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大航海时代的GPS【六分仪】

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发表于 2019-11-19 15:35 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 海尚帆友俱乐部 于 2019-11-19 15:14 编辑

       欧洲人在15世纪~17世纪期间,在全球范围开启了地理大发现的时代,开辟新航线,大搞远洋贸易。在茫茫的大洋上四周没有参照物,只能依靠星辰来定位。但是要想测量得非常精准,还得要有一件趁手的“兵刃”——既要轻便满足快速测量的要求,又要精确以满足定位所需的精度。
微信图片_20191119151115.jpg

       后来到了十八世纪,牛顿牛老爵爷提出了一个测量角度的工具的设计,并给出了数学证明。后来约翰·坎贝尔船长在他的指引下,就设计出了六分仪用于航海
微信图片_20191119151133.jpg

       一开始底下的圆弧比较短,是圆周的八分之一,被称为八分仪,实际测量的时候有点局促。后来再扩充到圆周的六分之一,就被称之为六分仪。

设计制造
       最初的六分仪外形较大,而且采用铜材制作,十分沉重,领航员不得不把它的下端固定在自己的腰带上,才能保持稳定。后来改用木材制作,虽然重量轻了,但是体积仍然较大。这其中的原因很明显:六分仪的测量准确与否,与刻度划分是否精确密切相关,而早期工业水平有限,难以在小型刻度盘上精确地划分刻度,因此只能做得很大;18世纪末,英国工匠拉姆斯顿发明了可以精确划分刻度的“分位仪”,才真正解决了这一问题,为此英国经度委员会还专门发给他675英镑的奖金,这在当时是相当可观的一笔“巨款”,至此,六分仪真正实现了小型化。
微信图片_20191119151137.jpg

工作原理
       六分仪的主要构造是一个固定支架,一根旋转臂,活动臂上有一面小镜子,固定支架上也有一面小镜子,以及另一边固定支架上的小望远镜。

       在固定支架上的这面镜子,是由两个半圆构成的,一个半圆是透明玻璃,从小望远镜看过去,能看到远方的景物;另半圆则是一面小镜子,从旋转臂上小镜子反射来的光,经过它再反射一次进入小望远镜。
微信图片_20191119151141.jpg


使用设置
微信图片_20191119151144.jpg

       微调螺旋的圆周被划分为 60 等分,它每转一圈,活动臂就移动 1 度,这样从圆周上的读数就可以读出 1 度的六十分之一,也就是1分
微信图片_20191119151148.jpg
       但这还不够,在微调螺旋对面的游标上,将 4 分的宽度再划分成了 5 等分,由它们之间的移动偏差,又可以进一步读出0.2分精度的数值
微信图片_20191119151151.jpg
        这么个看起来并不起眼的工具,却融合了天文学、数学、高精度机械加工等原理。在没有GPS的年代,航海家们靠这个工具实现对船舶的全球定位(当然还有很多其他细节的技术),终于造就了四海称霸的历史。

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