Backstaff - Backstaff
Backstaff to nawigacyjny instrument, który był używany do pomiaru wysokości o ciała niebieskiego , w szczególności na Słońce lub Księżyc . Obserwując Słońce, użytkownicy trzymali Słońce tyłem (stąd nazwa) i obserwowali cień rzucany przez górną łopatkę na łopatkę horyzontu. Został wynaleziony przez angielskiego nawigatora Johna Davisa , który opisał go w swojej książce Seaman's Secrets w 1594 roku.
Rodzaje backstaffów
Backstaff to nazwa nadana każdemu instrumentowi, który mierzy wysokość słońca na podstawie rzutu cienia. Wydaje się, że pomysł pomiaru wysokości Słońca za pomocą obserwacji wstecznej powstał od Thomasa Harriota . Wiele rodzajów instrumentów ewoluowały od przekroju pracowników , które mogą być sklasyfikowane jako backstaves. Jedynie kwadrant Davisa pozostaje dominujący w historii przyrządów nawigacyjnych. Rzeczywiście, kwadrant Davisa jest zasadniczo synonimem backstaffa. Jednak Davis nie był ani pierwszym, ani ostatnim, który zaprojektował taki instrument, a inne są tu również brane pod uwagę.
Kwadrant Davisa
Kapitan John Davis wymyślił wersję backstaffu w 1594 r. Davis był nawigatorem, który znał instrumenty dnia, takie jak astrolabium marynarza , kwadrant i laska krzyżowa . Rozpoznał nieodłączne wady każdego z nich i podjął próbę stworzenia nowego instrumentu, który mógłby zmniejszyć te problemy oraz zwiększyć łatwość i dokładność uzyskiwania wysokości Słońca .
Jedna wczesna wersja pięciolinii jest pokazana na rysunku 1 . Miał łuk przymocowany do łaty, aby mógł przesuwać się wzdłuż łaty (kształt nie jest krytyczny, chociaż wybrano zakrzywiony kształt). Łuk (A) został umieszczony tak, aby rzucał cień na łopatkę horyzontu (B). Nawigator patrzył wzdłuż łaty i obserwował horyzont przez szczelinę w łopatce horyzontu. Przesuwając łuk tak, aby cień był wyrównany z horyzontem, kąt padania słońca można było odczytać na podziałce. To był prosty kwadrant, ale nie był tak dokładny, jak by się chciało. Dokładność instrumentu zależy od długości łaty, ale długa łata sprawiła, że instrument był mniej poręczny. Maksymalna wysokość, jaką można było zmierzyć tym przyrządem, wynosiła 45 °.
Kolejna wersja jego kwadrantu jest pokazana na rysunku 2 . Łuk znajdujący się w górnej części instrumentu w poprzedniej wersji został zastąpiony łopatką cienia umieszczoną na pawęży. Ta pawęż może być przesuwana wzdłuż stopniowanej skali, aby wskazać kąt cienia nad łatą. Poniżej łaty dodano łuk 30 °. Horyzont, widziany przez łopatkę horyzontu po lewej stronie, jest wyrównany z cieniem. Celowanie łopatkowe na łuku przesuwa się aż wyrówna się ze względu na horyzoncie. Zmierzony kąt jest sumą kąta wskazanego przez położenie pawęży i kąta zmierzonego na podziałce na łuku.
Instrument, który jest teraz identyfikowany z Davisem, pokazano na rysunku 3 . Ta forma wyewoluowała do połowy XVII wieku. Łuk ćwiartki został podzielony na dwie części. Łuk o mniejszym promieniu, o rozpiętości 60 °, został zamontowany nad łatą. Poniżej zamontowano łuk o większym promieniu i rozpiętości 30 °. Oba łuki mają wspólny środek. We wspólnym środku zamontowano szczelinową łopatkę horyzontalną (B). Ruchoma łopatka cienia została umieszczona na górnym łuku, tak aby jej cień padał na łopatkę horyzontu. Ruchomy wziernik został zamontowany na dolnym łuku (C).
Osobie łatwiej jest umieścić łopatkę w określonym miejscu niż odczytać łuk w dowolnym miejscu. Wynika to z ostrości noniusza , czyli zdolności osoby do dokładnego wyrównania dwóch segmentów linii. W ten sposób łuk o małym promieniu, oznaczony stosunkowo niewielką podziałką, może być użyty do dokładnego umieszczenia łopatki cienia pod określonym kątem. Z drugiej strony, przesunięcie celownika do miejsca, w którym linia do horyzontu styka się z cieniem, wymaga dużego łuku. Dzieje się tak, ponieważ pozycja może być o ułamek stopnia, a duży łuk umożliwia odczytywanie mniejszych podziałek z większą dokładnością. W późniejszych latach duży łuk instrumentu oznaczono poprzeczkami, aby umożliwić odczyt łuku z większą dokładnością niż pozwalają na to główne podziałki.
W ten sposób Davis był w stanie zoptymalizować konstrukcję ćwiartki tak, aby miała zarówno mały, jak i duży łuk, pozwalając na efektywną dokładność pojedynczego ćwiartki łuku o dużym promieniu bez powiększania całego instrumentu. Ta forma instrumentu stała się synonimem backstaffu. Była to jedna z najczęściej stosowanych form backstaffu. Nawigatorzy z Europy kontynentalnej nazwali go angielskim kwadrantem .
Późniejsza modyfikacja kwadrantu Davisa polegała na zastosowaniu szkła Flamsteed zamiast łopatki cienia; zasugerował to John Flamsteed . To umieściło soczewkę na łopatce, która wyświetlała obraz słońca na łopatce horyzontu zamiast cienia. Było przydatne w warunkach, gdy niebo było zamglone lub lekko zachmurzone; niewyraźny obraz słońca ukazał się jaśniej na łopatce horyzontu, gdzie nie było widać cienia.
Rysunek 1 - Prosty prekursor kwadrantu Davisa po ilustracji w jego książce Seaman's Secrets . Łuk był ograniczony do pomiaru kątów do 45 °.
Rysunek 2 - Drugi kwadrant Davisa po ilustracji w jego książce Seaman's Secrets . Łuk powyżej jest zastąpiony łukiem poniżej i rzucającą cień pawężą powyżej. Ten instrument może teraz mierzyć do 90 °.
Rysunek 3 - Kwadrant Davisa w miarę ewolucji do połowy XVII wieku. Górna pawęż została zastąpiona łukiem 60 °.
Stosowanie
Aby użyć instrumentu, nawigator umieściłby łopatkę cienia w miejscu przewidującym wysokość słońca. Trzymając instrument przed sobą, ze słońcem za plecami, trzyma instrument tak, aby cień rzucany przez łopatkę cienia padał na łopatkę horyzontu z boku szczeliny. Następnie przesuwa wiatrowskaz tak, że obserwuje horyzont w linii od łopatki przez szczelinę łopatki horyzontu, jednocześnie utrzymując pozycję cienia. To pozwala mu zmierzyć kąt między horyzontem a słońcem jako sumę kąta odczytanego z dwóch łuków.
Ponieważ krawędź cienia za reprezentuje kończynę słońca, musi skorygować wartość dla semidiameter słońca.
Instrumenty pochodzące z kwadrantu Davisa
The Quadrant Eltona pochodzi z kwadrantu Davisa. Dodano ramię indeksujące z poziomnicami, aby zapewnić sztuczny horyzont.
Demi-cross
Demi-krzyż był instrumentem, który był współczesny z kwadrantu Davisa. Był popularny poza Anglią.
Pionowy pawęż był jak pół-rygiel na poprzecznicy , stąd nazwa półkrzyż . Wspierał łopatkę cienia (A na ryc. 4 ), którą można było ustawić na jednej z kilku wysokości (trzy według maja, cztery według de Hilster). Ustawiając wysokość łopatki cienia, ustalono zakres kątów, które można było zmierzyć. Pawęż można było przesuwać wzdłuż łaty i odczytywać kąt z jednej z wyskalowanych podziałek na łatie.
Łopatkowe wzroku (C) i poziom łopatkowe (B) zostało ustawione wizualnie horyzontu. Kąt został określony, gdy cień łopatki padał na łopatkę horyzontu i był wyrównany z horyzontem. W praktyce instrument był dokładny, ale bardziej nieporęczny niż kwadrant Davisa.
Pług
Pług była nazwa nadana do niezwykłego instrumentu, która istniała przez krótki czas. To było po części między personelem, a po części backstaff. W figurze 5 , jest rygiel, który rzuca cień na łopatki w horyzoncie B . Działa w taki sam sposób, jak łata na rysunku 1 . C to łopatka celownicza. Nawigator używa łopatki celowniczej i łopatki horyzontalnej do ustawienia przyrządu w poziomie. Żaluzję można przesuwać od lewej do prawej wzdłuż łaty. D jest pawężem, tak jak na belce poprzecznej. Ta pawęż ma na sobie dwie łopatki, które można przesuwać bliżej lub dalej od łaty, aby naśladować rygle o różnej długości. Pawęż można przesuwać na łatie i używać do pomiaru kątów.
Personel Almucantar
Personel almukantarat jest urządzeniem specjalnie wykorzystywane do pomiaru wysokości słońca na niskich wysokościach.
Personel poprzeczny
Laska krzyżowa była zwykle instrumentem do bezpośredniej obserwacji. Jednak w późniejszych latach został zmodyfikowany do użytku z obserwacjami wstecznymi.
Kwadrant
Istniała odmiana kwadrantu - kwadrant obserwacji wstecznej - który był używany do pomiaru wysokości Słońca poprzez obserwację cienia rzucanego na łopatkę horyzontu.
Thomas Hood cross-staff
Thomas Hood wynalazł tę krzyżową laskę w 1590 roku. Można jej było używać do pomiarów geodezyjnych, astronomii lub innych problemów geometrycznych.
Składa się z dwóch elementów, pawęży i podwórza. Rygiel jest elementem pionowym i jest wyskalowany od 0 ° na górze do 45 ° na dole. W górnej części pawęży zamontowana jest łopatka rzucająca cień. Podwórze jest poziome i posiada podziałkę od 45 ° do 90 °. Rygiel i podwozie są połączone specjalnym okuciem ( podwójne gniazdo na rysunku 6 ), które umożliwia niezależną regulację pawęży w pionie i placu w poziomie.
Możliwe było skonstruowanie instrumentu z podwórzem na górze pawęży, a nie na dole.
Początkowo pawęż i podwozie są ustawione tak, aby oba były połączone przy ich odpowiednich ustawieniach 45 °. Instrument jest trzymany tak, aby podwórko było ustawione poziomo (nawigator może zobaczyć horyzont wzdłuż dziedzińca, aby pomóc w tym). Gniazdo jest poluzowane tak, że pawęż jest przesuwany pionowo, aż cień łopatki zostanie rzucony przy ustawieniu dziedzińca pod kątem 90 °. Jeśli można to osiągnąć za pomocą ruchu samej pawęży, wysokość jest określona przez podziałkę pawęży. Jeśli słońce jest na to zbyt wysoko, poluzowuje się poziomy otwór stoczni w gnieździe i przesuwa podwórko, aby cień mógł wylądować na znaku 90 °. Stocznia podaje wtedy wysokość.
Był to dość dokładny instrument, ponieważ podziałki były dobrze rozstawione w porównaniu do konwencjonalnej łaty krzyżowej . Jednak był trochę nieporęczny i trudny w obsłudze na wietrze.
Kwadrant Benjamina Cole'a
Późny dodatek do kolekcji backstaves w świecie nawigacji, urządzenie to zostało wynalezione przez Benjamina Cole'a w 1748 roku.
Instrument składa się z pięciolinii z obrotową ćwiartką na jednym końcu. Kwadrant ma łopatkę cieniującą , która opcjonalnie może pomieścić soczewkę, taką jak szkło Flamsteed w kwadrancie Davisa, na górnym końcu skali z podziałką (A na rysunku 7 ). To rzuca cień lub wyświetla obraz słońca na łopatce horyzontu (B). Obserwator patrzy na horyzont przez otwór w łopatce celowniczej (D) i szczelinę w łopatce horyzontu, aby upewnić się, że instrument jest wypoziomowany. Składnik kwadrantu jest obracany do momentu wyrównania horyzontu i obrazu lub cienia słońca. Wysokość można następnie odczytać ze skali kwadrantu. W celu dokładniejszego odczytu na łatie (C) zamontowany jest okrągły noniusz .
Fakt, że taki instrument został wprowadzony w połowie XVIII wieku, pokazuje, że kwadrant był nadal żywotnym instrumentem, nawet w obecności oktanta .
Angielski naukowiec George Adams stworzył w tym samym czasie bardzo podobny backstaff. Wersja Adama zapewniała, że odległość między szkłem Flamsteed a łopatką horyzontu była taka sama, jak odległość od łopatki do łopatki celowniczej.
Kwadrant z łukiem poprzecznym
Edmund Gunter wynalazł kwadrant z łukiem kuszy , zwany także łukiem marynarza , około 1623 roku. Jego nazwa pochodzi od podobieństwa do kuszy łuczniczej .
Ten instrument jest interesujący, ponieważ łuk wynosi 120 °, ale jest wyskalowany tylko jako łuk 90 °. W związku z tym kąt odstępu jednego stopnia na łuku jest nieco większy niż jeden stopień. Przykłady instrumentu można znaleźć z podziałką od 0 ° do 90 ° lub z dwoma lustrzanymi segmentami od 0 ° do 45 ° wyśrodkowanymi na środku łuku.
Przyrząd ma trzy łopatki, łopatkę horyzontu (A na rysunku 8 ) z otworem do obserwacji horyzontu, łopatkę cienia (B) do rzucania cienia na łopatkę horyzontu i łopatkę celowniczą (C), którą nawigator używa do oglądania horyzontu i cienia na łopatce horyzontu. Służy to do zapewnienia wypoziomowania instrumentu i jednoczesnego pomiaru wysokości słońca. Wysokość jest różnicą w położeniach kątowych cienia i łopatek celowniczych.
W niektórych wersjach tego instrumentu na łuku zaznaczono deklinację słońca dla każdego dnia w roku. Pozwoliło to nawigatorowi ustawić wiatrowskaz na datę, a przyrząd mógł bezpośrednio odczytać wysokość.
Bibliografia
- Ephraim Chambers, Cyclopædia, The First Volume, 1728 wyjaśniający użycie backstaff
- Maurice Daumas, Instrumenty naukowe XVII i XVIII wieku i ich twórcy , Portman Books, Londyn 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
- Gerard L'Estrange Turner, Antique Scientific Instruments , Blandford Press Ltd. 1980 ISBN 0-7137-1068-3
Uwagi
Linki zewnętrzne
- „Backstaff” na answer.com - dobry schemat tego, jak jest używany backstaff.
- Atrybucja
Ten artykuł zawiera tekst z publikacji znajdującej się obecnie w domenie publicznej : Chambers, Ephraim , wyd. (1728). Cyclopædia, czyli Universal Dictionary of Arts and Sciences (1st ed.). James i John Knapton, i in. Brak lub pusty |title= ( pomoc )