stringtranslate.com

Схема для горизонтальных циферблатов

Схема для горизонтальных циферблатов — это набор инструкций, используемых для построения горизонтальных солнечных часов с использованием методов построения циркуля и линейки , которые широко использовались в Европе с конца пятнадцатого века до конца девятнадцатого века. Обычные горизонтальные солнечные часы представляют собой геометрическую проекцию экваториальных солнечных часов на горизонтальную плоскость.

Особые свойства гномона, указывающего на полярную точку (осевого гномона), были впервые известны мавританскому астроному Абдулу Хасану Али в начале тринадцатого века [1], и это открыло путь к появлению циферблатов, с которыми мы знакомы, циферблатов, в которых стиль и часовые линии имеют общую основу.

На протяжении столетий мастера использовали различные методы для разметки часовых линий солнечных часов, используя методы, которые были им знакомы, кроме того, эта тема увлекла математиков и стала предметом изучения. Графическая проекция когда-то была общепринятым предметом обучения, хотя ее вытеснили тригонометрия , логарифмы , логарифмические линейки и компьютеры , которые сделали арифметические вычисления все более тривиальными. Графическая проекция когда-то была основным методом разметки солнечных часов, но сейчас она отошла на второй план и представляет только академический интерес.

Первый известный документ на английском языке, описывающий схему графической проекции, был опубликован в Шотландии в 1440 году, что привело к появлению серии отдельных схем для горизонтальных циферблатов, каждая из которых имела характеристики, соответствующие целевой широте и методу построения того времени.

Контекст

Мечеть Омейядов, также известная как Большая мечеть Дамаска

Искусство дизайна солнечных часов заключается в создании циферблата, который точно отображает местное время. Дизайнеры солнечных часов также были очарованы математикой циферблата и возможными новыми способами отображения информации. Современное циферблатирование началось в десятом веке, когда арабские астрономы сделали великое открытие, что гномон, параллельный земной оси, создаст солнечные часы, часовые линии которых будут показывать равные часы или законные часы в любой день года: циферблат Ибн аль-Шатира в мечети Омейядов в Дамаске является старейшим циферблатом этого типа. [a] Циферблаты этого типа появились в Австрии и Германии в 1440-х годах. [2]

Циферблат можно выложить, используя прагматичный подход, наблюдая и отмечая тень через равные интервалы в течение дня в каждый день года. Если широта известна , циферблат можно выложить, используя геометрические методы построения , которые опираются на проекционную геометрию , или путем расчета с использованием известных формул и тригонометрических таблиц, обычно с использованием логарифмов , или логарифмических линеек , или, в последнее время, компьютеров или мобильных телефонов . Линейная алгебра предоставила полезный язык для описания преобразований .

Схема солнечных часов использует компас и линейку , чтобы сначала вывести основные углы для этой широты, а затем использовать это для рисования часовых линий на циферблате. В современной терминологии это означало бы, что графические методы использовались для выведения и и из него . [b]

Базовый расчет

Такие геометрические построения были хорошо известны и оставались частью учебной программы средней школы (в Великобритании) до революции Новой математики в 1970-х годах. [3]

Схема, показанная выше, была использована в 1525 году (из более ранней работы 1440 года) Дюрером и используется до сих пор. Более простые схемы были более подходящими для циферблатов, разработанных для низких широт, требующих узкого листа бумаги для конструкции, чем те, которые были предназначены для высоких широт. Это побудило искать другие конструкции.

Горизонтальные циферблаты

Первая часть процесса является общей для многих методов. Она устанавливает точку на линии север-юг, которая находится на расстоянии sin φ от линии меридиана.

Ранний шотландский метод (1440) Дюрер (1525) Рор (1965)

Существенной проблемой является ширина бумаги, необходимая в более высоких широтах. [5]

Бенедетти (1574)

De gnomonum umbrarumque солярий обычно

Джамбаттиста Бенедетти , обедневший дворянин, работал математиком при дворе Саволы. Его книга, описывающая этот метод, называлась De gnomonum umbrarumque solarium usu, опубликованная в 1574 году. В ней описывается метод отображения законных часов, то есть равных часов, которые мы используем сегодня, в то время как большинство людей все еще использовали неравные часы, которые делили часы дневного света на 12 равных часов, но они менялись по мере течения года. Метод Бенедетти делит квадрант на сегменты по 15°. Сделаны две конструкции: параллельная горизонтальная линия, которая определяет расстояния tan h, и гномоническая полярная линия GT, которая представляет sin φ.

Бенедетти включил инструкции по рисованию точечного гномона, чтобы можно было наносить на карту неравные часы. [6]

Метод Клавиуса (1586)

( Fabica et usus Instrumenti ad horologiorumscriptionem. ) Рим, Италия.

Метод Клавиуса рассматривает четверть циферблата. Он рассматривает горизонтальную и перпендикулярную к полярной оси плоскости как два прямоугольника, шарнирно закрепленные вокруг верхнего края обоих циферблатов. Полярная ось будет находиться под углом φ к полярной оси, а часовые линии будут равномерно распределены на полярной плоскости экваториального циферблата. (15°). Часовые точки на полярной плоскости будут соединяться с соответствующей точкой на горизонтальной плоскости. Горизонтальные часовые линии проводятся в начало координат.

[7]

Метод Стеррапа (1652)

[5]

Метод Беттини (1660)

Иезуит Марио Беттини разработал метод , который был посмертно опубликован в книге Recreationum Mathematicarum Apiaria Novissima 1660.

[8]

Лейборн (1669)

Уильям Лейборн опубликовал свое « Искусство набора номера » [d] в 1669 году, с его шестиступенчатым методом. Его описание в значительной степени опирается на термин линия хорд , который современный диаллист заменяет транспортиром . Линия хорд была шкалой, найденной на секторе , которая использовалась вместе с набором циркуль или циркулей. Она все еще использовалась навигаторами вплоть до конца 19-го века. [e]

Метод Озанама (1673 г.) Мэйолла (1938 г.)

Для этого метода требуется гораздо меньший лист бумаги [5] , что является большим преимуществом для более высоких широт.

[5]

Энциклопедический метод (1771)

Этот метод использует свойства хорд для установления расстояния в верхнем квадранте, а затем переносит это расстояние в нижний квадрант, так что устанавливается. Опять же, перенос этой меры на хорды в верхнем квадранте. Последние строки устанавливают формулу =

Затем это переносится симметрией на все квадранты. Это использовалось в Encyclopaedia Britannica, первое издание 1771 г., шестое издание 1823 г. [11]

де Целль (1760) (1790) Метод Во (1973)

Метод дона Франсуа Бедоса де Целля (1760) [13] , также известный как метод Во (1973) [14] [5]

Метод Николсона (1825)

Этот метод впервые появился в «Популярном курсе чистой и смешанной математики» Питера Николсона в 1825 году. Он был скопирован School World в июне 1903 года, затем в «Sundial and Spheres» Кеннета Линча в 1971 году. [15] Он начинается с рисования хорошо известного треугольника и берет вершины, чтобы нарисовать две окружности с радиусом (OB) sin φ и (AB) tan φ. Рисуются линии под углом 15°, пересекающие эти окружности. Линии проводятся горизонтально и вертикально из этих окружностей, и их точка пересечения (OB sin t,AB cos t) находится на часовой линии. То есть tan κ = OB sin t/ AB cos t, что разрешается в sin φ. tan t.

[15]

Шкалы набора номера Фостера Серлеса (1638)

[16]

Сафея (Ас-Сафиах)

Это был ранний и удобный метод, который можно было использовать, если у вас был доступ к астролябии , как у многих астрологов и математиков того времени. Метод включал копирование проекций небесной сферы на плоскую поверхность. Вертикальная линия проводилась с помощью линии под углом широты, проведенной на бисекции вертикали с небесной сферой. [17]

Смотрите также

Примечания

  1. ^ Время измерялось путем деления светового дня на двенадцать с использованием неравных часов , известных как итальянские часы или вавилонские часы .
  2. ^ Британское общество солнечных часов публикует глоссарий компьютерных терминов и символов, которые обычно используются для их представления. Широта обозначается как phi , или φ , или Φ.
  3. ^ Все циферблаты на этих иллюстрациях используют широту 52°, она была выбрана случайным образом, но примерно соответствует широте Блетчли-парка , Гааги или Билефельда .
  4. ^ Искусство циферблата: Геометрически, с помощью шкалы и циркуля; Арифметически, с помощью канонов синусов и тангенсов; Инструментально, с помощью тригонального инструмента...; К которому добавлено Приложение; Показывающее, как с помощью шкалы и циркуля вписывать такие круги сферы в планы солнечных часов, которые покажут (помимо часа дня) суточное движение Солнца...
  5. Линия аккордов доступна на металлической линейке строителей (линия аккордов Stanley 60R) в 2015 году. [9]
  6. ^ Это можно сделать, используя линию хорд, установленную на 60° и подразделяющую ее.

Ссылки

Цитаты

  1. ^ "BSS Glossary". British Sundial Society. Архивировано из оригинала 10 октября 2007 года . Получено 2 мая 2011 года .
  2. Джонс 1980, стр. 6.
  3. Дарелл 1921.
  4. ^ abcd Waugh 1973, стр. 38–39.
  5. ^ abcdefg Сойер 191.
  6. ^ Гунелла 2013б.
  7. ^ Гунелла 2013.
  8. ^ Гунелла 2014, стр. 13.
  9. ^ "Toolbook". Архивировано из оригинала 20 сентября 2015 г. Получено 11 сентября 2015 г.
  10. Лейборн 1700.
  11. Сойер 193, стр. 36.
  12. Сойер 193, стр. 37.
  13. ^ Бедос де Сельс 1760, с. 58.
  14. Во 1973, стр. 38.
  15. ^ ab Sawyer 194.
  16. ^ Сойер, Фред (1995). "Serle's Dialing Scales". Компендиум . 2 (2). Гластонбери, Коннектикут, США: Североамериканское общество солнечных часов: 5.
  17. ^ Гунелла 2013c.

Источники