.jpg/1280px-South-pointing_chariot_(Science_Museum_model).jpg)
Колесница (или повозка ), указывающая на юг , была древним китайским двухколесным транспортным средством, которое везло подвижный указатель, указывающий на юг , независимо от того, как поворачивала колесница. Обычно указатель имел форму куклы или фигуры с вытянутой рукой. Колесница предположительно использовалась в качестве компаса для навигации и, возможно, имела и другие цели.
Древние китайцы изобрели мобильную бронированную повозку в V веке до н. э. под названием Dongwu Che ( китайский :洞屋车). Она использовалась для защиты воинов на поле боя. Китайская военная повозка была разработана как своего рода мобильная защитная повозка с крышей, похожей на сарай. Она служила для того, чтобы ее подкатывали к городским укреплениям, чтобы обеспечить защиту саперам , рывшим под землей, чтобы ослабить фундамент стены. Ранняя китайская военная повозка стала основой технологий для изготовления древних китайских колесниц, указывающих на юг. [1] [2]
Существуют легенды о более ранних колесницах, указывающих на юг, но первая надежно задокументированная была создана китайским инженером-механиком Ма Цзюнем ( ок. 200 – 265) из Цао Вэй во времена Троецарствия . Древних колесниц до сих пор не сохранилось, но во многих сохранившихся древних китайских текстах упоминаются они, в которых говорится, 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 дорожные колеса механически приводили в действие зубчатый механизм, чтобы удерживать указатель направленным правильно. Механизм не имел магнитов и не определял автоматически, какое направление было на юг. Указатель направлялся на юг вручную в начале поездки. Впоследствии, всякий раз, когда колесница поворачивала, механизм поворачивал указатель относительно корпуса колесницы, чтобы противодействовать повороту и удерживать указатель направленным в постоянном направлении, на юг. Таким образом, механизм выполнял своего рода направленный точный расчет , который по своей природе подвержен кумулятивным ошибкам и неопределенностям. Механизмы некоторых колесниц могли иметь дифференциальные передачи.
.jpg/1280px-%E6%8C%87%E5%8D%97%E8%BB%8A%E5%9C%96_(%E4%B8%89%E6%89%8D%E5%9C%96%E6%9C%83).jpg)
Современник Ма Фу Сюань дал краткое описание колесницы, указывающей на юг, — механического колесного транспортного средства, используемого для определения южного направления света (без магнитов). [ 3] Современный источник 3-го века « Вэйлюэ» , написанный политиком династии Восточная Хань Юань Хуанем, также описывал колесницу, указывающую на юг, как принадлежащую китайскому инженеру-механику и политику Ма Цзюню . [4] В тексте эпохи династии Цзинь (266–420) « Шу Чжэн Цзи» («Записи о военных экспедициях»), написанном Го Юаньшэном, записано, что указывающие на юг колесницы часто хранились в северной сторожке правительственных мастерских (Шан Фан) столицы. [4] Однако позднее написанная Сун Шу ( Книга Песен ) (6 век) более подробно описала конструкцию и использование колесницы, указывающей на юг, а также создала фоновую легенду об использовании устройства (предполагаемом) задолго до времени Ма, в династии Западная Чжоу (1050–771 до н.э.). В книге также приводится описание повторного изобретения и использования колесницы, указывающей на юг, во времена после Ма Цзюня и Троецарствия. Текст 6 века, переведенный британским ученым и историком Джозефом Нидхэмом , гласит следующее (колесница, указывающая на юг, упоминается как повозка, указывающая на юг):
Повозка, указывающая на юг, была впервые построена герцогом Чжоу (начало 1-го тысячелетия до н. э. ) как средство доставки домой некоторых посланников, прибывших издалека за пределы границ. Страна, которую предстояло пересечь, представляла собой бескрайнюю равнину, в которой люди теряли ориентиры относительно востока и запада, поэтому (герцог) приказал сделать эту повозку, чтобы послы могли различать север и юг. В книге Гуй Гу Цзы говорится, что люди государства Чжэн , собирая нефрит, всегда носили с собой «указатель на юг», и благодаря этому никогда не сомневались (относительно своего местоположения). Однако во времена династий Цинь и Ранняя Хань об этой повозке больше ничего не было слышно. В период Поздней Хань Чжан Хэн заново изобрел ее, но из-за путаницы и беспорядков в конце династии она не сохранилась. [5]
В государстве Вэй (в период Сань Го ) Гаотонг Лун и Цинь Лан были известными учеными; они спорили о повозке, указывающей на юг, перед судом, говоря, что ничего подобного не было, и что эта история — чепуха. Но в период правления Цин-лонг (233–237) император Мин Ди поручил ученому Ма Цзюню построить ее, и он должным образом преуспел. Она снова была утеряна во время беспорядков, сопровождавших установление династии Цзинь . [6]
Позже Ши Ху (император династии Цзе Поздняя Чжао ) заказал один у Се Фэя, а Линху Шэн снова сделал один для Яо Сина (императора династии Поздняя Цинь ). Последний был получен императором Ань Ди из Цзинь в 13-м году правления И-си (417), и, наконец, он попал в руки императора У Ди из династии Лю Сун , когда он взял на себя управление Чанъань . Его внешний вид и конструкция были похожи на барабанную повозку ( одометр ). Деревянная фигура человека была помещена наверху с поднятой рукой, указывающей на юг, (и механизм был устроен таким образом, что) хотя повозка вращалась кругом, стрелка указателя все еще указывала на юг. В государственных процессиях повозка, указывающая на юг, шла впереди, в сопровождении императорской гвардии. [7]
Эти транспортные средства, построенные варварскими ( цянскими ) рабочими, не работали особенно хорошо. Хотя их называли повозками, указывающими на юг, они очень часто не указывали верно и должны были преодолевать повороты шаг за шагом с помощью кого-то внутри, чтобы отрегулировать механизм. Гениальный человек из Фаньяна , Цзы Цзу Чунчжи, часто говорил поэтому, что следует построить новую (и должным образом автоматическую) повозку, указывающую на юг. Поэтому к концу периода правления Шэн-Мин (477–479) император Шунь Ди , во время премьерства принца Ци, поручил (Цы Цзу Чунчжи) сделать одну, и когда она была закончена, ее испытали Ван Сэн-цянь, военный губернатор Таньяна, и Лю Сю, президент Совета цензоров. Качество работы было превосходным, и хотя повозка была перекручена и повернута в сотне направлений, стрелка никогда не переставала указывать на юг. Более того, при Цзинь также был корабль, указывающий на юг. [7]
Последнее предложение отрывка представляет большой интерес для навигации на море, поскольку магнитный компас, используемый для навигации в море, не использовался до времен Шэнь Ко (1031–1095). Хотя текст Сун Шу описывает более ранние прецеденты колесницы, указывающей на юг, до времен Ма Цзюня, это не совсем достоверно, поскольку нет текстов доханьской или ханьской эпох, описывающих это устройство. [8] Фактически, первым известным источником, описывающим истории о его легендарном использовании в период Чжоу, была книга Гу Цзинь Чжу Цуй Бао (ок. 300 г.), написанная вскоре после эпохи Троецарствия. [4] 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. [4]
Изобретение колесницы, указывающей на юг, также пришло в Японию к 7 веку. В «Нихон сёки » (Хроники Японии) 720 года описывается, как китайские буддийские монахи Чжи Юй и Чжи Ю построили несколько колесниц, указывающих на юг, для императора Японии Тэндзи в 658 году. [9] За этим последовало еще несколько колесниц, построенных в 666 году. [9]
Колесница, указывающая на юг, также была объединена с изобретением одометра ранней эпохи династии Хань , механического устройства, используемого для измерения пройденного расстояния, и встречающегося во всех современных автомобилях . В историческом тексте династии Сун (960–1279) Сун Ши (составленном в 1345 году) упоминается , что инженеры Янь Су (в 1027 году) и У Дэрэн (в 1107 году) оба создали колесницы, указывающие на юг, которые подробно описаны ниже. [10] (В переводе Нидхэма дюймы и футы (фт) используются в качестве единиц расстояния. 1 дюйм равен 25,4 миллиметра. 1 фут равен 12 дюймам или 304,8 мм.)
В 5-й год правления императора Жэньцзуна в эпоху Тянь-Шэн (1027) Ян Су, директор отдела в Министерстве работ, сделал повозку, указывающую на юг. Он увековечил память о троне, сказав [после обычного исторического вступления]: «На протяжении Пяти династий и до правящей династии не было, насколько мне известно, никого, кто был бы способен построить такую повозку. Но теперь я сам придумал проект и преуспел в его завершении». [10]
«Способ заключается в использовании повозки с одним оглобельным приспособлением (для двух лошадей). Над внешним каркасом кузова повозки пусть будет навес в два этажа. Установите наверху деревянное изображение сяня ( бессмертного), вытянувшего руку, чтобы указать на юг. Используйте 9 колес, больших и малых, с общим числом зубцов 120, т. е. 2 колеса для ног (т. е. колеса для езды, на которых движется повозка) высотой 6 футов и окружностью 18 футов, прикрепленных к колесам для ног, 2 вертикальных подчиненных колеса диаметром 2,4 фута и окружностью 7,2 фута, каждое с 24 зубцами, зубцы расположены на расстоянии 3 дюймов друг от друга. [10]
«... Затем ниже перекладины на конце шеста два небольших вертикальных колеса диаметром 3 дюйма, пронзенные железной осью, слева 1 небольшое горизонтальное колесо диаметром 1,2 фута с 12 зубцами, справа 1 небольшое горизонтальное колесо диаметром 1,2 фута с 12 зубцами, в середине 1 большое горизонтальное колесо диаметром 4,8 фута и окружностью 14,4 фута с 48 зубцами, зубцы расположены на расстоянии 3 дюймов друг от друга; в середине вертикальный вал, пронзающий центр (большого горизонтального колеса), высотой 8 футов и диаметром 3 дюйма; наверху несущая деревянную фигурку сяня . [ 10]
«Когда каретка движется (на юг), пусть деревянная фигурка указывает на юг. Когда она движется (и идет) на восток, (задний конец) шеста толкается вправо; подчиненное колесо, прикрепленное к правому колесу, повернется вперед на 12 зубцов, увлекая за собой правое маленькое горизонтальное колесо на один оборот (и таким образом) толкая центральное большое горизонтальное колесо, чтобы оно повернулось на четверть оборота влево. Когда она повернется на 12 зубцов, каретка движется на восток, а деревянная фигурка встает крест-накрест и указывает на юг. Если (вместо этого) она поворачивается (и идет) на запад, (задний конец) шеста толкается влево; подчиненное колесо, прикрепленное к левому колесу, повернется вперед с колесом на 12 зубцов, увлекая за собой левое маленькое горизонтальное колесо на один оборот и толкая центральное большое горизонтальное колесо, чтобы оно повернулось на четверть оборота вправо. Когда она повернется на 12 зубцов, каретка движется на запад, но деревянная фигурка все еще стоит крест-накрест и указывает на юг. Если кто-то хочет ехать на север, поворот Круг, будь то с востока или с запада, делается одинаково». [11]
После этого первоначального описания устройства Янь Су текст продолжает описывать работу У Дэрэня, который создал колесное устройство, которое объединяло одометр и колесницу, указывающую на юг:
Было приказано, чтобы метод был передан (соответствующим) чиновникам, чтобы машина могла быть сделана. В первый год правления Да-Гуана (1107) камергер У Дэрэн представил спецификации повозки, указывающей на юг, и повозки с барабаном для записи ли (одометром). Оба транспортных средства были сделаны и впервые использованы в том году на большой церемонии жертвоприношения предков. [12]
Корпус кареты, указывающей на юг, был 11,15 футов (длина), 9,5 футов в ширину и 10,9 футов в глубину. Колеса кареты были 5,7 футов в диаметре, дышло кареты 10,5 футов в длину, а корпус кареты был в два этажа, верхний и нижний. В середине была помещена перегородка. Над ней стояла фигура ксианя, держащего стержень, слева и справа были черепахи и журавли, по одной с каждой стороны, и четыре фигуры мальчиков, каждый из которых держал кисточку. В верхнем этаже в четырех углах были механизмы спуска, а также 13 горизонтальных колес, каждое 1,85 фута в диаметре, 5,55 футов в окружности, с 32 зубцами с интервалом 1,8 дюйма друг от друга. Центральный вал, установленный на перегородке, был проколот вниз. [12]
В нижнем этаже было 13 колес. В середине было самое большое горизонтальное колесо, 3,8 фута в диаметре, 11,4 фута в окружности, и имеющее 100 зубцов с интервалом 2,1 дюйма друг от друга. (На вертикальных осях), достигающих верха (отсека) слева и справа, были два небольших горизонтальных колеса, которые могли подниматься и опускаться, имея железный груз (прикрепленный) к каждому. Каждое из них было 1,1 фута в диаметре и 3,3 фута в окружности, с 17 зубцами, с интервалом 1,9 дюйма друг от друга. Опять же, слева и справа, были прикреплены колеса, по одному с каждой стороны, диаметром 1,55 фута, в окружности 4,65 фута, и имеющие 24 зубца, с интервалом 2,1 дюйма. [12]
Слева и справа также были двойные зубчатые колеса (буквально tier-wheels), по паре с каждой стороны. Каждая из нижних компонентных шестерен была 2,1 фута в диаметре и 6,3 фута в окружности, с 32 зубьями, с интервалом 2,1 дюйма друг от друга. Каждая из верхних компонентных шестерен была 1,2 фута в диаметре и 3,6 фута в окружности, с 32 зубьями, с интервалом 1,1 дюйма друг от друга. На каждом из колес повозки, слева и справа, было вертикальное колесо 2,2 фута в диаметре, 6,6 фута в окружности, с 32 зубьями, с интервалом 2,25 дюйма друг от друга. И слева, и справа на заднем конце шеста были маленькие колеса без зубьев ( шкивы ), с которых свисали бамбуковые шнуры, и оба были привязаны над левым и правым (концами) оси (повозки) соответственно. [12]
Если карета поворачивается направо, это заставляет маленький шкив слева от заднего конца шеста опускать левое (маленькое горизонтальное) колесо. Если она поворачивается налево, это заставляет маленький шкив справа от заднего конца шеста опускать правое (маленькое горизонтальное) колесо. Однако карета двигает сянь, и мальчики стоят крест-накрест и указывают на юг. Карета запряжена двумя красными лошадьми, несущими налобные повязки из бронзы. [12]
Английский инженер Джордж Ланчестер предположил, что некоторые колесницы, указывающие на юг, используют дифференциальные передачи. [13] Дифференциал — это набор шестерен, который в настоящее время используется почти во всех автомобилях, за исключением некоторых электрических и гибридно-электрических, который имеет три вала, связывающих его с внешним миром. Они удобно обозначены как A, B и C. Шестерни заставляют скорость вращения вала A быть пропорциональной 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 колесами, по одному с каждой стороны транспортного средства. Когда транспортное средство поворачивает, колесо, проходящее по внешней стороне кривой поворота, должно катиться дальше и вращаться быстрее, чем колесо на внутренней стороне. Дифференциал позволяет это делать, пока оба колеса приводятся в движение двигателем. Если сумма скоростей колес постоянна, скорость двигателя не меняется.
В колеснице, указывающей на юг, согласно гипотезе, вал B был соединен с одним колесом, а вал C был соединен через шестерню, изменяющую направление , с другим колесом. Это заставляло вал A вращаться со скоростью, пропорциональной разнице скоростей вращения двух колес. Указывающая кукла была соединена (возможно, через промежуточные шестерни) с валом A. Когда колесница двигалась по прямой, два колеса вращались с одинаковой скоростью, а кукла не вращалась. Когда колесница поворачивалась, колеса вращались с разной скоростью (по той же причине, что и в автомобиле), поэтому дифференциал заставлял куклу вращаться, компенсируя поворот колесницы.
Гипотеза о том, что существовали колесницы, указывающие на юг, с дифференциальными передачами, возникла в 20 веке. Люди, которые были знакомы с современным (например, автомобильным) использованием дифференциалов, интерпретировали некоторые из древних китайских описаний способами, которые согласовывались с их собственными идеями. По сути, они заново изобрели колесницу, указывающую на юг, как она ранее была заново изобретена несколько раз в древности. Рабочие колесницы, использующие дифференциалы, были построены в последние десятилетия. Существовали ли такие колесницы ранее, достоверно неизвестно.
Хотя считается, что в механизме Антикитеры использовались дифференциальные передачи, первое настоящее дифференциальное устройство, о котором точно известно, было использовано Джозефом Уильямсоном в 1720 году. [14] Он использовал дифференциал для коррекции уравнения времени для часов , которые отображали как среднее , так и солнечное время . [14]
Если бы колесница, указывающая на юг, была построена идеально точно, с использованием дифференциальной передачи, и если бы она путешествовала по идеально гладкой Земле, она имела бы интересные свойства. Это был бы механический компас, который переносит направление, заданное указателем, по пути, по которому он движется. Математически устройство выполняет параллельный перенос по пути, по которому он движется.
Колесницу можно использовать для обнаружения прямых линий или геодезических линий . Путь на поверхности, по которому движется колесница, является геодезическим тогда и только тогда, когда указатель не вращается относительно основания колесницы.
Из-за кривизны поверхности Земли (из-за того, что она изогнута как шар) колесница, как правило, не будет продолжать указывать строго на юг по мере своего движения. Например, если колесница движется по геодезической (приблизительно любой большой окружности ), указатель должен вместо этого оставаться под фиксированным углом к пути. Кроме того, если две колесницы движутся по разным маршрутам между одними и теми же точками отправления и прибытия, их указатели, которые были направлены в одном направлении в начале, обычно не указывают в одном направлении в конце. Аналогично, если колесница движется по замкнутому контуру, начиная и заканчивая в одной и той же точке на поверхности Земли, ее указатель обычно не направлен в том же направлении в конце, как в начале. Разница заключается в голономии пути, и она пропорциональна замкнутой области. Если поездки короткие по сравнению с радиусом Земли, эти расхождения невелики и могут не иметь практического значения. Тем не менее, они показывают, что этот тип колесницы, основанный на дифференциальных передачах, был бы несовершенным компасом, даже если бы был построен точно и использовался в идеальных условиях.
Реальные 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 должны быть идентичными, но на самом деле отличаются по диаметру на одну тысячную, то если колесница проедет один километр по прямой, то «указывающая на юг» фигура повернется почти на двадцать градусов. Если она изначально указывает точно на юг, то в конце поездки в один километр она будет указывать почти на юго-юго-восток или юго-юго-запад , в зависимости от того, какое колесо больше. Если колесница проедет девять километров, то фигура в конечном итоге будет указывать почти точно на север. Очевидно, что это сделает ее бесполезной в качестве указывающего на юг компаса. Чтобы быть полезным навигационным инструментом, фигурка должна была бы поворачиваться не более чем на пару градусов за сто километров пути, но для этого потребовалось бы, чтобы колеса колесницы были одинаковы по диаметру с точностью до одной миллионной. Даже если бы процесс изготовления колес позволял достичь такой точности (что было бы невозможно при древних китайских методах), сомнительно, что равенство колес могло бы сохраняться долго, поскольку они подвергаются износу при движении по открытой местности. Неровности поверхности добавили бы дополнительные ошибки в работу устройства.
Поэтому оправдан значительный скептицизм относительно того, использовался ли этот тип колесницы, указывающей на юг, с использованием дифференциальной передачи в течение всего времени, на практике для навигации на большие расстояния. Предположительно, указывающая на юг кукла была прикреплена к корпусу колесницы, когда она двигалась по прямым линиям, и соединялась с дифференциалом только тогда, когда колесница поворачивала. Возничий мог управлять управлением, чтобы делать это непосредственно перед и после совершения каждого поворота, или, возможно, выкрикивать команды кому-то внутри колесницы, кто соединял и разъединял куклу и дифференциал. Это можно было сделать, не останавливая колесницу. Если бы повороты были короткими и редкими, это значительно уменьшило бы ошибки указания, поскольку они накапливались бы только в течение коротких периодов, когда кукла и дифференциал были соединены. Однако это поднимает проблему того, как колесница могла бы двигаться по прямым линиям с достаточной точностью без использования указывающей куклы.
Если бы истинным предназначением колесницы и рассказов о ней было развлечение и впечатление на приезжих иностранцев, а не реальная навигация на большие расстояния, то ее неточность могла бы не иметь значения. Учитывая, что большая механическая повозка или колесница должны были бы путешествовать по дорогам, пункт назначения, о котором идет речь, как правило, не находился бы в неизвестном направлении. Тот факт, что в цитируемых выше источниках упоминается, что колесница помещалась в начале процессий, ее высокий уровень механической сложности и хрупкости, и что она была «переизобретена» несколько раз, способствуют выводу, что она не использовалась для навигации, поскольку действительно практичный и полезный навигационный инструмент не был бы забыт или оставлен неиспользованным.
Хотя гипотеза о том, что колесница, указывающая на юг, использовала дифференциальные передачи, получила широкое признание, следует признать, что функциональные колесницы, указывающие на юг, без дифференциальных передач возможны. Древние описания часто неясны, но они предполагают, что китайцы реализовали несколько различных конструкций, по крайней мере некоторые из которых не включали дифференциалы.
Некоторые из древних описаний предполагают, что некоторые колесницы, указывающие на юг, могли двигаться только тремя способами: прямо вперед или поворачивая налево или направо с фиксированным радиусом кривизны. Третье колесо могло использоваться для фиксации радиуса поворота. Если колесница поворачивала, указывающая кукла была соединена шестернями с одним или другим из двух основных колес дороги (например, с тем, которое находилось снаружи кривой, по которой двигалась колесница), поэтому кукла вращалась с фиксированной скоростью относительно скорости движения колесницы, чтобы компенсировать заданную скорость поворота. Кукла поворачивалась в противоположных направлениях в зависимости от того, какое колесо дороги было к ней присоединено, поэтому ее вращение компенсировало поворот колесницы налево или направо. Такая конструкция была бы проще, чем использование дифференциальной передачи.
Колесницы Янь Су и У Дэрэня, по-видимому, использовали этот тип механизма. (См. описания, цитируемые из Сун Ши , выше.) Помимо наличия компонентов в транспортном средстве У Дэрэня, которые позволяли ему функционировать как одометр , между ними были лишь незначительные различия. В каждой колеснице два главных колеса были прикреплены к вертикальным зубчатым колесам. Большое горизонтальное зубчатое колесо было связано (возможно, через промежуточную передачу) с указателем и было расположено так, что диаметр почти охватывал пространство между самыми верхними точками вертикальных зубчатых колес. Когда колесница двигалась прямо вперед, не было никакой связи между этими шестернями, но когда колесница поворачивала, небольшое зубчатое колесо опускалось в контакт с горизонтальной шестерней и одной из вертикальных шестерен, таким образом связывая куклу с одним из колес. Было доступно два небольших зубчатых колеса, одно для соединения горизонтальной шестерни с каждым из вертикальных. Конечно, они не использовались одновременно. Маленькие зубчатые колеса поднимались и опускались с помощью системы грузов, блоков и шнуров, которые были прикреплены к шесту, в который были запряжены лошади, тянувшие колесницу. Когда лошади двигались в одну или другую сторону, чтобы повернуть колесницу, шест двигался, и шнуры опускали соответствующее маленькое зубчатое колесо в рабочее положение. Когда лошади возвращались к прямолинейному движению, маленькое зубчатое колесо поднималось из контакта с основными горизонтальными и вертикальными шестернями. Таким образом, система функционировала автоматически. Зеркальная симметрия вертикальных шестерен, соединенных малыми шестернями с горизонтальной шестерней в диаметрально противоположных точках, заставляла горизонтальную шестерню вращаться в противоположных направлениях в зависимости от того, какое дорожное колесо было с ней связано, таким образом вращая указательную куклу в противоположных направлениях, когда колесница поворачивала влево и вправо.
В описании не упоминается третье колесо для фиксации радиуса поворота, но возможно, что такое колесо присутствовало. К нему не были бы прикреплены никакие шестерни, так что, возможно, автор описания не упомянул его, потому что не осознавал, что это важная часть механизма. Установить такое колесо на колесницу и заставить его нормально функционировать было бы несложно. Его могли бы прикрепить к дышло, в которое были запряжены лошади. Для ограничения движений дышла влево и вправо были бы предусмотрены упоры.
Если бы было включено третье колесо, то этот тип колесницы, указывающей на юг, мог бы довольно точно работать в качестве компаса при использовании для коротких поездок в хороших условиях, но при использовании для длительных поездок он был бы подвержен кумулятивным ошибкам, как и колесницы, использующие дифференциальный механизм.
Если бы на самом деле не было третьего колеса, колесница могла бы функционировать как компас, если бы повороты всегда делались так, чтобы одно из двух колес было неподвижно, а вращалось только другое, с указующей куклой, соединенной с ним шестернями. Возничий мог бы удерживать неподвижное колесо от поворота, соответствующим образом управляя лошадьми. (Тормоз мог бы помочь, но в описании о нем нет упоминания.) Радиус кривой, по которой вращалось бы вращающееся колесо, был бы равен ширине колеи колесницы, и шестерни, вращающие куклу, были бы выбраны соответствующим образом. Такая конструкция могла бы работать как компас для коротких поездок, но страдала бы от кумулятивных ошибок, если бы использовалась для длинных. Кроме того, колесница была бы медленной и неудобной для поворота. Это могло бы не иметь значения, если бы повороты выполнялись редко.
Описание Сун Ши шестерен в колеснице Янь Су и количества зубцов на них предполагает, что она работала таким образом, без третьего колеса. Передаточные числа были бы правильными, если бы указывающая кукла была прикреплена непосредственно к большому горизонтальному зубчатому колесу, а ширина колеи колесницы равнялась диаметру колес. Колесница У Дэрэня, по-видимому, также была спроектирована для работы таким образом. Ширина колесницы, а следовательно, предположительно и ширина колеи, была больше диаметра колес. Передаточные числа были подходящими для этих размеров.
Возничему пришлось бы применить большое мастерство, чтобы гарантировать, что радиус каждого поворота колесницы был правильным, чтобы одно из колес точно прекратило вращаться. Если бы он не сделал это правильно, указывающая кукла не продолжала бы целиться на юг. Он мог бы скорректировать направление, в котором она целилась, делая повороты, которые были более или менее резкими. Это иногда давало бы ему возможность использовать колесницу нечестно. Если бы ее демонстрировали зрителям, например, и она проезжала перед ними, делая много поворотов, возничий, который знал бы, где юг, мог бы заставить колесницу работать чрезвычайно точно как компас в течение длительного времени. Зрителям могли показать механизм, и они бы увидели, что возничий не может манипулировать куклой. Они, вероятно, были бы впечатлены кажущейся точностью механизма. Вполне возможно, что этот тип колесницы иногда строился с главной целью — обманным путем произвести впечатление на зрителей. Возможно, люди, построившие эти колесницы, обманывали с их помощью своих работодателей, что могло бы принести им славу и богатство, если бы никто не пытался использовать колесницы для настоящей навигации.
Возможны и другие механические конструкции колесницы, указывающей на юг, включая те, которые используют устройство, используемое сегодня, гирокомпас . Однако нет никаких указаний на то, что древние китайцы знали о них.
Некоторые колесницы, указывающие на юг, могли быть не чисто механическими устройствами. Кто-то, ехавший внутри колесницы, мог использовать какой-то немеханический метод определения направлений компаса и поворачивать куклу на колеснице соответствующим образом. Существует несколько методов, которые могли быть использованы, например:
В отличие от механизмов, которые полагаются на вращение колес, большинство этих методов можно использовать в море. Это может объяснить упоминание (см. «Ранние источники» выше) о существовании морской версии колесницы, указывающей на юг.
Эти методы могут работать точно на больших расстояниях, в отличие от механических конструкций колесницы.
Какой-то немеханический метод нахождения юга должен был использоваться, когда механическая колесница, указывающая на юг, была инициализирована, направляя свой указатель на юг в начале путешествия. Любой из методов, упомянутых выше в "Немеханических возможностях", мог быть использован.
Если какая-либо колесница, указывающая на юг, действительно использовалась для навигации на большие расстояния, она должна была полагаться (после инициализации) на немеханический метод определения направления. Она могла управляться немеханическим способом кем-то, кто ехал в ней, как описано выше. В качестве альтернативы, если у нее был механический механизм, она должна была часто повторно инициализироваться немеханическим способом, чтобы устранить накопленные ошибки и неопределенности.
Единственными колесницами, которым не нужны были немеханические методы поиска юга, были те, которые никогда не использовались для дальней навигации. Если бы некоторые колесницы использовались только для развлечения или мошенничества, они могли бы работать чисто механически. Даже инициализации можно было бы избежать, просто объявив некоторое произвольное направление «югом».
Хотя ни одна из исторических колесниц, указывающих на юг, не сохранилась, можно найти их полноразмерные копии.
В Историческом музее [ требуется разъяснение ] в Пекине , Китай, хранится реплика, основанная на механизме Йен Су (1027). В Национальном дворцовом музее в Тайбэе , Тайвань, хранится реплика, основанная на механизме Ланчестера 1932 года.
Две копии этого «южного указующего человека» можно увидеть (и поэкспериментировать с ними) в Научном центре Онтарио в Торонто, Канада.
