Carruagem apontando para o sul - South-pointing chariot

Expõe no Museu da Ciência em Londres, Inglaterra. Este modelo conjectural de carruagem incorpora uma engrenagem diferencial .
Carruagem apontando para o sul
Chinês tradicional 指南 車
Chinês simplificado 指南 车

A carruagem (ou carruagem ) apontando para o sul era um antigo veículo chinês de duas rodas que carregava um ponteiro móvel para indicar o sul , independentemente de como a carruagem girava. Normalmente, o ponteiro assume a forma de uma boneca ou figura com o braço estendido. A carruagem era supostamente usada como bússola para navegação e também pode ter outros propósitos.

Os antigos chineses inventaram uma carroça blindada semelhante a um móvel no século 5 aC, chamada Dongwu Che ( chinês :洞 屋 车). Foi usado com o propósito de proteger guerreiros no campo de batalha. A carroça de guerra chinesa foi projetada como uma espécie de carroça protetora móvel com um telhado semelhante a um galpão. Serviria para ser enrolado nas fortificações da cidade para fornecer proteção aos sapadores que cavavam embaixo para enfraquecer os alicerces de uma parede. O antigo vagão de guerra chinês tornou-se a base das tecnologias para a fabricação de antigas carruagens chinesas apontando para o sul.

Existem lendas de carros anteriores apontando para o sul, mas o primeiro documentado de forma confiável foi criado pelo engenheiro mecânico chinês Ma Jun (c. 200–265) de Cao Wei durante os Três Reinos . Ainda não existem carruagens antigas, mas muitos textos chineses antigos os mencionam, dizendo que foram usados ​​intermitentemente até cerca de 1300. Alguns incluem informações sobre seus componentes internos e funcionamento.

Provavelmente havia vários tipos de carruagem apontando para o sul que funcionavam de maneira diferente. Na maioria ou em todos eles, as rodas giratórias da estrada operavam mecanicamente um mecanismo de engrenagem para manter o ponteiro apontado corretamente. O mecanismo não tinha ímãs e não detectou automaticamente qual direção era o sul. O ponteiro foi apontado para o sul manualmente no início de uma jornada. Posteriormente, sempre que a carruagem girava, o mecanismo girava o ponteiro em relação ao corpo da carruagem para neutralizar a virada e manter o ponteiro apontando em uma direção constante, para o sul. Assim, o mecanismo fez uma espécie de cálculo direcional morto , que é inerentemente sujeito a erros e incertezas cumulativas. Os mecanismos de algumas carruagens podem ter tido engrenagens diferenciais , tecnologia nunca vista desde o mecanismo de Antikythera da Grécia Antiga .

Textos históricos

Fontes mais antigas

Uma imagem de uma carruagem apontando para o sul de Sancai Tuhui (publicada pela primeira vez em 1609)

A carruagem que aponta para o sul, um veículo com rodas e engrenagens mecânicas usado para discernir a direção cardeal do sul (sem magnetismo), recebeu uma breve descrição do contemporâneo de Ma, Fu Xuan . A fonte contemporânea do século III do Weilüe , escrita pelo político da Dinastia Han Oriental Yuan Huan, também descreveu a carruagem apontando para o sul pertencente ao engenheiro mecânico e político chinês Ma Jun . O texto da era da Dinastia Jin (266–420) do Shu Zheng Ji (Registros de Expedições Militares), escrito por Guo Yuansheng, registrou que carros apontando para o sul eram frequentemente armazenados no portão norte das Oficinas do Governo (Shang Fang) do capital. No entanto, o Song Shu ( Livro da Canção ) escrito posteriormente (século 6) registrou o design e o uso da carruagem apontando para o sul com mais detalhes, além de criar a legenda de fundo do (suposto) uso do dispositivo muito antes da época de Ma, no Dinastia Zhou Ocidental (1050–771 aC). O livro também fornece uma descrição da reinvenção da carruagem apontando para o sul e do uso em tempos posteriores a Ma Jun e os Três Reinos. O texto do século 6, traduzido pelo cientista e historiador britânico Joseph Needham , é o seguinte (a carruagem apontando para o sul é chamada de carruagem apontando para o sul):

A carruagem apontando para o sul foi construída pela primeira vez pelo Duque de Zhou (início do primeiro milênio aC ) como um meio de conduzir para casa certos enviados que haviam chegado de uma grande distância além das fronteiras. O país a ser percorrido era uma planície sem limites, na qual as pessoas perdiam o rumo a leste e oeste, então (o duque) fez com que este veículo fosse feito para que os embaixadores pudessem distinguir o norte do sul. O livro de Gui Gu Zi diz que o povo do Estado de Zheng , ao coletar jade, sempre carregava consigo um 'ponteiro sul', e por meio dele nunca teve dúvidas (quanto à sua posição). Durante as dinastias Qin e Ex-Han , entretanto, nada mais foi ouvido sobre o veículo. No período Han posterior, Zhang Heng o reinventou, mas devido à confusão e turbulência no final da dinastia, ele não foi preservado.

No estado de Wei, (no período de San Guo ) Gaotong Long e Qin Lang foram ambos estudiosos famosos; eles discutiram sobre a carruagem que apontava para o sul perante o tribunal, dizendo que tal coisa não existia e que a história era absurda. Mas durante o longo período do reinado Qing (233-237), o imperador Ming Di encomendou ao estudioso Ma Jun a construção de um, e ele foi devidamente bem-sucedido. Isso novamente foi perdido durante os problemas que acompanharam o estabelecimento da Dinastia Jin .

Mais tarde, Shi Hu (imperador da Dinastia Jie Posterior Zhao ) mandou fazer um por Xie Fei, e novamente Linghu Sheng fez um para Yao Xing (imperador da Dinastia Qin Posterior ). Este último foi obtido pelo imperador An Di de Jin no 13º ano do período de reinado de Yi-xi (417), e finalmente caiu nas mãos do imperador Wu Di da Dinastia Liu Song quando ele assumiu a administração de Chang'an . Sua aparência e construção eram como a de um carreto de tambor ( hodômetro ). Uma figura de madeira de um homem foi colocada no topo, com o braço levantado e apontando para o sul, (e o mecanismo foi arranjado de forma que) embora a carruagem girasse e girasse, o braço indicador ainda indicava o sul . Nas procissões do Estado, a carruagem que aponta para o sul lidera o caminho, acompanhada pela guarda imperial.

Esses veículos, construídos como o eram por operários bárbaros ( Qiang ), não funcionavam muito bem. Embora fossem chamadas de carruagens apontando para o sul, muitas vezes não apontavam verdadeiras, e tinham que transpor as curvas passo a passo, com a ajuda de alguém de dentro para ajustar o maquinário. O engenhoso homem de Fanyang , Zi Zu Chongzhi freqüentemente dizia, portanto, que uma nova (e apropriadamente automática) carruagem apontando para o sul deveria ser construída. Assim, no final do período do reinado de Sheng-Ming (477-479), o imperador Shun Di , durante o primeiro ministro do Príncipe de Qi, encarregou (Zi Zu Chongzhi) de fazer um e, quando foi concluído, foi testado por Wang Seng-qian, governador militar de Tanyang, e Liu Hsiu, presidente do Conselho de Censores. O acabamento era excelente e, embora a carruagem fosse torcida e virada em cem direções, a mão nunca deixava de apontar para o sul. Além disso, sob o Jin, havia também um navio apontando para o sul.

A última frase da passagem é de grande interesse para a navegação marítima, uma vez que a bússola magnética usada para navegação marítima não foi usada até a época de Shen Kuo (1031–1095). Embora o texto Song Shu descreva precedentes anteriores da carruagem apontando para o sul antes da época de Ma Jun, isso não é totalmente crível, já que não há textos pré-Han ou da era da dinastia Han que descrevam o dispositivo. Na verdade, a primeira fonte conhecida a descrever histórias de seu uso lendário durante o período Zhou foi o livro Gu Jin Zhu de Cui Bao (c. 300), escrito logo após a era dos Três Reinos. Cui Bao também escreveu que os intrincados detalhes da construção do dispositivo já foram escritos no Shang Fang Gu Shi ( Tradições das Oficinas Imperiais ), mas o livro foi perdido por sua época.

Carruagem de brinquedo instrutiva infantil em exibição chinesa na Expo 2005 no Japão

Japão

A invenção da carruagem apontando para o sul também chegou ao Japão no século 7. O Nihon Shoki (As Crônicas do Japão) de 720 descreveu os primeiros monges budistas chineses Zhi Yu e Zhi You construindo várias Carruagens apontando para o sul para o Imperador Tenji do Japão em 658. Isso foi seguido por vários outros dispositivos de carruagem construídos em 666 também .

Song Shi

A carruagem apontando para o sul também foi combinada com a invenção do hodômetro (também greco-romana ), um dispositivo mecânico usado para medir a distância percorrida, e encontrado em todos os automóveis modernos . Foi mencionado no texto histórico da Dinastia Song (960-1279) do Song Shi (compilado em 1345) que os engenheiros Yan Su (em 1027) e Wu Deren (em 1107) criaram carruagens apontando para o sul, que detalha como segue. (Na tradução de Needham, polegadas e pés (pés) são usados ​​como unidades de distância. 1 polegada é 25,4 milímetros. 1 pé é 12 polegadas ou 304,8 mm.)

No 5º ano do período de reinado de Tian-Sheng do imperador Renzong (1027), Yan Su, um Diretor de Divisão no Ministério das Obras, fez uma carruagem apontando para o sul. Ele lembrou o trono, dizendo, [após a introdução histórica usual]: "Ao longo das Cinco Dinastias e até a dinastia reinante, até onde eu sei, ninguém foi capaz de construir tal veículo. Mas agora eu eu mesma inventei um projeto e consegui concluí-lo ".

"O método envolve o uso de uma carruagem com um único mastro (para dois cavalos). Acima da estrutura externa do corpo da carruagem, deixe haver uma cobertura de dois andares. Coloque uma imagem de madeira de um xian (imortal) no topo, esticando o braço para indicar o Sul. Use 9 rodas, grandes e pequenas, com um total de 120 dentes, ou seja, 2 rodas de pé (ou seja, rodas de estrada, nas quais a carruagem corre) 6 pés de altura e 18 pés de pol. circunferência, presa às rodas de pé, 2 rodas subordinadas verticais, 2,4 pés de diâmetro e 7,2 pés de circunferência, cada uma com 24 dentes, os dentes tendo intervalos de 3 polegadas de distância.

"... Em seguida, abaixo da barra transversal na extremidade do mastro, duas pequenas rodas verticais de 3 polegadas de diâmetro e perfuradas por um eixo de ferro, à esquerda 1 pequena roda horizontal, de 1,2 pés de diâmetro, com 12 dentes, à direita 1 roda horizontal pequena, 1,2 pés de diâmetro, com 12 dentes, no meio 1 roda horizontal grande, de diâmetro 4,8 pés e circunferência 14,4 pés, com 48 dentes, os dentes em intervalos de 3 polegadas; no meio uma haste vertical perfurando o centro (da grande roda horizontal) de 8 pés de altura e 3 polegadas de diâmetro; no topo carregando a figura de madeira do xian .

"Quando a carruagem se move (para o sul), deixe a figura de madeira apontar para o sul. Quando ela corre (e vai) para o leste, a (extremidade traseira do) mastro é empurrada para a direita; a roda subordinada presa à roda direita girará para a frente 12 dentes, desenhando com ela a roda horizontal pequena direita uma volta (e assim) empurrando a roda horizontal grande central para girar um quarto de volta para a esquerda. Quando ela girar em torno de 12 dentes, a carruagem se move para o leste, e a figura de madeira fica transversalmente e aponta para o sul. Se (em vez disso) virar (e for) para o oeste, a (extremidade traseira do) poste é empurrada para a esquerda; a roda subordinada presa à roda esquerda girará para frente com a roda 12 dentes, desenhando com ela a pequena roda horizontal esquerda uma volta e empurrando a roda horizontal grande central para girar um quarto de volta para a direita. Quando ela girar 12 dentes, o carro se move para oeste, mas a figura de madeira ainda está de pé. transversalmente e aponta para o sul. Se um deseja viajar para o norte, a volta, seja por leste ou oeste, é feita da mesma forma. "

Após esta descrição inicial do dispositivo de Yan Su, o texto continua a descrever o trabalho de Wu Deren, que criou um dispositivo com rodas que combinaria o hodômetro e a carruagem apontando para o sul:

Foi ordenado que o método fosse entregue aos funcionários (apropriados) para que a máquina pudesse ser feita. No primeiro ano do período de reinado Da-Guan (1107), o Chamberlain Wu Deren apresentou especificações da carruagem apontando para o sul e da carruagem com o tambor de gravação li (hodômetro). Os dois veículos foram feitos e foram usados ​​pela primeira vez naquele ano na grande cerimônia do sacrifício ancestral.

O corpo da carruagem apontando para o sul tinha 11,15 pés (comprimento), 9,5 pés de largura e 10,9 pés de profundidade. As rodas da carruagem tinham 5,7 pés de diâmetro, o mastro da carruagem 10,5 pés de comprimento e o corpo da carruagem em dois andares, superior e inferior. No meio foi colocada uma partição. Acima havia uma figura de um xian segurando uma vara, à esquerda e à direita estavam tartarugas e guindastes, um de cada lado, e quatro figuras de meninos, cada um segurando uma borla. No andar superior havia nos quatro cantos mecanismos de manobra e também 13 rodas horizontais, cada uma com 1,85 pés de diâmetro e 5,55 pés de circunferência, com 32 dentes em intervalos de 1,8 polegadas. Um eixo central, montado na divisória, perfurado para baixo.

No andar de baixo havia 13 rodas. No meio estava a maior roda horizontal, 3,8 pés de diâmetro, 11,4 pés de circunferência e tendo 100 dentes em intervalos de 2,1 polegadas de distância. (Nos eixos verticais) chegando ao topo (do compartimento) à esquerda e à direita, havia duas pequenas rodas horizontais que podiam subir e descer, tendo um peso de ferro (preso a) cada uma. Cada um deles tinha 1,1 pés de diâmetro e 3,3 pés de circunferência, com 17 dentes, com intervalos de 1,9 polegadas de distância. Mais uma vez, à esquerda e à direita, foram acopladas rodas, uma de cada lado, com diâmetro de 1,55 pés, e circunferência de 4,65 pés, e tendo 24 dentes, com intervalos de 2,1 polegadas.

A esquerda e a direita também eram rodas dentadas duplas (lit. rodas de nível), um par de cada lado. Cada uma das engrenagens do componente inferior tinha 2,1 pés de diâmetro e 6,3 pés de circunferência, com 32 dentes, com intervalos de 2,1 polegadas de distância. Cada uma das engrenagens do componente superior tinha 1,2 pés de diâmetro e 3,6 pés de circunferência, com 32 dentes, com intervalos de 1,1 polegadas de distância. Em cada uma das rodas da carruagem, esquerda e direita, havia uma roda vertical de 2,2 pés de diâmetro e 6,6 pés de circunferência, com 32 dentes em intervalos de 2,25 polegadas de distância. Tanto à esquerda quanto à direita na extremidade traseira do mastro havia pequenas rodas sem dentes ( roldanas ), das quais pendiam cordas de bambu, e ambas eram amarradas acima das extremidades esquerda e direita (extremidades do) eixo (da carruagem), respectivamente.

Se o carro girar para a direita, isso fará com que a polia pequena à esquerda da extremidade traseira do mastro abaixe a roda esquerda (horizontal pequena). Se virar para a esquerda, faz com que a polia pequena à direita da extremidade traseira do mastro abaixe a roda direita (horizontal pequena). No entanto, a carruagem move o xian e os meninos se posicionam transversalmente e apontam para o sul. A carruagem está atrelada a dois cavalos vermelhos, com frontais de bronze.

Carruagens com engrenagens diferenciais

Antecedentes e explicação

Uma ilustração de um diferencial entre o eixo de transmissão (no canto inferior direito) e as rodas motrizes de um automóvel

Há uma hipótese amplamente aceita de que a maioria, senão todas, as bigas que apontam para o sul funcionavam por meio de engrenagens diferenciais . Um diferencial é um conjunto de engrenagens, hoje utilizado em quase todos os automóveis, exceto alguns elétricos e híbrido-elétricos, que possuem três eixos que o ligam ao mundo externo. Eles são convenientemente identificados como A, B e C. As engrenagens fazem com que a velocidade de rotação do eixo A seja proporcional à soma das velocidades de rotação dos eixos B e C. Não há outras limitações nas velocidades de rotação dos eixos.

Em um automóvel, o eixo A é conectado ao motor (por meio da transmissão) e os eixos B e C são conectados a duas rodas, uma de cada lado do veículo. Quando o veículo gira, a roda que gira do lado de fora da curva de giro precisa rolar mais e girar mais rápido do que a roda do lado de dentro. O diferencial permite que isso aconteça enquanto as duas rodas são acionadas pelo motor. Se a soma das velocidades das rodas for constante, a velocidade do motor não muda.

Em uma carruagem apontando para o sul, de acordo com a hipótese, o eixo B foi conectado a uma roda da estrada e o eixo C foi conectado por meio de uma engrenagem de reversão à outra roda da estrada. Isso fez o eixo A girar a uma velocidade proporcional à diferença entre as velocidades de rotação das duas rodas. A boneca que apontava era conectada (possivelmente por meio de engrenagens intermediárias) ao Eixo A. Quando a carruagem se movia em linha reta, as duas rodas giravam em velocidades iguais e a boneca não girava. Quando a carruagem girava, as rodas giravam em velocidades diferentes (pelo mesmo motivo de um automóvel), então o diferencial fazia a boneca girar, compensando o giro da carruagem.

A hipótese de que existiam carros apontando para o sul com engrenagens diferenciais originou-se no século XX. Pessoas que estavam familiarizadas com os usos modernos (por exemplo, automotivos) de diferenciais interpretaram algumas das antigas descrições chinesas de maneiras que concordavam com suas próprias idéias. Essencialmente, eles reinventaram a carruagem apontando para o sul, como ela havia sido reinventada várias vezes na antiguidade. Carros de trabalho que usam diferenciais foram construídos nas últimas décadas. Se alguma dessas carruagens existiu anteriormente, não se sabe com certeza.

Embora se acredite que o mecanismo de Antikythera tenha usado engrenagens diferenciais, a primeira engrenagem diferencial verdadeira definitivamente conhecida por ter sido usada foi por Joseph Williamson em 1720. Ele usou um diferencial para corrigir a equação do tempo para um relógio que exibia o tempo médio e solar .

Propriedades geométricas

Se a carruagem apontando para o sul fosse construída com precisão perfeita, usando uma engrenagem diferencial, e se viajasse em uma Terra perfeitamente lisa, teria propriedades interessantes. Seria uma bússola mecânica que transporta uma direção, dada pelo ponteiro, ao longo do caminho que percorre. Matematicamente, o dispositivo realiza o transporte paralelo ao longo do caminho que percorre.

A carruagem pode ser usada para detectar linhas retas ou geodésicas . Um caminho em uma superfície pela qual a carruagem percorre é geodésico se e somente se o ponteiro não girar em relação à base da carruagem.

Por causa da curvatura da superfície da Terra (devido a ser curvada como um globo), a carruagem geralmente não continuaria a apontar para o sul enquanto se movia. Por exemplo, se a carruagem se move ao longo de uma geodésica (aproximada por qualquer grande círculo ), o ponteiro deve ficar em um ângulo fixo em relação ao caminho. Além disso, se duas bigas viajam por rotas diferentes entre os mesmos pontos de partida e chegada, seus ponteiros, que foram apontados na mesma direção na largada, geralmente não apontam na mesma direção na chegada. Da mesma forma, se uma carruagem dá uma volta fechada, começando e terminando no mesmo ponto da superfície da Terra, seu ponteiro geralmente não aponta na mesma direção no final como no início. A diferença é a holonomia do caminho e é proporcional ao entorno. Se as viagens são curtas em comparação com o raio da Terra, essas discrepâncias são pequenas e podem não ter importância prática. No entanto, eles mostram que este tipo de carruagem, baseado em engrenagens diferenciais, seria uma bússola imperfeita mesmo se construída exatamente e usada em condições ideais.

Falta de precisão e implicações

As máquinas reais nunca são construídas com precisão perfeita. A geometria simples mostra que se o mecanismo da carruagem é baseado em uma engrenagem diferencial e se, por exemplo, a largura do trilho da carruagem (a separação entre suas rodas) é de três metros, e se as rodas são destinadas a serem idênticas, mas na verdade diferem em diâmetro em uma parte em mil, então se a carruagem viajar um quilômetro em linha reta, a figura "apontando para o sul" girará quase vinte graus. Se inicialmente apontar exatamente para o sul, no final da viagem de um quilômetro apontará quase para sul-sudeste ou sul-sudoeste , dependendo de qual roda for maior. Se a carruagem percorrer nove quilômetros, a figura acabará apontando quase para o norte. Obviamente, isso o tornaria inútil como uma bússola apontando para o sul. Para ser uma ferramenta de navegação útil, a figura teria que girar não mais do que alguns graus em uma jornada de cem quilômetros, mas isso exigiria que as rodas da carruagem tivessem o diâmetro igual a uma parte em um milhão. Mesmo que o processo de fabricação das rodas fosse capaz dessa precisão (o que não seria possível com os antigos métodos chineses), é duvidoso que a igualdade das rodas pudesse ser mantida enquanto estivessem sujeitas ao desgaste da viagem. em todo o país. A irregularidade do solo acrescentaria mais erros ao funcionamento do dispositivo.

Portanto, justifica-se um ceticismo considerável quanto a se esse tipo de carruagem apontando para o sul, usando uma engrenagem diferencial o tempo todo, foi usado na prática para navegar por longas distâncias. É concebível que a boneca apontando para o sul fosse fixada ao corpo da carruagem enquanto ela viajava em linha reta, e acoplada ao diferencial apenas quando a carruagem estava girando. O cocheiro poderia ter operado um controle para fazer isso um pouco antes e depois de fazer cada curva, ou talvez gritado comandos para alguém dentro da carruagem que conectou e desconectou a boneca e o diferencial. Isso poderia ter sido feito sem parar a carruagem. Se os giros fossem breves e raros, isso teria reduzido muito os erros de apontamento, já que eles teriam se acumulado apenas durante os curtos períodos em que o boneco e o diferencial estavam ligados. No entanto, isso levanta o problema de como a carruagem poderia ter continuado viajando em linha reta com precisão suficiente sem usar a boneca apontadora.

Se os verdadeiros propósitos da carruagem e os relatos dela fossem divertir e impressionar os visitantes estrangeiros, em vez da navegação real de longa distância, então sua imprecisão poderia não ter sido importante. Considerando que um grande vagão ou carruagem mecânica seria obrigado a viajar nas estradas, o destino em questão normalmente não seria em uma direção desconhecida. O facto de as fontes citadas acima referirem que a carruagem foi colocada à frente das procissões, o seu elevado grau de complexidade mecânica e fragilidade, e que foi 'reinventada' várias vezes, contribuem para a conclusão de que não foi utilizada para navegação, visto que uma ferramenta de navegação verdadeiramente prática e útil não seria esquecida ou deixada sem uso.

Carruagens sem engrenagens diferenciais

Embora a hipótese de que a carruagem apontando para o sul usasse engrenagens diferenciais tenha ganhado ampla aceitação, deve-se reconhecer que carruagens apontando para o sul funcionais sem engrenagens diferenciais são possíveis. As descrições antigas geralmente não são claras, mas sugerem que os chineses implementaram vários projetos diferentes, pelo menos alguns dos quais não incluíam diferenciais.

Projetos mecânicos

Algumas das descrições antigas sugerem que algumas carruagens apontando para o sul podiam se mover apenas de três maneiras: em linha reta ou virando à esquerda ou à direita com um raio de curvatura fixo. Uma terceira roda pode ter sido usada para fixar o raio de giro. Se a carruagem estava girando, a boneca que apontava era conectada por engrenagens a uma ou outra das duas rodas principais da estrada (por exemplo, o que estava do lado de fora da curva em torno da qual a carruagem estava se movendo), então a boneca girava a uma velocidade fixa, relativa para a taxa de movimento da carruagem, para compensar a taxa de giro predeterminada. A boneca girava em direções opostas dependendo de qual roda estava conectada a ela, de modo que sua rotação compensava o movimento da carruagem para a esquerda ou para a direita. Este projeto teria sido mais simples do que usar uma engrenagem diferencial.

As bigas de Yan Su e Wu Deren parecem ter usado esse tipo de mecanismo. (Veja as descrições citadas do Song Shi , acima.) Além da presença de componentes no veículo de Wu Deren para fazê-lo funcionar como um hodômetro , havia apenas pequenas diferenças entre eles. Em cada carruagem, as duas rodas principais da estrada foram presas a engrenagens verticais. Uma grande roda dentada horizontal foi ligada (possivelmente por meio de uma engrenagem intermediária) à boneca apontadora e foi posicionada de forma que um diâmetro quase abrangesse o espaço entre os pontos superiores das rodas dentadas verticais. Quando a carruagem se movia em linha reta, não havia conexão entre essas engrenagens, mas quando a carruagem girava, uma pequena roda de engrenagem era abaixada em contato com a engrenagem horizontal e uma das engrenagens verticais, ligando assim a boneca a uma da estrada rodas. Duas pequenas engrenagens estavam disponíveis, uma para conectar a engrenagem horizontal a cada uma das verticais. Claro, eles não foram usados ​​simultaneamente. As pequenas rodas dentadas eram levantadas e abaixadas por um arranjo de pesos, roldanas e cordas presas ao mastro ao qual os cavalos que puxavam a carruagem eram atrelados. Quando os cavalos se moviam para um lado ou outro, a fim de girar a carruagem, a vara se movia e as cordas baixavam a pequena roda de engrenagem apropriada para sua posição de trabalho. Quando os cavalos voltaram a andar em linha reta, a pequena roda dentada foi levantada fora do contato com as engrenagens horizontais e verticais principais. Assim, o sistema funcionou automaticamente. A simetria espelhada das engrenagens verticais sendo ligadas pelas pequenas engrenagens à engrenagem horizontal em pontos diametralmente opostos fez com que a engrenagem horizontal girasse em direções opostas, dependendo de qual roda estava ligada a ela, girando assim a boneca apontando em direções opostas quando a carruagem virou à esquerda e à direita.

A descrição não menciona uma terceira roda para fixar o raio de viragem, mas é possível que tal roda estivesse presente. Nenhuma engrenagem teria sido acoplada a ele, então talvez o autor da descrição não o tenha mencionado porque não percebeu que era uma parte importante do mecanismo. Colocar tal roda na carruagem e fazê-la funcionar adequadamente não teria sido difícil. Pode ter sido preso ao mastro ao qual os cavalos estavam atrelados. Paradas teriam sido fornecidas para limitar os movimentos do pólo à esquerda e à direita.

Se uma terceira roda rodoviária fosse incluída, este tipo de carruagem apontando para o sul poderia ter funcionado com bastante precisão como uma bússola quando usado para viagens curtas em boas condições, mas se usado para viagens longas, estaria sujeito a erros cumulativos, como carruagens usando o mecanismo diferencial.

Se de fato não houvesse uma terceira roda, a carruagem poderia ter funcionado como uma bússola se as curvas fossem sempre feitas de forma que uma das duas rodas ficasse parada e apenas a outra girasse, com a boneca apontadora conectada a ela por engrenagens. O cocheiro poderia ter impedido a roda estacionária de girar, controlando os cavalos de forma adequada. (Um freio teria ajudado, mas não há menção a nenhum na descrição.) O raio da curva em torno da qual a roda giratória se movia teria igualado a largura do trilho da carruagem, e as engrenagens girando a boneca teriam sido escolhido em conformidade. Este projeto teria funcionado como uma bússola para viagens curtas, mas teria sofrido erros cumulativos se usado para viagens longas. Além disso, a carruagem teria sido lenta e difícil de girar. Isso poderia não ter importância se as curvas raramente fossem executadas.

A descrição de Song Shi das engrenagens da carruagem de Yan Su, e o número de dentes nelas, sugere que funcionava assim, sem uma terceira roda. As relações de marcha estariam corretas se a boneca apontadora estivesse presa diretamente à grande roda dentada horizontal e a largura da carruagem fosse igual ao diâmetro das rodas da estrada. A carruagem de Wu Deren também parece ter sido projetada para funcionar dessa maneira. A largura da carruagem e, portanto, presumivelmente a largura dos trilhos, era maior do que o diâmetro das rodas. As relações de transmissão eram adequadas para essas dimensões.

O cocheiro teria que usar grande habilidade para garantir que o raio de cada volta da carruagem fosse correto para fazer uma das rodas parar de girar exatamente. A menos que ele fizesse isso corretamente, a boneca que apontava não teria continuado mirando para o sul. Ele teria sido capaz de ajustar a direção em que mirava fazendo curvas mais ou menos acentuadas. Isso às vezes lhe daria a oportunidade de usar a carruagem de forma desonesta. Se estivesse sendo demonstrado aos espectadores, por exemplo, e estivesse sendo conduzido na frente deles, fazendo muitas curvas, o cocheiro, que saberia que caminho era o sul, teria sido capaz de fazer a carruagem parecer funcionar com extrema precisão como uma bússola por longos períodos. Os espectadores poderiam ver o maquinário e veriam que o cocheiro não conseguia manipular a boneca. Eles provavelmente teriam ficado impressionados com a aparente precisão do mecanismo. É possível que esse tipo de carruagem às vezes fosse construído com o objetivo principal de impressionar os espectadores de maneira fraudulenta. Possivelmente, as pessoas que construíram essas carruagens enganaram seus próprios patrões com elas, o que poderia ter lhes dado fama e fortuna, desde que ninguém tentasse usar as carruagens para uma navegação real.

Outros projetos mecânicos para a carruagem apontando para o sul também são possíveis, incluindo aqueles que empregam um dispositivo que é usado hoje, o giroscópio . No entanto, não há indicação de que os antigos chineses sabiam disso.

Possibilidades não mecânicas

Alguns carros apontando para o sul podem não ter sido dispositivos puramente mecânicos. Alguém que andava dentro da carruagem pode ter usado algum método não mecânico para determinar as direções da bússola e girado a boneca no topo da carruagem de acordo. Existem vários métodos que poderiam ter sido usados, por exemplo:

  • Usando uma bússola magnética . Os chineses o usavam para navegação por volta do século 11, quando carros apontando para o sul ainda estavam sendo feitos e usados.
  • Usando observações astronômicas do Sol e / ou estrelas, por exemplo, a Estrela Polar . O conhecimento astronômico chinês era extenso.
  • Usando o conhecimento local. A pessoa na carruagem pode ter conhecido a área ou ter um mapa ou uma descrição dela.
  • Observando a polarização da luz do céu. Os vikings usaram cristais birrefringentes da Islândia para navegar pelo Oceano Atlântico por esse método quase ao mesmo tempo. Islândia spar é encontrado na China, bem como na Islândia e em alguns outros lugares. Insetos como as abelhas podem responder à polarização do céu e usá-la para encontrar o caminho de casa. Se os chineses o usaram é hipotético, mas certamente é possível.
  • Observando a luz que foi refratada pela atmosfera da Terra. Essa é uma das técnicas usadas pelos navegadores polinésios para conduzir os navios entre as ilhas do Pacífico. Quando a superfície da Terra, oceano ou solo, é mais fria do que o ar acima dela, uma densa camada de ar é formada perto da superfície, que refrata a luz para baixo. O resultado é que a luz pode contornar a curvatura da Terra, permitindo que as coisas sejam vistas a distâncias muito maiores do que a geometria simples poderia prever. As imagens estão muito distorcidas, mas podem ser reconhecidas por navegadores experientes. Certas outras técnicas polinésias também podem ser usadas em terra e podem ter sido empregadas pelos chineses.

Ao contrário dos mecanismos que dependem da rotação das rodas da estrada, a maioria desses métodos pode ser usada no mar. Isso pode explicar a menção (ver "Fontes mais antigas" acima) de que existia uma versão marinha da carruagem apontando para o sul.

Esses métodos podem funcionar com precisão em longas distâncias, ao contrário dos projetos mecânicos da carruagem.

Necessidade de orientação não mecânica

Um carrinho de madeira com duas rodas sustentando uma série de engrenagens de madeira e uma estátua de metal apontando com a mão estendida.
Réplica da carruagem apontando para o sul no Ibn Battuta Mall , Dubai

Algum método não mecânico de encontrar o sul deve ter sido usado quando uma carruagem apontando para o sul foi inicializada , apontando seu ponteiro para o sul no início de uma jornada. Qualquer um dos métodos mencionados acima em "Possibilidades não mecânicas" poderia ter sido usado.

Se alguma carruagem apontando para o sul foi realmente usada para navegação de longa distância, ela deve ter se baseado (após a inicialização) em um método não mecânico de localização de direção. Ele pode ter sido operado não mecanicamente por alguém que estivesse nele, conforme descrito acima. Alternativamente, se ele tinha um mecanismo mecânico, ele deve ter sido freqüentemente reinicializado não mecanicamente para eliminar erros e incertezas acumuladas.

As únicas bigas que não precisariam de métodos não mecânicos para localizar o sul seriam aquelas que nunca foram usadas para navegação de longa distância. Se alguns carros fossem usados ​​apenas para diversão ou fraude, eles poderiam ter trabalhado de forma puramente mecânica. Mesmo a inicialização poderia ter sido evitada simplesmente declarando alguma direção arbitrária como "sul".

Onde eles podem ser vistos

Embora nenhum dos carros históricos apontando para o sul permaneça, réplicas em tamanho real podem ser encontradas.

O Museu de História em Pequim , China , guarda uma réplica baseada no mecanismo de Yen Su (1027). O Museu do Palácio Nacional em Taipei , Taiwan , possui uma réplica baseada no mecanismo de Lanchester de 1932.

Referido como o "homem que aponta o sul", duas réplicas também podem ser vistas (e experimentadas fisicamente) no Ontario Science Centre em Toronto, Canadá.

Veja também

Notas

Referências

links externos