zębami w odstępach 2,25 cala. Zarówno po lewej, jak i prawej stronie na tylnym końcu słupa znajdowały się małe kółka bez zębów ( bloczki ), z których zwisały bambusowe sznurki i oba były przywiązane odpowiednio nad lewą i prawą (końce) osi (powozu).

Jeśli wózek skręca w prawo, powoduje to, że mały krążek po lewej stronie tylnego końca drążka opuszcza lewe (małe poziome) kółko. Jeśli skręci w lewo, spowoduje, że mały krążek po prawej stronie tylnego końca drążka opuści prawe (małe poziome) kółko. Jednak powóz porusza chrześcijanina, a chłopcy stoją w poprzek i wskazują na południe. Powóz jest zaprzężony w dwa rude konie, noszące przody z brązu.

Rydwany z mechanizmami różnicowymi

Tło i wyjaśnienie

Ilustracja przedstawiająca różnicę między wałem napędowym (w prawym dolnym rogu) a kołami napędowymi samochodu

Istnieje szeroko rozpowszechniona hipoteza, że ​​większość, jeśli nie wszystkie, rydwany skierowane na południe działały za pomocą mechanizmu różnicowego . Dyferencjał to zespół kół zębatych, obecnie używany w prawie wszystkich samochodach, z wyjątkiem niektórych elektrycznych i hybrydowo-elektrycznych, który ma trzy wały łączące go ze światem zewnętrznym. Są one dogodnie oznaczone A, B i C. Koła zębate powodują, że prędkość obrotowa wału A jest proporcjonalna do sumy prędkości obrotowych wałów B i C. Nie ma innych ograniczeń dotyczących prędkości obrotowych wałów.

W samochodzie wał A jest połączony z silnikiem (poprzez przekładnię), a wały B i C są połączone z dwoma kołami jezdnymi, po jednym z każdej strony pojazdu. Gdy pojazd skręca, koło kręcące się po zewnętrznej stronie zakrętu musi toczyć się dalej i obracać szybciej niż koło wewnątrz. Mechanizm różnicowy pozwala na to, gdy oba koła są napędzane przez silnik. Jeśli suma prędkości kół jest stała, prędkość silnika się nie zmienia.

W rydwanie skierowanym na południe, zgodnie z hipotezą, wał B był połączony z jednym kołem jezdnym, a wał C był połączony za pomocą przekładni zmiany kierunku z drugim kołem jezdnym. To spowodowało, że wał A obracał się z prędkością proporcjonalną do różnicy między prędkościami obrotowymi dwóch kół. Wskazująca lalka była połączona (prawdopodobnie przez pośrednie koła zębate) z wałem A. Gdy rydwan poruszał się po linii prostej, dwa koła obracały się z jednakową prędkością, a lalka się nie obracała. Kiedy rydwan obracał się, koła obracały się z różnymi prędkościami (z tego samego powodu, co w samochodzie), więc mechanizm różnicowy powodował obrót lalki, kompensując obrót rydwanu.

Hipoteza o istnieniu rydwanów skierowanych na południe z mechanizmami różnicowymi powstała w XX wieku. Ludzie zaznajomieni z nowoczesnymi (np. motoryzacyjnymi) zastosowaniami dyferencjałów interpretowali niektóre ze starożytnych chińskich opisów w sposób zgodny z ich własnymi wyobrażeniami. Zasadniczo ponownie wynaleźli rydwan skierowany na południe, tak jak był on wielokrotnie wymyślany w starożytności. W ostatnich dziesięcioleciach zbudowano działające rydwany, które wykorzystują mechanizmy różnicowe. Nie wiadomo na pewno, czy takie rydwany istniały wcześniej.

Chociaż uważa się, że mechanizm z Antikythery używał mechanizmu różnicowego, pierwszym prawdziwym mechanizmem różnicowym, o którym na pewno wiadomo, że był używany, był Joseph Williamson w 1720 roku. Użył mechanizmu różnicowego do korygowania równania czasu dla zegara, który wyświetlał zarówno czas średni, jak i słoneczny .

Właściwości geometryczne

Gdyby rydwan skierowany na południe został zbudowany idealnie dokładnie, przy użyciu mechanizmu różnicowego i gdyby poruszał się po idealnie gładkiej Ziemi, miałby interesujące właściwości. Byłby to mechaniczny kompas, który przenosi kierunek podany przez wskaźnik wzdłuż ścieżki, którą pokonuje. Matematycznie urządzenie wykonuje transport równoległy wzdłuż ścieżki, którą pokonuje.

Rydwan może być używany do wykrywania linii prostych lub geodezji . Ścieżka na powierzchni, po której porusza się rydwan, jest geodezyjna wtedy i tylko wtedy, gdy wskaźnik nie obraca się względem podstawy rydwanu.

Ze względu na krzywiznę powierzchni Ziemi (ponieważ jest zakrzywiona jako kula ziemska), rydwan generalnie nie będzie nadal wskazywał kierunku na południe podczas poruszania się. Na przykład, jeśli rydwan porusza się po geodezyjnej (w przybliżeniu dowolnym wielkim okręgiem ), wskaźnik powinien zamiast tego pozostać pod stałym kątem do ścieżki. Ponadto, jeśli dwa rydwany poruszają się różnymi trasami między tym samym punktem startu i mety, ich wskazówki, które były skierowane w tym samym kierunku na początku, zwykle nie są skierowane w tym samym kierunku na mecie. Podobnie, jeśli rydwan okrąża zamkniętą pętlę, zaczynając i kończąc w tym samym punkcie na powierzchni Ziemi, jego wskaźnik zazwyczaj nie celuje w tym samym kierunku na mecie, co na początku. Różnica polega na holonomii ścieżki i jest proporcjonalna do zamkniętego obszaru. Jeśli podróże są krótkie w porównaniu z promieniem Ziemi, rozbieżności te są niewielkie i mogą nie mieć praktycznego znaczenia. Pokazują jednak, że ten typ rydwanu, oparty na mechanizmach różnicowych, byłby niedoskonałym kompasem, nawet gdyby był skonstruowany dokładnie i używany w idealnych warunkach.

Brak precyzji i implikacje

Prawdziwych maszyn nigdy nie buduje się idealnie dokładnie. Prosta geometria pokazuje, że jeśli mechanizm rydwanu jest oparty na mechanizmie różnicowym i jeśli np. szerokość toru rydwanu (odstęp między jego kołami) wynosi trzy metry, i jeśli koła mają być identyczne, ale faktycznie różnią się średnicą o jedną część na tysiąc, to jeśli rydwan przejedzie jeden kilometr w linii prostej, „skierowana na południe” figura obróci się o prawie dwadzieścia stopni. Jeśli początkowo wskazuje dokładnie na południe, pod koniec kilometrowej podróży będzie wskazywać prawie na południowy wschód lub południowy zachód , w zależności od tego, które koło jest większe. Jeśli rydwan przejedzie dziewięć kilometrów, figurka będzie wskazywać niemal na północ. Oczywiście byłoby to bezużyteczne jako kompas wskazujący na południe. Aby była użytecznym narzędziem nawigacyjnym, figura musiałaby się obracać nie więcej niż o kilka stopni na przestrzeni stu kilometrów, ale to wymagałoby, aby koła rydwanu miały taką samą średnicę z dokładnością do jednej milionowej części. Nawet gdyby proces produkcji kół był w stanie osiągnąć tę precyzję (co nie byłoby możliwe starożytnymi chińskimi metodami), wątpliwe jest, aby równość kół mogła być zachowana tak długo, jak są one narażone na zużycie podczas podróży na otwartym terenie. Nieregularność podłoża powodowałaby dalsze błędy w działaniu urządzenia.

Uzasadniony jest zatem duży sceptycyzm co do tego, czy tego typu rydwan skierowany na południe, wykorzystujący cały czas mechanizm różnicowy, był używany w praktyce do poruszania się na długich dystansach. Można sobie wyobrazić, że lalka skierowana na południe była przymocowana do ciała rydwanu podczas jazdy po liniach prostych i połączona z mechanizmem różnicowym tylko wtedy, gdy rydwan się obracał. Woźnica mógł sterować urządzeniem tuż przed wykonaniem każdego skrętu i po nim, a może wykrzykiwać komendy do kogoś wewnątrz rydwanu, który podłączał i odłączał lalkę i mechanizm różnicowy. Można było to zrobić bez zatrzymywania rydwanu. Gdyby skręty były krótkie i rzadkie, znacznie zmniejszyłoby to błędy wskazywania, ponieważ gromadziłyby się one tylko w krótkich okresach, gdy lalka i mechanizm różnicowy były połączone. Pojawia się jednak problem, w jaki sposób rydwan mógł poruszać się po liniach prostych z wystarczającą dokładnością bez użycia wskazującej lalki.

Jeśli prawdziwymi celami rydwanu i opowieściami o nim były raczej rozrywka i imponowanie odwiedzającym obcokrajowcom, a nie rzeczywista żegluga długodystansowa, to jego niedokładność mogła nie mieć znaczenia. Biorąc pod uwagę, że duży mechaniczny wóz lub rydwan musiałby poruszać się po drogach, cel, o którym mowa, zazwyczaj nie byłby w nieznanym kierunku. Fakt, że cytowane źródła wspominają, że rydwan znajdował się na froncie procesji, jego wysoki stopień złożoności mechanicznej i kruchość oraz że był kilkakrotnie „wynajdywany” na nowo, skłania do wniosku, że nie służył do nawigacji, gdyż naprawdę praktyczne i użyteczne narzędzie nawigacyjne nie zostałoby zapomniane lub pozostawione bez użycia.

Rydwany bez mechanizmu różnicowego

Chociaż hipoteza, że ​​rydwan skierowany na południe używa mechanizmu różnicowego, zyskała szeroką akceptację, należy uznać, że możliwe są funkcjonalne rydwany skierowane na południe bez mechanizmu różnicowego. Starożytne opisy są często niejasne, ale sugerują, że Chińczycy wdrożyli kilka różnych projektów, z których przynajmniej niektóre nie zawierały mechanizmów różnicowych.

Konstrukcje mechaniczne

Niektóre starożytne opisy sugerują, że niektóre rydwany skierowane na południe mogły poruszać się tylko na trzy sposoby: na wprost lub skręcając w lewo lub w prawo z ustalonym promieniem krzywizny. Trzecie koło mogło zostać użyte do ustalenia promienia skrętu. Jeśli rydwan się obracał, kierująca lalka była połączona za pomocą kół zębatych z jednym lub drugim z dwóch głównych kół jezdnych (np. którekolwiek znajdowało się na zewnątrz łuku, po którym poruszał się rydwan), więc lalka obracała się ze stałą prędkością, względną do tempa ruchu rydwanu, aby skompensować z góry określoną prędkość skrętu. Lalka obracała się w przeciwnych kierunkach w zależności od tego, które koło jezdne było z nią połączone, więc jej obrót kompensował skręcanie rydwanu w lewo lub w prawo. Ten projekt byłby prostszy niż użycie mechanizmu różnicowego.

Wydaje się, że rydwany Yan Su i Wu Derena używały tego typu mechanizmu. (Patrz opisy cytowane z Song Shi powyżej.) Poza obecnością elementów w pojeździe Wu Derena umożliwiających jego funkcjonowanie jako licznik kilometrów , były między nimi tylko niewielkie różnice. W każdym rydwanie dwa główne koła jezdne były przymocowane do pionowych kół zębatych. Duże poziome koło zębate było połączone (prawdopodobnie za pomocą przekładni pośredniej) z lalką wskazującą i zostało umieszczone tak, że średnica prawie obejmowała przestrzeń między najwyższymi punktami pionowych kół zębatych. Gdy rydwan jechał na wprost, nie było żadnego połączenia między tymi biegami, ale kiedy rydwan skręcał, małe koło zębate zostało opuszczone, aby stykać się z biegami poziomymi i jednym z pionowych, łącząc w ten sposób lalkę z jednym z jezdni. koła. Dostępne były dwa małe koła zębate, jedno do łączenia poziomej przekładni z każdym z pionowych. Oczywiście nie były używane jednocześnie. Małe koła zębate były podnoszone i opuszczane przez układ ciężarków, bloczków i linek przymocowanych do drążka, do którego zaprzęgano konie ciągnące rydwan. Gdy konie poruszały się w jedną lub w drugą stronę, aby skręcić rydwanem, drążek poruszał się i liny opuszczały odpowiednie małe koło zębate do pozycji roboczej. Kiedy konie wróciły do ​​chodzenia na wprost, małe koło zębate zostało podniesione, tak aby nie stykało się z głównymi biegami poziomymi i pionowymi. W ten sposób system działał automatycznie. Lustrzana symetria kół zębatych pionowych połączonych małymi zębatkami z zębatką poziomą w diametralnie przeciwnych punktach powodowała, że ​​zębatka pozioma obracała się w przeciwnych kierunkach w zależności od tego, które koło jezdne było z nim połączone, obracając w ten sposób lalkę wskazującą w przeciwnych kierunkach, gdy rydwan skręcał w lewo iw prawo.

W opisie nie wspomina się o trzecim kole jezdnym do ustalenia promienia skrętu, ale możliwe, że takie koło było. Nie byłyby do niego przymocowane żadne zębatki, więc być może autor opisu o tym nie wspomniał, bo nie zdawał sobie sprawy, że jest to ważna część mechanizmu. Założenie takiego koła na rydwan i sprawienie, by działało prawidłowo, nie byłoby trudne. Mógł być przymocowany do drąga, do którego zaprzęgnięto konie. Zapewniono ograniczniki, aby ograniczyć ruchy drążka w lewo iw prawo.

Gdyby uwzględniono trzecie koło jezdne, ten typ rydwanu zorientowanego na południe mógłby działać dość dokładnie jako kompas, gdy był używany do krótkich podróży w dobrych warunkach, ale gdyby był używany do długich podróży, podlegałby kumulacyjnym błędom, jak rydwany używające mechanizm różnicowy.

Gdyby w rzeczywistości nie było trzeciego koła jezdnego, rydwan mógłby działać jak kompas, gdyby zawsze skręcano tak, że jedno z dwóch kół było nieruchome, a tylko drugie obracało się, z lalką wskazującą połączoną z zębatkami. Woźnica mógł zapobiec obracaniu się nieruchomego koła, odpowiednio kontrolując konie. (Pomógłby hamulec , ale w opisie nie ma o nim wzmianki.) Promień łuku, po którym poruszało się obracające się koło, byłby równy szerokości toru rydwanu, a koła zębate obracające lalkę byłyby odpowiednio dobrane. Ten projekt sprawdziłby się jako kompas na krótkie podróże, ale byłby narażony na skumulowane błędy, gdyby był używany podczas długich podróży. Poza tym rydwan obracałby się powoli i niezręcznie. Mogłoby to nie mieć znaczenia, gdyby skręty były rzadko wykonywane.

Piosenki Shi opis biegów w wozie Yan Su i liczby zębów na nich sugeruje, że to działa w ten sposób, bez trzeciego koła drogowego. Przełożenia byłyby prawidłowe, gdyby kierująca lalka była przymocowana bezpośrednio do dużego poziomego koła zębatego, a rozstaw kół rydwanu był równy średnicy kół jezdnych. Wydaje się, że rydwan Wu Derena również został zaprojektowany do pracy w ten sposób. Szerokość rydwanu, a zatem przypuszczalnie rozstaw kół, była większa niż średnica kół. Przełożenia były odpowiednie dla tych wymiarów.

Woźnica musiałby użyć wielkich umiejętności, aby upewnić się, że promień każdego obrotu rydwanu jest prawidłowy, aby jedno z kół dokładnie przestało się obracać. Gdyby nie zrobił tego poprawnie, wycelowana lalka nie celowałaby dalej na południe. Mógłby dostosować kierunek, w którym celował, wykonując mniej lub bardziej ostre zakręty. Czasami dałoby mu to możliwość nieuczciwego wykorzystania rydwanu. Gdyby był demonstrowany na przykład widzom i był prowadzony przed nimi, wykonując wiele zakrętów, woźnica, który wiedziałby, w którą stronę jest południe, mógłby sprawić, że rydwan wydaje się działać niezwykle dokładnie jako kompas na długie okresy. Widzom można było pokazać maszynerię i zobaczyć, że woźnica nie może manipulować lalką. Prawdopodobnie byliby pod wrażeniem pozornej dokładności mechanizmu. Możliwe, że ten typ rydwanu był czasami budowany w celu oszukańczego zaimponowania widzom. Możliwe, że ludzie, którzy zbudowali te rydwany, oszukali nimi swoich własnych pracodawców, co mogło im przynieść sławę i fortunę, gdyby nikt nie próbował używać rydwanów do prawdziwej nawigacji.

Możliwe są również inne konstrukcje mechaniczne rydwanu skierowanego na południe, w tym takie, które wykorzystują urządzenie, które jest obecnie używane, żyrokompas . Jednak nic nie wskazuje na to, że starożytni Chińczycy o nich wiedzieli.

Możliwości niemechaniczne

Niektóre rydwany skierowane na południe mogły nie być urządzeniami czysto mechanicznymi. Ktoś jadący wewnątrz rydwanu mógł użyć jakiejś niemechanicznej metody określania kierunków kompasu i odpowiednio obrócić lalkę na wierzchu rydwanu. Istnieje kilka metod, które można było zastosować, na przykład:

  • Za pomocą kompasu magnetycznego . Chińczycy używali go do nawigacji w XI wieku, kiedy nadal produkowano i używano rydwanów zorientowanych na południe.
  • Wykorzystując obserwacje astronomiczne Słońca i/lub gwiazd, np . Gwiazdy Polarnej . Chińska wiedza astronomiczna była rozległa.
  • Wykorzystując lokalną wiedzę. Osoba w rydwanie mogła znać okolicę lub mieć mapę lub opis.
  • Obserwując polaryzację światła z nieba. Mniej więcej w tym samym czasie Wikingowie używali dwójłomnych kryształów szpatu islandzkiego do poruszania się przez Ocean Atlantycki tą metodą. Szpat islandzki znajduje się w Chinach, a także na Islandii i kilku innych miejscach. Owady, takie jak pszczoły, mogą reagować na polaryzację nieba i wykorzystywać ją do odnajdywania drogi do domu. To, czy użyli tego Chińczycy, jest hipotetyczne, ale z pewnością jest to możliwe.
  • Obserwując światło załamane przez ziemską atmosferę. Jest to jedna z technik stosowanych przez polinezyjskich nawigatorów do sterowania statkami wśród wysp Pacyfiku. Gdy powierzchnia Ziemi, oceanu lub gruntu, jest zimniejsza niż powietrze nad nią, w pobliżu powierzchni tworzy się gęsta warstwa powietrza, która załamuje światło w dół. W rezultacie światło może omijać krzywiznę Ziemi, pozwalając widzieć rzeczy ze znacznie większych odległości niż przewidywała prosta geometria. Obrazy są bardzo zniekształcone, ale mogą je rozpoznać wprawni nawigatorzy. Niektóre inne techniki polinezyjskie mogą być również stosowane na lądzie i mogły być stosowane przez Chińczyków.

W przeciwieństwie do mechanizmów, które opierają się na obrocie kół jezdnych, większość tych metod można stosować na morzu. Może to tłumaczyć wzmiankę (patrz „Najwcześniejsze źródła” powyżej), że istniała morska wersja rydwanu skierowanego na południe.

Te metody mogą działać dokładnie na długich dystansach, w przeciwieństwie do mechanicznych konstrukcji rydwanu.

Konieczność orientacji niemechanicznej

Drewniany dwukołowy wózek podtrzymujący szereg drewnianych kół zębatych i metalowy posąg wskazujący wyciągniętą ręką.
Replika rydwanu skierowana na południe w centrum handlowym Ibn Battuta w Dubaju

Niektóre non-mechaniczne metoda znalezienia południe musi być stosowana, gdy południowo-mechaniczny wskazując rydwan został zainicjowany , mające swój wskaźnik do południa na początku podróży. Można było zastosować dowolną z metod wymienionych powyżej w „Możliwościach niemechanicznych”.

Jeśli jakikolwiek rydwan wskazujący na południe był rzeczywiście używany do nawigacji na duże odległości, musiał polegać (po zainicjowaniu) na niemechanicznej metodzie wyznaczania kierunku. Mogła być obsługiwana niemechanicznie przez kogoś, kto w nim jechał, jak opisano powyżej. Alternatywnie, jeśli miał mechanizm mechaniczny, musiał być często ponownie inicjalizowany niemechanicznie, aby wyeliminować nagromadzone błędy i niepewności.

Jedynymi rydwanami, które mogły nie potrzebować niemechanicznych metod znajdowania południa, byłyby te, które nigdy nie były używane do żeglugi na duże odległości. Gdyby niektóre rydwany służyły tylko do rozrywki lub oszustwa, mogły działać czysto mechanicznie. Nawet inicjalizacji można było uniknąć, po prostu deklarując jakiś arbitralny kierunek jako „południe”.

Gdzie można je zobaczyć

Chociaż nie zachował się żaden z historycznych rydwanów skierowanych na południe, można znaleźć pełnowymiarowe repliki.

Muzeum Historyczne w Pekinie , Chiny , posiada replikę opartą na mechanizmie Yen Su (1027). National Palace Museum w Taipei , na Tajwanie , posiada replikę opartą na mechanizmie Lanchester 1932.

Nazywany „człowiekiem wskazującym na południe”, dwie repliki można również zobaczyć (i fizycznie z nimi eksperymentować) w Ontario Science Center w Toronto w Kanadzie.

Zobacz też

Uwagi

Bibliografia

Linki zewnętrzne