Введение. История навигации от древности до наших дней (1151917), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В.9. Простейший анкерный механизмРис В.10. Современный часовой балансир («баланс»)Именно по такому принципу почти через 100 лет в Англии был построенпервый действующий морской хронометр (см. далее), и по сей день строятсявсе механические часы.Для Англии, претендовавшей на роль «владычицы морей», задачаопределения долготы на море имела первостепенное значение. В 1675 г.согласно королевскому указу была создана Гринвичская обсерватория «длятого, чтобы научиться определять такую необходимую долготу с цельюсовершенствования искусства навигации».В 1714 г.
английский парламент заслушал доклад Ньютона о проблемеморских часов. Ученый закончил свою речь словами: «Часы, на ход которыхне должны влиять ни качка корабля, ни изменения температуры и влажности,ни различия в силе гравитации на разных широтах, – такие часы еще несозданы». Парламент решает: выплатить мастеру, сделавшему часы,пригодные для определения долготы в море, 20 тыс.
фунтов стерлингов (почти150 килограммов золота), если часы, «будучи испытаны в пути до Вест-Индии,дадут ошибку не более 30 миль» (т.е. 30 секунд по времени).За решение этой задачи взялся часовщик-самоучка изЙоркшира Джон Гаррисон, которому в то время шел двадцатьпервыйгод.В1735г.ГаррисонпредставилкомиссииАдмиралтейства первый образец созданных им морских часов(рис.
В.11).Рис. В.11. Первые морские часы Гаррисона (1735 г.)Часы весили около 35 кг и содержали несколько балансиров, качавшихсяв разных плоскостях, что должно было компенсировать влияние морскойкачки на точность хода. В них был также использован новый, изобретенныйГаррисоном, анкерный механизм (рис. В.12).Рис. В.12 Анкерный механизм спуска, изобретенный ГаррисономИспытания часов прошли не вполне удачно, но мастер понял: он наверном пути. Прошел год, и комиссии был представлен новый вариантмеханизма, еще через восемь лет – третий. Четвертый вариант хронометра(рис. В.13), законченный в 1761 г., через 36 лет после первого, ничем ненапоминал его: законченность внешнего облика и небольшие размеры часовговорили о масштабах проделанной работы.Рис.
В.13. Четвертый вариант хронометра Гаррисона (1761 г.)Результаты испытаний этих часов поразили всех: за время переходакорабля от Портсмута до Ямайки, занявшего 81 сутки, накопленноерасхождение между показаниями хронометра и временем, измереннымастрономическими методами, составило менее 2 секунд. Моряки поверили вхронометр: знаменитый мореплаватель Джеймс Кук взял с собой часы вплавание, продолжавшееся 3 года. За это время хронометр отстал всего на 7мин.
45 с, что подтверждало – «хранитель времени» действительно былсоздан.Заслуженную премию мастер получил только в самом конце жизни,после многочисленных бюрократических проволочек.Практически одновременно с морским хронометром был изобретенсекстант (в морской терминологии – «секстан», рис. В.14) – навигационныйизмерительный инструмент, используемый для измерения высоты светила надгоризонтом с целью определения географических координат.Рисунок В.14. СекстантНапример, измерив высоту Солнца в астрономический полдень, можно,зная дату измерения, вычислить широту местности. Строго говоря, секстантпозволяет точно измерять угол между любыми двумя направлениями.Поэтому, зная высоту маяка (с карты), измерив угол между направлениями наоснование маяка и на его верхнюю часть и произведя несложный расчет можноузнать дистанцию до него.
Также можно измерять горизонтальный угол междунаправлениями на разные объекты. В секстанте используется принципсовмещения изображений двух объектов при помощи двойного отраженияодного из них. Этот принцип изобретен Исааком Ньютоном в 1699 г., но небыл опубликован.Секстант в 1730 г. независимо изобрели два человека –английскийматематикДжонХадлииамериканскийизобретатель Томас Годфри.Главноедостоинствосекстанта,посравнениюсастролябией и квадрантом, состоит в том, что высота светилаизмеряется не относительно самого инструмента, а относительногоризонта, что дает бо́льшую точность. При наблюдении черезсекстант горизонт и светило совмещаются в одном поле зрения иостаются неподвижными относительно друг друга, даже если наблюдательнаходится на плывущем корабле.
Это достигается благодаря тому, чтосекстант показывает неподвижный горизонт прямо, а астрономический объект— сквозь два противоположных зеркала.Астрономическая навигация получила значительные преимущества отизобретения хронометра и секстанта; вместе с компасом они сталиосновными инструментами судоводителя и не потеряли своего значения донастоящего времени.В Россию навигация, как самостоятельная наука, пришла в эпохуПетра I, указом которого 14 января 1701 г. в Москве была создана «Навигацкаяшкола» — первое в России и второе в Европе специализированноетехническое учебное заведение с базовой математической подготовкой.Царским указом в школу велено было принимать детей всех сословий; в 1706г.
в ней было около 500 учащихся. С 1702 г. школа размещалась в Сухаревойбашне (см. рис. В.15), где находились учебные классы, лаборатории, а такжеобсерватория.Рис. В.15 Сухарева башня (построена в 1692—1695 г., не сохранилась)В школе преподавали А.Д. Фарварсон, Л.Ф.
Магницкий, выпускникилондонской Королевской математической школы С. Гвин и Р. Грейс.Специально для нее были подготовлены печатные учебные пособия:«Арифметика» Магницкого (1703), «Таблицы логарифмов и синусов»Фарварсона, Гвина и Магницкого (1704). Учебный цикл состоял из трехступеней: арифметики, высшей математики и практической навигации. Длядальнейшейспециализациивыпускниковотправлялинафлот,нагеодезические и архитектурно-строительные работы, а с 1714 г. – учителями в«цифирные школы». Школа действовала до 1752 г., но период ее наиболееактивной деятельности закончился в 1715 г., когдавсе мореходноеобразование сосредоточилось в Морской Академии, открытой в Петербурге.Для своего времени школа сослужила большую службу, Петр I говорил, что«не токмо к морскому ходу нужна сия наука».В.5 XIX и XX векаXIX век принято называть веком пара и электричества.
Оснащениесудов паровыми двигателями означало революцию в мореплавании, котороеприобрело глобальный характер. Появилась насущная потребность всовершенствовании и развитии средств навигации, а также в систематизациизнаний, накопленных в этой области. В 1840 г. Анри Рапер опубликовал своюзнаменитую книгу «Практическое пособие по навигации и морскойастрономии».В 1820-30 г.г. немецкий математик Карл Фридрих Гаусс(1777-1855)разработалравноугольнуюпоперечно-цилиндрическую проекцию, названную его именем.
В настоящеевремя эту проекцию широко используют для построениятопографических карт средних и крупных масштабов (1:25 000— 1:1 000 000) и называют проекцией Гаусса – Крюгера (ИоганнКрюгер(1857–1923)усовершенствовавший–немецкийматематик,переработавшийв ХХ веке математический аппарат гауссовойпроекции).Одновременноивсебольшеезначениеприобреталопознание законов магнетизма и электричества. Итальянскийфизик Алессандро Вольта создал первый в мире химическийисточник тока – электрическую батарею.Его работы, наряду с работами английского физикаМайкла Фарадея, французского физика Андре МариАмпера и других ученых заложили фундаментсовременной науки об электричестве и магнетизме.ДжеймсКлеркМаксвеллоткрылфундаментальныеуравнения, описывающие характер электрического и магнитногополей и их взаимодействия.Основываясь на результатах работ Максвелла, немецкийфизик Генрих Рудольф Герц изобрел устройство, котороегенерировало радиоволны.Научные открытия в области электричества и магнетизмабыстро находили практическое применение, в том числе и в навигации.
Так,девиация, т.е. отклонение стрелки магнитного компаса от направлениямагнитного меридиана под воздействием металлосодержащих деталейкорабля впервые была замечена навигатором XVI века Жоао де Кастро. В XIXвеке математик Джордж Айри (1801 – 1891) заинтересовался этим явлением исделал заключение, что вклад в девиацию судового компаса могут вносить какмагнитные поля, обусловленные остаточные намагниченностью корпуса идругих конструкций судна, так и электромагнитные поля, возникающие врезультате протекания электрического тока в проводниках, расположенныхвблизи компаса.После того, как причины девиации были изучены, были разработаныустройства, создающие электрические токи, магнитное поле которыхкомпенсировало поля, порождающие девиацию.Огромный вклад в развитие навигации внесло изобретение гироскопаи создание на его основе гироскопического компаса (гирокомпаса).
Основумеханический гироскопа составляет быстро вращающееся тело – ротор,обладающий свойством сохранять в пространстве неизменное направлениеоси вращения при отсутствии воздействия на нее моментов внешних сил. Длятого чтобы положение оси ротора оставалась неизменным при любыхизменениях пространственной ориентации носителя, ротор устанавливаетсяв карданный подвес (шарнир).Изобретатель механического гироскопа Иоганн Боненбергеропубликовал описание своего изобретения в 1817 году. Главнойчастью гироскопа Боненбергера был вращающийся массивный шарв карданном подвесе.Французский учёный Жан Фуко выяснил, что ось гироскопа,установленного в карданный подвес с двумя степенями свободы,указываетфиксированноенаправлениевпространстве.Усовершенствованный таким образом гироскоп (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
