Колесница, указывающая на юг

Экспонат Музея науки в Лондоне, Англия. Эта предполагаемая модель колесницы оснащена дифференциалом .

Колесница, указывающая на юг
Китайское имя
Традиционный китайский	автомобиль-гид
Упрощенный китайский	автомобиль-гид
показывать Транскрипции Standard Mandarin Hanyu Pinyin zhǐ nán chē Yue: Cantonese Yale Romanization jí nàahm guī Jyutping zi2 naam4 gui1
Вьетнамское имя
Вьетнамский алфавит	машина южного направления просто на юге далеко
Хан-Ном	автомобильный гид автомобиль-гид
Корейское имя
хангыль	Разница в проходах
Ханджа	автомобиль-гид
показывать Транскрипции Revised Romanization jinamcha

Колесница ) , указывающая на юг, (или карета представляла собой древнее китайское двухколесное транспортное средство, имевшее подвижный указатель, указывающий на юг , независимо от того, как колесница поворачивала. Обычно указатель имел форму куклы или фигурки с вытянутой рукой. Колесница предположительно использовалась в качестве компаса для навигации , а также могла иметь и другие цели.

Древние китайцы изобрели мобильную бронированную тележку в V веке до нашей эры под названием Дунву Че ( китайский : 洞屋车 ). Его использовали с целью защиты воинов на поле боя. Китайская боевая повозка была спроектирована как своего рода мобильная защитная повозка с навесной крышей. Его можно будет подкатить к городским укреплениям, чтобы защитить саперов, копающих под землей, чтобы ослабить фундамент стены. Ранняя китайская военная повозка стала основой технологий изготовления древних китайских колесниц, указывающих на юг.

Существуют легенды о более ранних колесницах, указывающих на юг, но первая достоверно задокументированная из них была создана китайским инженером-механиком Ма Цзюнем ( ок. 200 – 265) из Цао Вэя во времена Троецарствия . Древних колесниц до сих пор не существует, но во многих дошедших до нас древних китайских текстах они упоминаются, утверждая, что они использовались с перерывами примерно до 1300 года. Некоторые включают информацию об их внутренних компонентах и ​​работе.

Вероятно, существовало несколько типов колесниц, указывающих на юг, которые работали по-разному. В большинстве или во всех из них вращающиеся опорные колеса механически приводили в действие зубчатый механизм, обеспечивающий правильное наведение указателя. Механизм не имел магнитов и не определял автоматически, в каком направлении находится юг. В начале пути указатель был направлен на юг вручную. Впоследствии, всякий раз, когда колесница поворачивала, механизм поворачивал указатель относительно корпуса колесницы, чтобы противодействовать повороту и удерживать указатель в постоянном направлении, на юг. Таким образом, механизм выполнял своего рода направленный точный расчет , который по своей сути склонен к накопленным ошибкам и неопределенностям. Механизмы некоторых колесниц могли иметь дифференциалы .

Исторические тексты

Самые ранние источники

Изображение колесницы, указывающей на юг, из Санцай Тухуэй (впервые опубликовано в 1609 году).

Колесница, указывающая на юг, колесное транспортное средство с механическим приводом, используемое для определения южного кардинального направления (без магнетизма), получила краткое описание современника Ма Фу Сюаня . Современный источник « Вэйлюэ» III века , написанный политиком династии Восточная Хань Юань Хуанем, также описывает направленную на юг колесницу, принадлежавшую китайскому инженеру-механику и политику Ма Цзюню . («Записи о военных экспедициях»), написанном во времена династии Цзинь (266–420 гг.) В тексте « Шу Чжэн Цзи» , написанном Го Юаньшэном, зафиксировано, что колесницы, указывающие на юг, часто хранились в северной сторожке правительственных мастерских (Шан Фан) столица. Однако в написанной позже «Сун Шу » ( «Книга песен» ) (6 век) более подробно описаны конструкция и использование колесницы, указывающей на юг, а также создана предыстория (предполагаемого) использования устройства задолго до времен Ма, в Династия Западная Чжоу (1050–771 до н. э.). В книге также содержится описание изобретения и использования колесницы, указывающей на юг, во времена после Ма Цзюня и Трех Королевств. Текст VI века, переведенный британским учёным и историком Джозефом Нидэмом , гласит следующее (колесница, указывающая на юг, упоминается как карета, указывающая на юг):

Направленная на юг карета была впервые построена герцогом Чжоу (начало I тысячелетия до н. э. ) как средство проводы домой некоторых послов, прибывших издалека за границу. Страна, которую нужно было пересечь, представляла собой бескрайнюю равнину, на которой люди теряли ориентацию на восток и запад, поэтому (герцог) приказал изготовить это транспортное средство, чтобы послы могли различать север и юг. В книге Гуй Гу Цзы говорится, что жители государства Чжэн , собирая нефрит, всегда носили с собой «указатель юга» и благодаря этому никогда не испытывали сомнений (в отношении своего положения). Однако во времена династий Цинь и бывшей Хань об этом автомобиле больше ничего не было слышно. В Поздней Хань период Чжан Хэн заново изобрел его, но из-за неразберихи и беспорядков в конце династии он не сохранился.

В государстве Вэй (в период Сань Го ) Гаотун Лун и Цинь Лан были известными учеными; они спорили в суде по поводу кареты, указывающей на юг, утверждая, что такого понятия не существует и что эта история — чепуха. Но в период правления Цин-луна (233–237 гг.) император Мин Ди поручил ученому Ма Цзюню построить его, и ему это удалось. Это снова было потеряно во время проблем, связанных с установлением династии Цзинь .

Позже Ши Ху (император династии Цзе Позже Чжао ) заказал один Се Фэю, и снова Линху Шэн сделал один для Яо Сина (императора династии Поздняя Цинь ). Последний был получен императором Цзинь Ань-ди на 13-м году правления И-си (417 г.) и наконец попал в руки императора У-ди из династии Лю Сун , когда он взял на себя управление страной. Чанъань . Его внешний вид и конструкция напоминали барабанную повозку ( одометр ). Наверху помещалась деревянная фигурка человека с поднятой рукой и указывающей на юг (и механизм был устроен таким образом, что), хотя карета и крутилась, указатель все равно указывал на юг. . В государственных процессиях впереди шла карета, направлявшаяся на юг, в сопровождении императорской гвардии.

Эти транспортные средства, построенные рабочими-варварами ( цянами ), функционировали не особенно хорошо. Хотя их называли вагонами, указывающими на юг, они очень часто указывали неверно, и им приходилось преодолевать повороты шаг за шагом с помощью кого-то внутри, чтобы регулировать оборудование. Поэтому гениальный человек из Фаньяна Цзы Цзу Чунчжи часто говорил, что необходимо построить новый (и полностью автоматический) вагон, указывающий на юг. Итак, ближе к концу периода правления Шэн-Мина (477–479) император Шунь Ди , во время премьерства принца Ци, поручил Цзы Цзу Чунчжи изготовить один, и когда он был завершен, он был испытан Ваном. Сэн-цянь, военный губернатор Таньяна, и Лю Сю, президент Совета цензоров. Качество изготовления было превосходным, и хотя карету крутили и поворачивали в сотне сторон, стрелка всегда указывала на юг. Более того, под «Цзинем» также находился корабль, направлявшийся на юг.

Последнее предложение отрывка представляет большой интерес для мореплавания, поскольку магнитный компас, используемый для морской навигации, не использовался до времен Шэнь Го (1031–1095). Хотя текст Сун Шу описывает более ранние прецеденты колесницы, указывающей на юг, до времен Ма Цзюня, это не совсем правдоподобно, поскольку не существует текстов до Ханьской эпохи или эпохи династии Хань, описывающих это устройство. Фактически, первым известным источником, описывающим истории его легендарного использования в период Чжоу, была Гу Цзинь книга Чжу Цуй Бао (ок. 300 г.), написанная вскоре после эпохи Троецарствия. Цуй Бао также писал, что сложные детали конструкции устройства когда-то были описаны в « Шан Фан Гу Ши» ( «Традиции императорских мастерских »), но к его времени книга была утеряна.

Япония

Детская поучительная игрушечная колесница на китайской выставке Expo 2005 в Японии.

Изобретение колесницы, указывающей на юг, также проникло в Японию в VII веке. В «Нихон Сёки» («Хрониках Японии») 720 года описывается, как более ранние китайские буддийские монахи Чжи Ю и Чжи Ю построили несколько колесниц, направленных на юг, для Тэндзи в 658 году. императора Японии За этим последовало еще несколько колесниц, построенных в 666 году.

Сон Ши

Колесница, указывающая на юг, также была объединена с династии Хань изобретением более раннего периода одометра , механического устройства, используемого для измерения пройденного расстояния и встречающегося во всех современных автомобилях . (составленном в 1345 г.) упоминается » времен династии Сун (960–1279 гг.) В историческом тексте «Сун Ши , что инженеры Янь Су (в 1027 г.) и У Дэрэнь (в 1107 г.) создали колесницы, направленные на юг, которые подробно описаны как следует. (В переводе Нидхема в качестве единиц измерения расстояния используются дюймы и футы (футы). 1 дюйм равен 25,4 миллиметра. 1 фут равен 12 дюймам или 304,8 мм.)

На 5-м году правления императора Жэньцзуна в Тянь-Шэне (1027 г.) Ян Су, директор отдела Министерства труда, построил повозку, указывающую на юг. Он увековечил память трона, сказав [после обычного исторического вступления]: «На протяжении пяти династий и вплоть до правящей династии, насколько мне известно, не было никого, кто был бы в состоянии построить такое транспортное средство. Но теперь я сам придумал дизайн и сумел его завершить».

«Способ предполагает использование кареты с одним шестом (для двух лошадей). Над внешним каркасом кузова кареты пусть будет накрытие в два этажа. установите деревянное изображение сяня Наверху (бессмертного), вытянув руку, чтобы указать на юг. Используйте 9 колес, больших и малых, с общим числом 120 зубьев, т. е. 2 ножных колеса (т. е. опорных колес, на которых движется повозка) высотой 6 футов и длиной 18 футов. по окружности, прикрепленные к ножным колесам, 2 вертикальных подчиненных колеса диаметром 2,4 фута и окружностью 7,2 фута, каждое с 24 зубцами, причем зубцы расположены на расстоянии 3 дюймов друг от друга.

"...Затем ниже перекладины на конце шеста два небольших вертикальных колеса диаметром 3 дюйма и пронизанных железной осью, слева 1 маленькое горизонтальное колесо диаметром 1,2 фута с 12 зубьями, справа 1 маленькое горизонтальное колесо диаметром 1,2 фута с 12 зубьями посередине. 1 большое горизонтальное колесо диаметром 4,8 фута и окружностью 14,4 фута с 48 зубьями, расположенными посередине с интервалом 3 дюйма; вертикальный вал, пронзающий центр (большого горизонтального колеса) высотой 8 футов и диаметром 3 дюйма наверху, несущий деревянную фигуру сяня ;

«Когда карета движется (на юг), пусть деревянная фигура указывает на юг. Когда она движется (и идет) на восток, (задний конец) шеста сдвигается вправо; подчиненное колесо, прикрепленное к правому опорному колесу, повернется вперед на 12 зубцов, проведя им правое маленькое горизонтальное колесо на один оборот (и так) толкая центральное большое горизонтальное колесо, чтобы оно повернулось на четверть оборота влево. Когда оно провернулось на 12 зубцов, карета движется на восток, и деревянная фигурка. стоит крест-накрест и указывает на юг. Если (вместо этого) он поворачивается (и идет) на запад, (задний конец) шеста сдвигается влево, подчиненное колесо, прикрепленное к левому опорному колесу, повернется вперед вместе с опорным колесом; 12 зубьев, сделав с его помощью левое маленькое горизонтальное колесо на один оборот и повернув центральное большое горизонтальное колесо на четверть оборота вправо. Когда оно сделало 12 зубцов, карета движется прямо на запад, но деревянная фигура все еще стоит. поперек и указывает на юг. Если кто-то хочет отправиться на север, поворот, будь то на восток или на запад, делается таким же образом».

После этого первоначального описания устройства Янь Су текст продолжает описывать работу У Дэрэня, который создал колесное устройство, сочетающее в себе одометр и колесницу, указывающую на юг:

Было приказано передать метод (соответствующим) чиновникам, чтобы можно было изготовить машину. В первый год правления Да-Гуаня (1107 г.) камергер У Дэжэнь представил характеристики кареты, указывающей на юг, и кареты с ли-пишущим барабаном (одометром). Эти две машины были изготовлены и впервые использованы в том же году на великой церемонии принесения в жертву предкам.

Кузов повозки, обращенной на юг, имел длину 11,15 футов, ширину 9,5 футов и глубину 10,9 футов. Колеса повозки имели диаметр 5,7 фута, длину стойки повозки 10,5 фута, а корпус повозки был двухэтажным, верхним и нижним. Посередине была помещена перегородка. Наверху стояла фигура сяня , держащего жезл, слева и справа располагались черепахи и журавли, по одному с каждой стороны, и четыре фигурки мальчиков, каждая из которых держала кисточку. В верхнем этаже по четырем углам располагались механизмы отключения , а также 13 горизонтальных колес, каждое диаметром 1,85 фута, окружностью 5,55 фута, с 32 зубьями, расположенными на расстоянии 1,8 дюйма друг от друга. Центральная шахта, установленная на перегородке, пронизана вниз.

В нижнем этаже было 13 колес. В середине находилось самое большое горизонтальное колесо диаметром 3,8 фута и окружностью 11,4 фута со 100 зубцами, расположенными на расстоянии 2,1 дюйма друг от друга. (На вертикальных осях), доходящих до верха (отсека) слева и справа, находились два небольших горизонтальных колеса, которые могли подниматься и опускаться, к каждому из которых был прикреплен железный груз. Каждый из них имел диаметр 1,1 фута и окружность 3,3 фута, с 17 зубцами, расположенными на расстоянии 1,9 дюйма друг от друга. Опять же, слева и справа были прикреплены колеса, по одному с каждой стороны, диаметром 1,55 фута, окружностью 4,65 фута и имеющие 24 зубца с интервалом 2,1 дюйма.

Слева и справа тоже были двойные шестерни (букв. ярусные колеса), по паре с каждой стороны. Каждая из нижних шестерен имела диаметр 2,1 фута и окружность 6,3 фута, с 32 зубьями, расположенными с интервалом 2,1 дюйма друг от друга. Каждая из верхних составных шестерен имела диаметр 1,2 фута и окружность 3,6 фута, с 32 зубьями, расположенными с интервалом 1,1 дюйма друг от друга. На каждом из опорных колес повозки, слева и справа, находилось вертикальное колесо диаметром 2,2 фута, окружностью 6,6 фута с 32 зубьями, расположенными на расстоянии 2,25 дюйма друг от друга. И слева, и справа на заднем конце шеста имелись небольшие колеса без зубцов ( шкивы ), с которых свисали бамбуковые шнуры, и оба были привязаны над левым и правым (концами) осью (каретки) соответственно.

Если каретка поворачивается вправо, небольшой шкив слева от заднего конца шеста опускает левое (маленькое горизонтальное) колесо. Если он поворачивается влево, небольшой шкив справа от заднего конца стойки опускает правое (маленькое горизонтальное) колесо. Однако карета движется по сянь, и мальчики становятся крест-накрест и указывают на юг. Карета запряжена двумя рыжими лошадьми с бронзовыми налобниками.

Колесницы с дифференциалами

Предыстория и объяснение

Иллюстрация дифференциала между приводным валом (внизу справа) и ведущими колесами автомобиля.

Английский инженер Джордж Ланчестер предположил, что в некоторых колесницах, направляющихся на юг, используются дифференциалы. Дифференциал — это совокупность шестерен, которая в настоящее время используется почти во всех автомобилях, за исключением некоторых электрических и гибридно-электрических, и имеет три вала, связывающих его с внешним миром. Они удобно обозначены A, B и C. Благодаря шестерням скорость вращения вала A пропорциональна сумме скоростей вращения валов B и C. Других ограничений на скорости вращения валов нет.

В автомобиле вал A соединен с двигателем (через трансмиссию), а валы B и C соединены с двумя опорными катками, по одному с каждой стороны автомобиля. Когда автомобиль поворачивает, колесо, огибающее кривую поворота снаружи, должно катиться дальше и вращаться быстрее, чем колесо внутри. Дифференциал позволяет это сделать, когда оба колеса приводятся в движение двигателем. Если сумма скоростей колес постоянна, то скорость двигателя не меняется.

В колеснице, направленной на юг, согласно гипотезе, вал B был соединен с одним опорным колесом, а вал C через реверсивную передачу был соединен с другим опорным колесом. Это заставило вал А вращаться со скоростью, которая была пропорциональна разнице скоростей вращения двух колес. Кукла-указка была соединена (возможно, через промежуточные шестерни) с валом А. Когда колесница двигалась по прямой, оба колеса вращались с одинаковой скоростью, и кукла не вращалась. Когда колесница поворачивала, колеса вращались с разной скоростью (по той же причине, что и в автомобиле), поэтому дифференциал заставлял куклу вращаться, компенсируя поворот колесницы.

Гипотеза о существовании колесниц с дифференциалами, направленных на юг, возникла в 20 веке. Люди, знакомые с современным (например, автомобильным) использованием дифференциалов, интерпретировали некоторые древние китайские описания в соответствии с их собственными идеями. По сути, они заново изобрели колесницу, указывающую на юг, поскольку ранее ее несколько раз изобретали заново в древности. Рабочие колесницы, в которых используются дифференциалы, были построены в последние десятилетия. Существовали ли такие колесницы раньше, достоверно неизвестно.

Хотя считается, что в механизме Антикитеры использовались дифференциалы, первый настоящий дифференциал, который, как известно, использовался, был Джозефом Уильямсоном в 1720 году. Он использовал дифференциал для исправления уравнения времени для часов , которые отображали как среднее , так и солнечное время .

Геометрические свойства

Если бы колесница, указывающая на юг, была построена совершенно точно, с использованием дифференциальной передачи, и если бы она путешествовала по идеально гладкой Земле, у нее были бы интересные свойства. Это был бы механический компас, который передает направление, заданное указателем, по пути, по которому он движется. Математически устройство осуществляет параллельную транспортировку по пути своего движения.

Колесницу можно использовать для обнаружения прямых линий или геодезических линий . Путь на поверхности, по которому движется колесница, является геодезической тогда и только тогда, когда указатель не вращается относительно основания колесницы.

Из-за кривизны поверхности Земли (из-за того, что она изогнута как земной шар), колесница, как правило, не будет продолжать указывать строго на юг во время движения. Например, если колесница движется по геодезической (которая аппроксимируется любым большим кругом ), указатель вместо этого должен оставаться под фиксированным углом к ​​пути. Кроме того, если две колесницы едут по разным маршрутам между одними и теми же отправными и конечными точками, их указатели, которые на старте были направлены в одном направлении, обычно не указывают в одном направлении на финише. Аналогично, если колесница движется по замкнутому контуру, стартуя и финишируя в одной и той же точке на поверхности Земли, ее указатель обычно не направлен в то же направление на финише, что и на старте. Разница заключается в голономии пути и пропорциональна замкнутой площади. Если путешествия короткие по сравнению с радиусом Земли, эти расхождения невелики и могут не иметь практического значения. Тем не менее, они показывают, что этот тип колесницы, основанной на дифференциальных передачах, был бы несовершенным компасом, даже если бы он был точно сконструирован и использовался в идеальных условиях.

Отсутствие точности и последствия

Настоящие машины никогда не строятся идеально точно. Простая геометрия показывает, что если механизм колесницы основан на дифференциальной передаче и если, например, ширина колеи колесницы (расстояние между ее колесами) составляет три метра, и если колеса задуманы одинаковыми, но на самом деле различаются по диаметру на одну тысячную, то если колесница проедет один километр по прямой, «направленная на юг» фигура повернется почти на двадцать градусов. Если первоначально оно указывало точно на юг, то в конце километровой поездки оно укажет почти на юго-юго-восток или юго-юго-запад , в зависимости от того, какое колесо больше. Если колесница проедет девять километров, фигура укажет почти точно на север. Очевидно, что это сделает его бесполезным в качестве компаса, указывающего на юг. Чтобы стать полезным навигационным инструментом, фигура должна была бы поворачиваться не более чем на пару градусов на пути в сто километров, но для этого потребовалось бы, чтобы колеса колесницы были равны по диаметру с точностью до одной миллионной. Даже если бы процесс изготовления колес был способен обеспечить такую ​​точность (что было бы невозможно при использовании древних китайских методов), сомнительно, что равенство колес могло бы сохраняться долго, поскольку они подвергаются износу во время путешествия. по открытой местности. Неравномерность заземления приведет к дополнительным ошибкам в работе устройства.

Поэтому оправдан значительный скептицизм относительно того, использовался ли этот тип колесницы, направленной на юг, все время использовавшей дифференциал, для навигации на большие расстояния. Предположительно, кукла, указывающая на юг, была прикреплена к корпусу колесницы, пока она двигалась по прямым линиям, и соединялась с дифференциалом только тогда, когда колесница поворачивала. Возничий мог использовать для этого управление непосредственно перед и после каждого поворота или, возможно, выкрикивать команды кому-то внутри колесницы, который подсоединял и отсоединял куклу и дифференциал. Это можно было сделать, не останавливая колесницу. Если бы повороты были короткими и редкими, это значительно уменьшило бы ошибки наведения, поскольку они накапливались бы только в те короткие периоды времени, когда кукла и дифференциал были соединены. Однако возникает проблема: как можно было продолжать движение колесницы по прямым линиям с достаточной точностью без использования указки.

Если бы настоящие цели колесницы и рассказы о ней заключались в развлечении и впечатлении приезжих иностранцев, а не в реальной навигации на дальние расстояния, то ее неточность, возможно, не имела бы значения. Учитывая, что большая механическая повозка или колесница должна будет передвигаться по дорогам, рассматриваемый пункт назначения обычно не находится в неизвестном направлении. Тот факт, что в цитированных выше источниках упоминается, что колесница ставилась впереди процессий, ее высокий уровень механической сложности и хрупкости, а также то, что ее несколько раз «изобретали заново», позволяют сделать вывод о том, что она не использовалась для навигации, поскольку действительно практичный и полезный навигационный инструмент не будет забыт или оставлен неиспользованным.

Колесницы без дифференциалов

Хотя гипотеза о том, что колесница, указывающая на юг, использовала дифференциалы, получила широкое признание, следует признать, что функциональные колесницы, указывающие на юг, без дифференциалов возможны. Древние описания часто неясны, но они предполагают, что китайцы реализовали несколько разных конструкций, по крайней мере некоторые из которых не включали дифференциалы.

Механические конструкции

Некоторые древние описания предполагают, что некоторые колесницы, указывающие на юг, могли двигаться только тремя способами: прямо или поворачивать влево или вправо с фиксированным радиусом кривизны. Третье колесо могло использоваться для фиксации радиуса поворота. Если колесница вращалась, кукла-указка была соединена шестернями с одним или другим из двух основных опорных катков (например, с тем, которое находилось за пределами кривой, по которой двигалась колесница), так что кукла вращалась с фиксированной скоростью относительно скорости движения колесницы, чтобы компенсировать заданную скорость поворота. Кукла поворачивалась в противоположные стороны в зависимости от того, какое опорное колесо было к ней подключено, поэтому ее вращение компенсировало поворот колесницы влево или вправо. Эта конструкция была бы проще, чем использование дифференциала.

Колесницы Янь Су и У Дэрэня, по-видимому, использовали этот тип механизма. (См. описания, цитированные выше из « Сун Ши» .) Помимо наличия в машине У Дэрэня компонентов, позволяющих ей функционировать как одометр , между ними были лишь незначительные различия. В каждой колеснице два основных опорных катка крепились к вертикальным зубчатым колесам. Большая горизонтальная шестерня была связана (возможно, через промежуточную передачу) с указывающей куклой и располагалась так, что ее диаметр почти охватывал пространство между самыми верхними точками вертикальных шестерен. Когда колесница двигалась прямо, связи между этими шестернями не было, но при повороте колесницы небольшая шестерня опускалась в контакт с горизонтальной шестерней и одной из вертикальных шестерен, связывая таким образом куклу с одной из дорог. колеса. Имелись две небольшие шестерни, по одной для соединения горизонтальной шестерни с каждой из вертикальных. Конечно, они не использовались одновременно. Маленькие зубчатые колеса поднимались и опускались с помощью гирь, шкивов и шнуров, прикрепленных к шесту, в который были запряжены лошади, тянувшие колесницу. Когда лошади двигались в ту или иную сторону, чтобы повернуть колесницу, шест двигался и шнуры опускали соответствующую малую шестерню в рабочее положение. Когда лошади вернулись к шагу прямо, маленькое зубчатое колесо поднялось и не соприкасалось с основными горизонтальными и вертикальными шестернями. Таким образом, система функционировала автоматически. Зеркальная симметрия вертикальных шестерен, соединенных маленькими шестернями с горизонтальной шестерней в диаметрально противоположных точках, заставляла горизонтальную шестерню вращаться в противоположных направлениях в зависимости от того, какое опорное колесо было с ней связано, таким образом вращая указку в противоположных направлениях, когда колесница поворачивала влево и вправо.

В описании не упоминается третий опорный каток для фиксации радиуса поворота, но не исключено, что такое колесо присутствовало. К нему не было бы прикреплено никаких шестеренок, поэтому, возможно, автор описания не упомянул о нем, потому что не осознавал, что это важная часть механизма. Поставить такое колесо на колесницу и заставить его работать правильно не составило бы труда. Возможно, он был прикреплен к шесту, к которому были запряжены лошади. Были предусмотрены упоры, ограничивающие движение шеста влево и вправо.

Если бы было включено третье опорное колесо, этот тип колесницы, указывающей на юг, мог бы вполне точно работать в качестве компаса при использовании для коротких поездок в хороших условиях, но если бы он использовался для длительных путешествий, он был бы подвержен кумулятивным ошибкам, как колесницы, использующие дифференциальный механизм.

Если бы на самом деле не было третьего опорного колеса, колесница могла бы выполнять функцию компаса, если бы повороты всегда совершались так, чтобы одно из двух колес было неподвижным, а вращалось только другое, а указывающая кукла была соединена с ним шестернями. Возничий мог бы удержать неподвижное колесо от вращения, правильно управляя лошадьми. ( Тормоз мог бы помочь, но в описании он не упоминается.) Радиус кривой, по которой вращалось колесо, равнялся бы ширине колеи колесницы, а шестерни, вращающие куклу, были бы выбран соответственно. Эта конструкция могла бы работать как компас для коротких путешествий, но при использовании в длительных путешествиях она бы страдала от накопленных ошибок. Кроме того, колесницу пришлось бы медленно и неудобно поворачивать. Это могло бы не иметь значения, если бы ходы выполнялись редко.

Описание Сун Ши шестерен в колеснице Янь Су и количества зубьев на них предполагает, что она работала таким образом, без третьего опорного колеса. Передаточные числа были бы правильными, если бы указку прикрепляли непосредственно к большой горизонтальной шестерне, а ширина колеи колесницы равнялась диаметру опорных катков. Колесница У Дэрэня, похоже, также была спроектирована таким образом. Ширина колесницы и, следовательно, предположительно ширина колеи, была больше диаметра колес. Передаточные числа были соответствующими этим размерам.

Возничему пришлось бы проявить большое мастерство, чтобы обеспечить правильный радиус каждого поворота колесницы, чтобы одно из колес точно прекратило вращение. Если бы он не сделал это правильно, указка не продолжала бы целиться на юг. Он мог бы регулировать направление, в котором он целился, делая более или менее резкие повороты. Иногда это давало ему возможность нечестно использовать колесницу. Если бы ее демонстрировали, например, зрителям и проезжали бы перед ними, делая много поворотов, возничий, который знал бы, в каком направлении находится юг, смог бы создать впечатление, что колесница работает чрезвычайно точно. в качестве компаса в течение длительного времени. Зрителям можно было бы показать механизм, и они увидели бы, что возничий не может манипулировать куклой. Вероятно, на них произвела бы впечатление кажущаяся точность механизма. Возможно, что этот тип колесницы иногда строился с основной целью обманным образом произвести впечатление на зрителей. Возможно, люди, построившие эти колесницы, обманули ими своих же работодателей, что могло бы принести им славу и богатство, если бы никто не попробовал использовать колесницы для настоящего мореплавания.

Возможны и другие механические конструкции колесницы, указывающей на юг, в том числе те, в которых используется устройство, используемое сегодня, гирокомпас . Однако нет никаких указаний на то, что древние китайцы знали об этом.

Немеханические возможности

Некоторые колесницы, указывающие на юг, возможно, не были чисто механическими устройствами. Кто-то, ехавший внутри колесницы, возможно, использовал какой-то немеханический метод определения направлений по компасу и соответствующим образом повернул куклу на вершине колесницы. Можно использовать несколько методов, например:

• С помощью магнитного компаса . Китайцы использовали это для навигации в 11 веке, когда колесницы, указывающие на юг, все еще производились и использовались.
• Используя астрономические наблюдения Солнца и/или звезд, например, Полярной звезды . Китайские астрономические познания были обширны.
• Используя местные знания. Человек в колеснице мог знать эту местность или иметь ее карту или описание.
• Наблюдая за поляризацией света с неба. Примерно в то же время викинги использовали двулучепреломляющие кристаллы исландского шпата для навигации по Атлантическому океану. Исландский шпат встречается в Китае, а также в Исландии и некоторых других местах. Насекомые, такие как пчелы, могут реагировать на поляризацию неба и использовать ее, чтобы найти дорогу домой. Использовали ли его китайцы — гипотетически, но это, безусловно, возможно.
• Наблюдая за светом, преломленным атмосферой Земли. Это один из приемов, которые использовали полинезийские мореплаватели для управления кораблями среди островов Тихого океана. Когда поверхность Земли, океана или суши холоднее воздуха над ней, у поверхности образуется плотный слой воздуха, преломляющий свет вниз. В результате свет может огибать кривизну Земли, позволяя видеть вещи на гораздо больших расстояниях, чем можно было бы предсказать простой геометрией. Изображения сильно искажены, но опытные навигаторы могут их распознать. Некоторые другие полинезийские методы также могут использоваться на суше и, возможно, использовались китайцами.

В отличие от механизмов, основанных на вращении опорных катков, большинство этих методов можно использовать в море. Этим можно объяснить упоминание (см. «Ранние источники» выше) о существовании морской версии колесницы, указывающей на юг.

Эти методы могут точно работать на больших расстояниях, в отличие от механических конструкций колесницы.

Необходимость немеханической ориентации

Реплика колесницы, указывающей на юг, в торговом центре Ibn Battuta Mall , Дубай.

Какой-то немеханический метод определения юга, должно быть, использовался при инициализации механической колесницы , указывающей на юг , направляющей свой указатель на юг в начале пути. Можно было использовать любой из методов, упомянутых выше в разделе «Немеханические возможности».

Если какая-либо колесница, указывающая на юг, действительно использовалась для навигации на большие расстояния, она должна была полагаться (после инициализации) на немеханический метод пеленгации. Как описано выше, им мог управлять немеханически кто-то, находившийся на нем. Альтернативно, если бы он имел механический механизм, его необходимо было бы часто повторно инициализировать немеханически, чтобы устранить накопленные ошибки и неопределенности.

Единственными колесницами, которым не потребовались бы немеханические методы определения юга, были бы те, которые никогда не использовались для навигации на большие расстояния. Если бы некоторые колесницы использовались только для развлечения или мошенничества, они могли бы работать чисто механически. Даже инициализации можно было бы избежать, просто объявив какое-то произвольное направление «югом».

Современные реплики

Хотя ни одной из исторических колесниц, указывающих на юг, не сохранилось, можно найти полноразмерные копии.

Исторический музей в Пекине , Китай, хранится копия, основанная на механизме Йен Су (1027 г.).В Национальном дворцовом музее в Тайбэе , Тайвань, хранится точная копия механизма Ланчестера 1932 года.

Две копии, называемые «южным указывающим человеком», также можно увидеть (и физически экспериментировать с ними) в Научном центре Онтарио в Торонто, Канада.

См. также

• Колесницы в древнем Китае
• Китайская военная повозка
• История науки и техники в Китае
• Список китайских изобретений
• Машиностроение

Ссылки

• Китайская колесница, ищущая юг: простое механическое устройство для визуализации кривизны и параллельного транспорта М. Сантандер, Американский физический журнал – сентябрь 1992 г. – том 60, выпуск 9, стр. 782–787
• Нидхэм, Джозеф (1986). Наука и цивилизация в Китае: Том 4, Часть 2 . Тайбэй: Caves Books, Ltd.
• Кит Уильямс , Двигатели изобретательности , Gingko Press (февраль 2002 г.), ISBN   978-1-58423-106-6

Внешние ссылки

• South Pointing Things – Полезный сайт с большим количеством информации, изображений и планов постройки колесниц.
• RLT – Полнофункциональный комплект модели.
• Видео 3D модели открытого дифференциала