Sydlig vagn

Utställning på Science Museum i London, England. Denna förmodade modellvagn har en differentialväxel .
Sydlig vagn
Traditionell kinesiska 指南車
Förenklad kinesiska 指南车

Den söder-pekande vagnen (eller vagnen ) var ett gammalt kinesiskt tvåhjuligt fordon som bar en rörlig pekare för att indikera söder , oavsett hur vagnen svängde. Vanligtvis tog pekaren formen av en docka eller figur med en utsträckt arm. Vagnen ska ha använts som kompass för navigering och kan även ha haft andra syften.

De gamla kineserna uppfann en mobilliknande pansarvagn på 500-talet f.Kr. kallad Dongwu Che ( kinesiska : 洞屋车 ). Den användes i syfte att skydda krigare på slagfältet. Den kinesiska krigsvagnen var utformad som en slags mobil skyddsvagn med ett skjulliknande tak. Det skulle tjäna till att rullas upp till stadens befästningar för att ge skydd för sappers som gräver under för att försvaga en murs grund. Den tidiga kinesiska krigsvagnen blev grunden för teknologier för tillverkning av forntida kinesiska sydpekande vagnar.

Det finns legender om tidigare vagnar som pekar söderut, men den första tillförlitligt dokumenterade vagnen skapades av den kinesiske maskiningenjören Ma Jun ( ca 200 – 265) av Cao Wei under de tre kungadömena . Inga forntida vagnar existerar fortfarande, men många bevarade forntida kinesiska texter nämner dem och säger att de användes intermittent fram till omkring 1300. Vissa innehåller information om deras inre komponenter och funktion.

Det fanns förmodligen flera typer av södergående vagnar som fungerade annorlunda. I de flesta eller alla av dem manövrerade de roterande väghjulen mekaniskt en växelmekanism för att hålla visaren riktad korrekt. Mekanismen hade inga magneter och detekterade inte automatiskt vilken riktning som var söderut. Pekaren riktades söderut för hand i början av en resa. Därefter, närhelst vagnen vände, roterade mekanismen visaren i förhållande till vagnens kropp för att motverka svängen och hålla pekaren riktad i en konstant riktning, söderut. Således gjorde mekanismen ett slags riktningsdöd räkning , som i sig är benägen för kumulativa fel och osäkerheter. Vissa vagnars mekanismer kan ha haft differentialväxlar .

Historiska texter

De tidigaste källorna

En bild av en vagn som pekar söderut från Sancai Tuhui (publicerad först 1609)

Den söder-pekande vagnen, ett mekaniskt växlat, hjulförsett fordon som användes för att urskilja den södra kardinalriktningen (utan magneter), fick en kort beskrivning av Ma:s samtida Fu Xuan . Den samtida källan till Weilüe från 300-talet , skriven av politikern Yuan Huan från East Han-dynastin, beskrev också den sydpekande vagnen som tillhörde den kinesiske maskiningenjören och politikern Ma Jun . Texten från Jin-dynastin (266–420) från Shu Zheng Ji (Records of Military Expeditions), skriven av Guo Yuansheng, registrerade att vagnar som pekar söderut ofta förvarades i det norra porthuset till Government Workshops (Shang Fang) huvudstad. Den senare skrivna Song Shu ( Book of Song ) (600-talet) registrerade dock den sydpekande vagnens design och användning i ytterligare detalj, samt skapade bakgrundslegenden om enhetens (förmodade) användning långt före Ma's tid, i Västra Zhou-dynastin (1050–771 f.Kr.). Boken gav också en beskrivning av den sydpekande vagnens återuppfinning och användning i tider efter Ma Jun och de tre kungadömena. Texten från 600-talet, översatt av den brittiske vetenskapsmannen och historikern Joseph Needham , lyder som följer (den sydpekande vagnen kallas för den sydpekande vagnen):

Den söder-pekande vagnen konstruerades först av hertigen av Zhou (början av 1:a årtusendet f.Kr. ) som ett sätt att föra hem vissa sändebud som hade anlänt från ett stort avstånd bortom gränserna. Landet som skulle genomkorsas var en gränslös slätt, där människor tappade orienteringen i öster och väster, så (hertigen) lät detta fordon tillverkas för att ambassadörerna skulle kunna skilja nord och söder. Gui Gu Zi- boken säger att folket i staten Zheng , när de samlade jade, alltid bar med sig en "södervisare", och genom detta var de aldrig i tvivel (beträffande sin position). Under Qin- och före detta Han- dynastierna hördes dock inget mer om fordonet. Under den senare Han- perioden återuppfann Zhang Heng den, men på grund av förvirringen och turbulensen vid slutet av dynastin bevarades den inte.

I delstaten Wei (under San Guo- perioden) var Gaotong Long och Qin Lang båda kända forskare; de tvistade om den söder-pekande vagnen inför rätten och sade att det inte fanns något sådant och att historien var nonsens. Men under den Qing långa regeringsperioden (233–237) gav kejsaren Ming Di den lärde Ma Jun i uppdrag att konstruera en, och han lyckades vederbörligen. Detta gick förlorat igen under besvären som närvarade vid etableringen av Jin-dynastin .

Senare lät Shi Hu (kejsaren av Jie Later Zhao -dynastin) göra en av Xie Fei, och återigen gjorde Linghu Sheng en för Yao Xing (kejsare av den senare Qin- dynastin). Den senare erhölls av kejsar An Di från Jin under det 13:e året av Yi-xis regeringstid (417), och den kom slutligen i händerna på kejsar Wu Di från Liu Song-dynastin när han tog över administrationen av Chang'an . Dess utseende och konstruktion var som en trumvagn ( odometer ). En träfigur av en man placerades överst, med armen upplyft och pekande mot söder, (och mekanismen var anordnad på ett sådant sätt att) även om vagnen vände runt och runt, visade pekarmen fortfarande söderut. . I statliga processioner ledde den söder-pekande vagnen vägen, åtföljd av den kejserliga vakten.

Dessa fordon, konstruerade som de hade varit av barbariska ( Qiang ) arbetare, fungerade inte särskilt bra. Även om de kallades södergående vagnar, pekade de ofta inte riktigt, utan var tvungna att förhandla kurvor steg för steg, med hjälp av någon inuti för att justera maskineriet. Den geniale mannen från Fanyang , Zi Zu Chongzhi , sa därför ofta att en ny (och korrekt automatisk) vagn som pekar söderut borde byggas. Så mot slutet av Sheng-Mings regeringstid (477–479) gav kejsaren Shun Di , under fursten av Qis premiärskap, (Zi Zu Chongzhi) i uppdrag att göra en, och när den var klar testades den av Wang Seng-qian, militärguvernör i Tanyang, och Liu Hsiu, ordförande för censorstyrelsen. Utförandet var utmärkt, och även om vagnen var vriden och svängd i hundra riktningar, misslyckades handen aldrig att peka mot söder. Under Jin hade det dessutom också funnits ett fartyg som pekade söderut.

Den sista meningen i avsnittet är av stort intresse för navigering till sjöss, eftersom den magnetiska kompassen som användes för sjöfartsnavigering inte användes förrän vid Shen Kuos tid ( 1031–1095). Även om Song Shu -texten beskriver tidigare prejudikat för den sydpekande vagnen före tiden för Ma Jun, är detta inte helt trovärdigt, eftersom det inte finns några texter före Han- eller Han-dynastin som beskriver enheten. Faktum är att den första kända källan som beskrev berättelser om dess legendariska användning under Zhou-perioden var Gu Jin Zhu -boken av Cui Bao (ca 300), skriven strax efter de tre kungadömena. Cui Bao skrev också att de intrikata detaljerna om konstruktionen för enheten en gång skrevs i Shang Fang Gu Shi ( Traditioner för de kejserliga verkstäderna ), men boken var förlorad på hans tid.

Japan

Barns lärorika leksaksvagn i kinesisk utställning på Expo 2005 i Japan

Uppfinningen av den sydpekande vagnen tog sig också till Japan på 700-talet. Nihon Shoki (The Chronicles of Japan) från 720 beskrev de tidigare kinesiska buddhistmunkarna Zhi Yu och Zhi You som konstruerade flera söderriktade vagnar för kejsar Tenji av Japan år 658. Detta följdes upp av flera fler vagnsanordningar som också byggdes 666 .

Song Shi

Den söder-pekande vagnen kombinerades också med den tidigare uppfinningen av Han-dynastin av vägmätaren, en mekanisk anordning som användes för att mäta tillryggalagd sträcka, och som finns i alla moderna bilar . Det nämndes i Song-dynastins (960–1279) historiska text av Song Shi (sammanställd 1345) att ingenjörerna Yan Su (1027) och Wu Deren (1107) båda skapade sydpekande vagnar, som den beskriver som följer. (I Needhams översättning används tum och fot (ft) som avståndsenheter. 1 tum är 25,4 millimeter. 1 fot är 12 tum eller 304,8 mm.)

Under det femte året av Tian-Shengs regeringstid för kejsar Renzong (1027) tillverkade Yan Su, en divisionsdirektör i ministeriet för arbeten, en vagn som pekade söderut. Han memorerade tronen och sa, [efter den vanliga historiska inledningen]: "Under de fem dynastierna och fram till den regerande dynastin har det, så vitt jag vet, ingen funnits som har kunnat konstruera ett sådant fordon. Men nu har jag har själv uppfunnit en design och har lyckats fullborda den”.

"Metoden går ut på att använda en vagn med en enda stolpe (för två hästar). Ovanför den yttre ramen av vagnens kropp låt det finnas ett lock i två våningar. Sätt en träbild av en xian (odödlig) överst , sträcker ut sin arm för att indikera söder. Använd 9 hjul, stora och små, med totalt 120 tänder, dvs 2 fothjul (dvs. väghjul, på vilka vagnen går) 6 fot högt och 18 fot in omkrets, fästa vid fothjulen, 2 vertikala underordnade hjul, 2,4 fot i diameter och 7,2 fot i omkrets, vardera med 24 tänder, varvid tänderna är med 3 tums mellanrum.

"... Sedan nedanför tvärstången vid stolpens ände två små vertikala hjul 3 tum i diameter och genomborrade av en järnaxel, till vänster 1 litet horisontellt hjul, 1,2 fot i diameter, med 12 tänder, till höger 1 litet horisontellt hjul, 1,2 fot i diameter, med 12 tänder, i mitten 1 stort horisontellt hjul, med diameter 4,8 fot och omkrets 14,4 fot, med 48 tänder, tänderna med 3 tums mellanrum; i mitten ett vertikalt skaft som genomborrar mitten (på det stora horisontella hjulet) 8 fot högt och 3 tum i diameter, upptill bär träfiguren av xian .

"När vagnen rör sig (söderut) låt träfiguren peka söderut. När den kör (och går) österut skjuts (bakre änden av) stolpen till höger; det underordnade hjulet som är fäst vid det högra väghjulet kommer att svänga framåt 12 tänder, dra med det högra lilla horisontella hjulet ett varv (och så) trycker det centrala stora horisontella hjulet för att rotera ett kvarts varv åt vänster. När det har vänt runt 12 tänder, rör sig vagnen österut, och träfiguren står på tvären och pekar söderut. Om den (istället) svänger (och går) västerut, skjuts (bakre änden av) stolpen till vänster; det underordnade hjulet som är fäst vid det vänstra väghjulet kommer att svänga framåt med väghjulet 12 tänder, drar med sig det vänstra lilla horisontella hjulet ett varv och trycker det centrala stora horisontella hjulet för att rotera ett kvarts varv åt höger. När den har vänt runt 12 tänder, rör sig vagnen rakt västerut, men fortfarande står träfiguren tvärs och pekar söderut. Om man vill resa norrut, görs vändningen, vare sig den är österut eller västerut, på samma sätt."

Efter den här första beskrivningen av Yan Sus enhet fortsätter texten att beskriva Wu Derens arbete, som skapade en hjulförsedd enhet som skulle kombinera vägmätaren och vagnen som pekar söderut:

Det beordrades att metoden skulle överlämnas till (lämpliga) tjänstemän så att maskinen kunde tillverkas. Under det första året av Da-Guans regeringstid (1107) presenterade kammarherren Wu Deren specifikationer för den sydpekande vagnen och vagnen med li-registreringstrumman (odometer). De två fordonen tillverkades och användes första gången samma år vid den stora ceremonin av förfädernas offer.

Kroppen på den söder-pekande vagnen var 11,15 fot (lång), 9,5 fot bred och 10,9 fot djup. Vagnens hjul var 5,7 fot i diameter, vagnstången 10,5 fot lång och vagnskroppen i två våningar, övre och nedre. I mitten placerades en skiljevägg. Ovanför stod en figur av en xian som höll i en spö, till vänster och höger fanns sköldpaddor och tranor, en vardera på vardera sidan, och fyra figurer av pojkar med varsin tofs. I den övre våningen fanns det vid de fyra hörnen utlösningsmekanismer, och även 13 horisontella hjul, vart och ett 1,85 fot i diameter, 5,55 fot i omkrets, med 32 tänder med 1,8 tums mellanrum. En central axel, monterad på skiljeväggen, genomborrad nedåt.

I den nedre våningen fanns 13 hjul. I mitten fanns det största horisontella hjulet, 3,8 fot i diameter, 11,4 fot i omkrets och med 100 tänder med 2,1 tums mellanrum. (På vertikala axlar) som sträckte sig till toppen (av facket) till vänster och höger, fanns två små horisontella hjul som kunde stiga och falla, med en järnvikt (fäst på) vardera. Var och en av dessa var 1,1 fot i diameter och 3,3 fot i omkrets, med 17 tänder, med 1,9 tums mellanrum. Återigen, till vänster och höger, fästes hjul, ett på varje sida, i diameter 1,55 fot, i omkrets 4,65 fot, och med 24 tänder, med intervaller på 2,1 tum.

Till vänster och höger var också dubbla kugghjul (lit. tier-wheels), ett par på vardera sidan. Var och en av de nedre komponentväxlarna var 2,1 fot i diameter och 6,3 fot i omkrets, med 32 tänder, med 2,1 tums mellanrum. Var och en av de övre komponentväxlarna var 1,2 fot i diameter och 3,6 fot i omkrets, med 32 tänder, med 1,1 tums mellanrum. På vart och ett av vagnens väghjul, vänster och höger, fanns ett vertikalt hjul med 2,2 fot i diameter, 6,6 fot i omkrets, med 32 tänder med 2,25 tums mellanrum. Både till vänster och höger vid stavens bakre ände fanns små hjul utan tänder ( remskivor ), från vilka det hängde bambusnören, och båda var knutna ovanför vänster respektive höger (ändarna av) axeln (på vagnen).

Om vagnen svänger åt höger gör det att den lilla remskivan till vänster om den bakre änden av staven släpper ner det vänstra (litet horisontella) hjulet. Om den svänger åt vänster får den den lilla remskivan till höger om den bakre änden av stången att släppa ner det högra (litet horisontella) hjulet. Men vagnen flyttar xian och pojkarna står på tvären och pekar söderut. Vagnen är spänd med två röda hästar, bärande frontlets av brons.

Vagnar med differentialväxlar

Bakgrund och förklaring

En illustration av en skillnad mellan drivaxeln (längst ner till höger) och drivhjul på en bil

Den engelske ingenjören George Lanchester föreslog att vissa vagnar som pekar söderut använde differentialväxlar. En differential är en sammansättning av växlar, som numera används i nästan alla bilar utom vissa elektriska och hybridelektriska, som har tre axlar som förbinder den med omvärlden. De är lämpligen märkta A, B och C. Kugghjulen gör att rotationshastigheten för axel A är proportionell mot summan av rotationshastigheterna för axlarna B och C. Det finns inga andra begränsningar för axlarnas rotationshastigheter.

I en bil är axel A ansluten till motorn (genom transmissionen), och axlar B och C är anslutna till två väghjul, ett på varje sida av fordonet. När fordonet svänger måste hjulet som går runt utsidan av svängkurvan rulla längre och rotera snabbare än hjulet på insidan. Differentialen tillåter detta att hända medan båda hjulen drivs av motorn. Om summan av hjulens hastigheter är konstant ändras inte motorns varvtal.

I en vagn som pekar söderut var, enligt hypotesen, axel B kopplad till det ena väghjulet och axel C anslutits genom en riktningsväxellåda till det andra väghjulet. Detta fick axel A att rotera med en hastighet som var proportionell mot skillnaden mellan de två hjulens rotationshastigheter. Pekdockan var kopplad (eventuellt genom mellanväxlar) till axel A. När vagnen rörde sig i en rak linje, svängde de två hjulen i samma hastighet, och dockan roterade inte. När vagnen svängde roterade hjulen i olika hastigheter (av samma anledning som i en bil), så differentialen fick dockan att rotera, vilket kompenserade för vagnens svängning.

Hypotesen att det fanns vagnar som pekade söderut med differentialväxlar har sitt ursprung på 1900-talet. Människor som var bekanta med modern (t.ex. bil) användning av differentialer tolkade några av de gamla kinesiska beskrivningarna på sätt som överensstämde med deras egna idéer. I huvudsak återuppfann de den sydpekande vagnen, eftersom den tidigare hade återuppfunnits flera gånger under antiken. Arbetsvagnar som använder differentialer har konstruerats under de senaste decennierna. Huruvida några sådana vagnar funnits tidigare är inte känt med säkerhet.

Även om Antikythera-mekanismen tros ha använt differentialväxlar, var den första riktiga differentialväxeln som definitivt är känd för att ha använts av Joseph Williamson 1720. Han använde en differential för att korrigera tidsekvationen för en klocka som visade både medel- och soltid .

Geometriska egenskaper

Om den sydpekande vagnen byggdes helt exakt, med hjälp av en differentialväxel, och om den färdades på en jord som var perfekt slät, skulle den ha intressanta egenskaper. Det skulle vara en mekanisk kompass som transporterar en riktning, given av pekaren, längs vägen den färdas. Matematiskt utför enheten parallell transport längs vägen den färdas.

Vagnen kan användas för att upptäcka raka linjer eller geodetik . En bana på en yta som vagnen färdas längs är en geodetisk om och endast om pekaren inte roterar med avseende på basen av vagnen.

På grund av krökningen av jordens yta (på grund av att den är krökt som en glob), skulle vagnen i allmänhet inte fortsätta att peka rakt söderut när den rör sig. Till exempel, om vagnen rör sig längs en geodetisk (som approximeras av en stor cirkel ) bör pekaren istället stanna i en fast vinkel mot banan. Dessutom, om två vagnar färdas på olika vägar mellan samma start- och målpunkt, pekar deras pekare, som var riktade i samma riktning vid starten, vanligtvis inte i samma riktning vid målet. På samma sätt, om en vagn går runt en sluten slinga och startar och slutar vid samma punkt på jordens yta, siktar dess pekare i allmänhet inte åt samma håll mot målet som den gjorde vid starten. Skillnaden är banans holonomi och är proportionell mot det slutna området. Om resorna är korta jämfört med jordens radie är dessa avvikelser små och kanske inte har någon praktisk betydelse. Ändå visar de att denna typ av vagn, baserad på differentialväxlar, skulle vara en ofullkomlig kompass även om den konstruerades exakt och användes under idealiska förhållanden.

Brist på precision och implikationer

Riktiga maskiner byggs aldrig helt exakt. Enkel geometri visar att om vagnens mekanism är baserad på en differentialväxel och om till exempel bredden på vagnens spår (avståndet mellan dess hjul) är tre meter, och om hjulen är avsedda att vara identiska men faktiskt skiljer sig i diameter med en del av tusen, då om vagnen färdas en kilometer i en rak linje, kommer den "sydvändande" figuren att rotera nästan tjugo grader. Om den initialt pekar exakt söderut, kommer den i slutet av den en kilometer långa resan att peka nästan åt syd -sydost eller sydsydväst , beroende på vilket hjul som är det största. Om vagnen färdas nio kilometer kommer figuren att peka nästan rakt norrut. Uppenbarligen skulle detta göra den värdelös som en kompass som pekar söderut. För att vara ett användbart navigeringsverktyg skulle figuren inte behöva rotera mer än ett par grader över en resa på hundra kilometer, men detta skulle kräva att vagnens hjul är lika i diameter inom en del på en miljon. Även om tillverkningsprocessen för hjulen kunde uppnå denna precision (vilket inte skulle vara möjligt med antika kinesiska metoder), är det tveksamt att jämlikheten mellan hjulen skulle kunna bibehållas så länge de utsätts för slitaget från färden över öppet land. Oregelbundenhet i marken skulle lägga till ytterligare fel till enhetens funktion.

Betydande skepsis är därför berättigad till huruvida denna typ av södergående vagn, som använde en differentialväxel under hela tiden, användes i praktiken för att navigera över långa avstånd. Tänkbart var dockan som pekade mot söder fäst vid vagnens kropp medan den färdades i raka linjer, och kopplad till differentialen endast när vagnen svängde. Vagnföraren kunde ha manövrerat en kontroll för att göra detta precis före och efter varje sväng, eller kanske ropat kommandon till någon inne i vagnen som kopplade ihop och kopplade ur dockan och differentialen. Detta kunde ha gjorts utan att stoppa vagnen. Om svängarna varit korta och sällsynta, skulle detta ha minskat pekfelen avsevärt, eftersom de endast skulle ha ackumulerats under de korta perioder då dockan och differentialen var anslutna. Det väcker dock problemet med hur vagnen kunde ha hållits färdas i raka linjer med tillräcklig noggrannhet utan att använda den pekande dockan.

Om de verkliga syftena med vagnen och redogörelserna för den var nöjen och imponerande besökande utlänningar, snarare än verklig långdistansnavigering, så hade dess felaktighet kanske inte varit viktig. Med tanke på att en stor mekanisk vagn eller vagn skulle vara skyldig att färdas på vägar, skulle destinationen i fråga vanligtvis inte vara i en okänd riktning. Det faktum att de ovan citerade källorna nämner att vagnen placerades längst fram i processioner, dess höga nivå av mekanisk komplexitet och bräcklighet och att den "uppfanns på nytt" flera gånger bidrar till slutsatsen att den inte användes för navigering, eftersom ett verkligt praktiskt och användbart navigeringsverktyg skulle inte glömmas bort eller lämnas oanvänt.

Vagnar utan differentialväxlar

Även om hypotesen att den sydpekande vagnen använde differentialväxlar har fått bred acceptans, bör det inses att funktionella söderutpekande vagnar utan differentialväxlar är möjliga. De gamla beskrivningarna är ofta oklara, men de tyder på att kineserna implementerade flera olika mönster, av vilka åtminstone några inte inkluderade differentialer.

Mekaniska konstruktioner

Några av de gamla beskrivningarna tyder på att vissa vagnar som pekar söderut kunde röra sig på bara tre sätt: rakt fram eller sväng åt vänster eller höger med en fast krökningsradie. Ett tredje hjul kan ha använts för att fixera svängradien. Om vagnen svängde var pekdockan kopplad med kugghjul till ett eller annat av de två huvudvägshjulen (t.ex. vilket som var på utsidan av kurvan som vagnen rörde sig runt) så dockan roterade med en fast hastighet, relativt till hastigheten för vagnens rörelse, för att kompensera för den förutbestämda turhastigheten. Dockan svängde i motsatta riktningar beroende på vilket väghjul som var kopplat till den, så dess rotation kompenserade för att vagnen svängde åt vänster eller höger. Denna design skulle ha varit enklare än att använda en differentialväxel.

Vagnarna från Yan Su och Wu Deren verkar ha använt denna typ av mekanism. (Se beskrivningar citerade från Song Shi ovan.) Förutom närvaron av komponenter i Wu Derens fordon för att få det att fungera som en vägmätare , fanns det bara mindre skillnader mellan dem. I varje vagn var de två huvudvägshjulen fästa vid vertikala kugghjul. Ett stort horisontellt kugghjul var kopplat (eventuellt via mellanväxling) till den pekande dockan och placerades så att en diameter nästan spänner över utrymmet mellan de översta punkterna på de vertikala kugghjulen. När vagnen rörde sig rakt fram fanns det ingen koppling mellan dessa växlar, men när vagnen svängde sänktes ett litet kugghjul ner i kontakt med den horisontella växeln och en av de vertikala växlarna, vilket länkade dockan till en av vägen hjul. Två små kugghjul fanns tillgängliga, ett för att ansluta den horisontella växeln till var och en av de vertikala. Naturligtvis användes de inte samtidigt. De små kugghjulen höjdes och sänktes av ett arrangemang av vikter, remskivor och linor som var fästa vid staven som hästarna som drog vagnen var spända till. När hästarna rörde sig åt ena eller andra sidan, för att vända vagnen, rörde sig stången och snören sänkte det passande lilla kugghjulet till sitt arbetsläge. När hästarna återvände till att gå rakt fram höjdes det lilla kugghjulet ur kontakt med de huvudsakliga horisontella och vertikala kugghjulen. Således fungerade systemet automatiskt. Spegelsymmetrin hos de vertikala kugghjulen som är länkade av de små kugghjulen till den horisontella växeln vid diametralt motsatta punkter gjorde att den horisontella växeln roterade i motsatta riktningar beroende på vilket väghjul som var kopplat till det, vilket roterade pekdockan i motsatta riktningar när vagnen svängde åt vänster och höger.

Beskrivningen nämner inte ett tredje väghjul för att fixera svängradien, men det är möjligt att ett sådant hjul fanns. Inga kugghjul skulle ha varit fästa på den, så kanske författaren till beskrivningen inte nämnde det eftersom han inte insåg att det var en viktig del av mekanismen. Att sätta ett sådant hjul på vagnen och få den att fungera korrekt hade inte varit svårt. Det kan ha varit fäst vid stolpen som hästarna var spända till. Stopp skulle ha tillhandahållits för att begränsa stavens rörelser till vänster och höger.

Om ett tredje väghjul inkluderats, skulle den här typen av söderriktande vagn ha fungerat ganska exakt som en kompass när den användes för korta resor under goda förhållanden, men om den användes för långa resor skulle den ha varit föremål för kumulativa fel, som vagnar med differentialmekanismen.

Om det i själva verket inte fanns något tredje väghjul, hade vagnen kanske fungerat som en kompass om svängarna alltid gjordes så att ett av de två hjulen stod stilla och bara det andra roterade, med den pekande dockan kopplad till den med kugghjul. Vagnföraren kunde ha hindrat det stillastående hjulet från att svänga genom att kontrollera hästarna på lämpligt sätt. (En broms skulle ha hjälpt, men det nämns inget i beskrivningen.) Radien på kurvan runt vilken det roterande hjulet rörde sig skulle ha varit lika med vagnens spårbredd och växlarna som vred dockan skulle ha varit väljs därefter. Denna design skulle ha fungerat som en kompass för korta resor, men skulle ha lidit av kumulativa fel om den användes för långa. Dessutom skulle vagnen ha varit långsam och besvärlig att svänga. Detta kanske inte hade spelat någon roll om vändningar sällan verkställdes.

Song Shi- beskrivningen av växlarna i Yan Sus vagn, och antalet tänder på dem, antyder att det fungerade på det här sättet, utan ett tredje väghjul. Utväxlingsförhållandena skulle ha varit korrekta om pekdockan var fäst direkt på det stora horisontella kugghjulet, och vagnens spårbredd motsvarade väghjulens diameter. Wu Derens vagn verkar också ha designats för att fungera på detta sätt. Vagnens bredd, och därför förmodligen spårvidden, var större än hjulens diameter. Utväxlingarna var lämpliga för dessa dimensioner.

Vagnföraren skulle ha behövt använda stor skicklighet för att säkerställa att radien för varje sväng av vagnen var korrekt för att ett av hjulen skulle sluta rotera exakt. Om han inte gjorde detta på rätt sätt, skulle den pekande dockan inte ha fortsatt att sikta mot söder. Han skulle ha kunnat justera i vilken riktning den siktade genom att göra svängar som var mer eller mindre skarpa. Detta skulle ibland ha gett honom möjligheter att använda vagnen oärligt. Om den till exempel demonstrerades för åskådare och kördes runt framför dem och gjorde många svängar, skulle vagnföraren, som skulle ha vetat vilken väg som var söderut, ha kunnat få vagnen att se ut att fungera extremt exakt som en kompass under långa perioder. Åskådarna kunde ha fått se maskineriet och skulle ha sett att vagnföraren inte kunde manipulera dockan. De skulle förmodligen ha blivit imponerade av mekanismens uppenbara noggrannhet. Det är möjligt att denna typ av vagn ibland konstruerades med det främsta syftet att bedrägligt imponera på åskådare. Möjligen bedrog människor som byggde dessa vagnar sina egna arbetsgivare med dem, vilket kunde ha gett dem berömmelse och rikedom förutsatt att ingen försökte använda vagnarna för riktig navigering.

Andra mekaniska konstruktioner för den sydpekande vagnen är också möjliga, inklusive sådana som använder en anordning som används idag, gyrokompassen . Det finns dock inget som tyder på att de gamla kineserna kände till dessa.

Icke-mekaniska möjligheter

Vissa vagnar som pekar söderut kanske inte var rent mekaniska anordningar. Någon som åkt inne i vagnen kan ha använt någon icke-mekanisk metod för att bestämma kompassriktningarna och vänt dockan ovanpå vagnen i enlighet med detta. Det finns flera metoder som kunde ha använts, till exempel:

  • Genom att använda en magnetisk kompass . Kineserna använde detta för navigering på 1000-talet, när sydpekande vagnar fortfarande tillverkades och användes.
  • Genom att använda astronomiska observationer av solen och/eller stjärnorna, t.ex. Polstjärnan . Kinesisk astronomisk kunskap var omfattande.
  • Genom att använda lokalkännedom. Personen i vagnen kan ha känt till området eller haft en karta eller beskrivning av det.
  • Genom att observera polariseringen av ljus från himlen. Vikingar använde dubbelbrytande kristaller av isländsk spar för att navigera över Atlanten med denna metod ungefär samtidigt. [ citat behövs ] Islandspar finns i Kina, såväl som på Island och några andra platser. Insekter som bin kan reagera på himlens polarisering och använda den för att hitta hem. Huruvida kineserna använde det är hypotetiskt, men det är säkert möjligt.
  • Genom att observera ljus som hade brutits av jordens atmosfär. Detta är en av de tekniker som användes av polynesiska navigatörer för att styra fartyg mellan Stillahavsöarna. När jordens yta, havet eller marken, är kallare än luften ovanför den, bildas ett tätt lager av luft nära ytan, som bryter ljuset nedåt. Resultatet är att ljus kan gå runt jordens krökning, vilket gör att saker kan ses på mycket större avstånd än vad enkel geometri skulle förutsäga. Bilderna är mycket förvrängda, men de kan kännas igen av skickliga navigatörer. Vissa andra polynesiska tekniker kan också användas på land och kan ha använts av kineserna.

Till skillnad från mekanismer som är beroende av rotation av väghjul, kan de flesta av dessa metoder användas till sjöss. Detta kan förklara omnämnandet (se "De tidigaste källorna" ovan) att en marin version av den sydpekande vagnen fanns.

Dessa metoder kan fungera exakt över långa avstånd, till skillnad från de mekaniska designerna för vagnen.

Nödvändighet av icke-mekanisk orientering

A wooden two-wheeled cart supporting a series of wooden peg gears and a metal statue pointing with one outstretched hand.
En replik av en vagn som pekar söderut vid Ibn Battuta Mall , Dubai

Någon icke-mekanisk metod för att hitta södern måste ha använts när en mekanisk vagn som pekar söderut initierades och riktade sin pekare mot söder i början av en resa. Vilken som helst av metoderna som nämns ovan i "Icke-mekaniska möjligheter" kunde ha använts.

Om någon sydpekande vagn verkligen användes för långdistansnavigering, måste den ha förlitat sig (efter initialisering) på en icke-mekanisk riktningssökningsmetod. Den kan ha körts icke-mekaniskt av någon som åkt i den, som beskrivits ovan. Alternativt, om den hade en mekanisk mekanism, måste den ofta ha återinitierats icke-mekaniskt för att eliminera ackumulerade fel och osäkerheter.

De enda vagnar som kanske inte behövde icke-mekaniska metoder för att hitta söderut skulle ha varit de som aldrig användes för långdistansnavigering. Om vissa vagnar endast användes för nöjen eller bedrägeri, kunde de ha fungerat rent mekaniskt. Till och med initiering kunde ha undvikits genom att helt enkelt förklara någon godtycklig riktning som "söder".

Moderna repliker

Även om ingen av de historiska vagnarna som pekar söderut finns kvar, kan repliker i full storlek hittas.

Historiska museet [ förtydligande behövs ] i Peking , Kina , har en kopia baserad på mekanismen för Yen Su (1027). National Palace Museum i Taipei , Taiwan , har en kopia baserad på Lanchester-mekanismen från 1932.

Benämnt som "södra pekar mannen", två repliker kan också ses (och fysiskt experimenteras med) vid Ontario Science Center i Toronto, Kanada.

Se även

Anteckningar

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=South-pointing_chariot&oldid=1121898125 "