ثماني القياسات (أداة القياس)

يعتبر الربع العاكس ، أو ما يسمى أيضًا بالربع العاكس ، أداة عاكسة تستخدم في الملاحة .

اسم الثماني مشتق من الكلمة اللاتينية Octans والتي تعني ثمن الدائرة ، وذلك لأن قوس الآلة هو ثمن الدائرة.

ينشأ الربع العاكس من استخدام الجهاز للمرايا لعكس مسار الضوء إلى المراقب، وبذلك يضاعف الزاوية المقاسة. وهذا يسمح للجهاز باستخدام ثمن دورة لقياس ربع دورة أو ربع دائرة .

اخترع إسحاق نيوتن الربع العاكس حوالي عام 1699. ^[1] تم إعطاء وصف مفصل للأداة إلى إدموند هالي ، ولكن الوصف لم يُنشر حتى بعد وفاة هالي في عام 1742. ومن غير المعروف سبب عدم نشر هالي للمعلومات أثناء حياته، حيث منع هذا نيوتن من الحصول على الفضل في الاختراع الذي يُمنح عمومًا لجون هادلي وتوماس جودفري .

تم إنشاء نسخة واحدة من هذه الآلة بواسطة توماس هيث (صانع الآلة) وربما تم عرضها في واجهة متجر هيث قبل نشرها بواسطة الجمعية الملكية في عام 1742. ^[2]

استخدمت أداة نيوتن مرآتين، لكنهما استُخدمتا بترتيب مختلف إلى حد ما عن المرآتين الموجودتين في أدوات القياس الحديثة مثل الثماني والسدسيات . يوضح الرسم البياني الموجود على اليمين تكوين الأداة. ^[3]

كان قوس الجهاز (PQ) ذو الـ 45 درجة مُدرَّجًا بـ 90 قسمًا كل قسم بنصف درجة. وكان كل قسم من هذه الأقسام مقسمًا إلى 60 جزءًا، وكان كل جزء مقسمًا إلى سدس. وينتج عن هذا أن القوس كان مُدرَّجًا بالدرجات والدقائق وسدس الدقيقة (10 ثوانٍ). وبالتالي كان من الممكن أن يكون للجهاز قراءات مُقحَمة إلى 5 ثوانٍ من القوس. ولا يمكن تحقيق هذا الدقة في التدرج إلا بسبب الحجم الكبير للجهاز - حيث كان طول تلسكوب الرؤية وحده من ثلاثة إلى أربعة أقدام.

تم تركيب تلسكوب رؤية ( AB)، بطول ثلاثة أو أربعة أقدام، على طول أحد جانبي الجهاز. تم تثبيت مرآة أفق بزاوية 45 درجة أمام عدسة التلسكوب الموضوعية (G). كانت هذه المرآة صغيرة بما يكفي للسماح للمراقب برؤية الصورة في المرآة على أحد الجانبين ورؤية الأمام مباشرة على الجانب الآخر. حملت ذراع المؤشر (CD) مرآة مؤشر (H)، أيضًا بزاوية 45 درجة على حافة ذراع المؤشر. كانت الجوانب العاكسة للمرآتين متقابلة اسميًا، بحيث تكون الصورة التي تُرى في المرآة الأولى هي الصورة المنعكسة من الثانية.

مع وضع المرآتين بالتوازي، تكون قراءة المؤشر 0°. ويرى المنظر من خلال التلسكوب الأمام مباشرة على جانب واحد ويرى المنظر من المرآة G نفس الصورة المنعكسة من المرآة H (انظر الرسم التفصيلي إلى اليمين). وعندما يتم تحريك ذراع المؤشر من الصفر إلى قيمة كبيرة، تعكس مرآة المؤشر صورة في اتجاه بعيدًا عن خط الرؤية المباشر. ومع زيادة حركة ذراع المؤشر، يتحرك خط الرؤية لمرآة المؤشر نحو S (إلى اليمين في الصورة التفصيلية). وهذا يُظهر عيبًا طفيفًا في ترتيب المرآة هذا. ستحجب مرآة الأفق رؤية مرآة المؤشر عند زوايا تقترب من 90 درجة.

يبدو طول تلسكوب الرؤية ملحوظًا، نظرًا لصغر حجم التلسكوبات الموجودة على الأجهزة الحديثة. من المحتمل أن يكون هذا هو اختيار نيوتن لطريقة لتقليل الانحرافات اللونية . أنتجت التلسكوبات ذات البعد البؤري القصير ، قبل تطوير العدسات اللونية ، درجة غير مقبولة من الانحراف، لدرجة أنها يمكن أن تؤثر على إدراك موضع النجم. كانت الأطوال البؤرية الطويلة هي الحل، ومن المرجح أن يكون لهذا التلسكوب عدسة موضوعية ذات طول بؤري طويل وعدسة عينية ذات طول بؤري طويل . من شأن هذا أن يقلل من الانحرافات دون تكبير مفرط.

قام رجلان بشكل مستقل بتطوير الثُمن حوالي عام 1730: جون هادلي (1682-1744)، وهو عالم رياضيات إنجليزي، وتوماس جودفري (1704-1749)، وهو صانع زجاج في فيلادلفيا . وفي حين أن لكل منهما حق مشروع ومتساوي في المطالبة بالاختراع، إلا أن هادلي يحصل عمومًا على الحصة الأكبر من الفضل. وهذا يعكس الدور المركزي الذي لعبته لندن والجمعية الملكية في تاريخ الأدوات العلمية في القرن الثامن عشر.

كان هناك اثنان آخران من الذين ابتكروا الثمانيات خلال هذه الفترة وهما كالب سميث، وهو سمسار تأمين إنجليزي كان لديه اهتمام قوي بعلم الفلك (في عام 1734)، وجان بول فوشي، أستاذ الرياضيات وعالم الفلك في فرنسا (في عام 1732).

لقد أنتج هادلي نسختين من الربع العاكس. النسخة الثانية فقط هي المعروفة جيدًا وهي الربع المألوف.

كان أول ربع عاكس ابتكره هادلي جهازًا بسيطًا بإطار يمتد على قوس بزاوية 45 درجة. في الصورة الموجودة على اليمين، من مقال هادلي في المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية، ^[4] يمكنك رؤية طبيعة تصميمه. تم تركيب تلسكوب رؤية صغير على الإطار على طول أحد الجانبين. تم تركيب مرآة مؤشر كبيرة عند نقطة دوران ذراع المؤشر. تم تركيب مرآة أفق ثانية أصغر على الإطار في خط رؤية التلسكوب. تسمح مرآة الأفق للمراقب برؤية صورة مرآة المؤشر في نصف المنظر ورؤية جسم بعيد في النصف الآخر. تم تركيب ظل عند قمة الجهاز للسماح للمرء بمراقبة جسم ساطع. يدور الظل للسماح له بالتحرك بعيدًا عن الطريق للملاحظات النجمية.

عند المراقبة من خلال التلسكوب، سيتمكن الملاح من رؤية جسم واحد أمامه مباشرة. وسيتمكن من رؤية الجسم الثاني من خلال الانعكاس في مرآة الأفق. وينعكس الضوء في مرآة الأفق من مرآة السبابة. ومن خلال تحريك ذراع السبابة، يمكن جعل مرآة السبابة تكشف عن أي جسم حتى 90 درجة من خط الرؤية المباشر. وعندما يكون الجسمان في نفس المنظر، فإن محاذاتهما معًا تسمح للملاح بقياس المسافة الزاوية بينهما.

لم يتم إنتاج سوى عدد قليل جدًا من التصميمات الأصلية للرباعيات العاكسة. يوجد أحدها، الذي صممه باراديل، في مجموعة متحف البحرية بباريس. ^[5]

كان التصميم الثاني الذي ابتكره هادلي مشابهًا للشكل المألوف لدى الملاحين المعاصرين. تُظهر الصورة الموجودة على اليمين، والتي تم أخذها أيضًا من منشور الجمعية الملكية، ^[4] التفاصيل.

وضع مرآة مؤشر على ذراع المؤشر. وتم توفير مرآتين للأفق . كانت المرآة العلوية، في خط تلسكوب الرؤية، صغيرة بما يكفي للسماح للتلسكوب برؤية الأمام مباشرة بالإضافة إلى رؤية المنظر المنعكس. كان المنظر المنعكس هو الضوء المنبعث من مرآة المؤشر. وكما هو الحال في الجهاز السابق، سمح ترتيب المرايا للمراقب برؤية جسم مستقيم للأمام في نفس الوقت ورؤية جسم منعكس في مرآة المؤشر إلى مرآة الأفق ثم إلى التلسكوب. سمح تحريك ذراع المؤشر للملاح برؤية أي جسم ضمن 90 درجة من المنظر المباشر.

كان الاختلاف الكبير في هذا التصميم هو أن المرايا سمحت بحمل الجهاز عموديًا بدلاً من أفقيًا، كما وفرت مساحة أكبر لتكوين المرايا دون التعرض للتداخل المتبادل.

كانت مرآة الأفق الثانية ابتكارًا مثيرًا للاهتمام. كان التلسكوب قابلاً للإزالة. يمكن إعادة تركيبه بحيث يرى التلسكوب مرآة الأفق الثانية من الجانب المقابل للإطار. من خلال تركيب مرآتي الأفق بزاوية قائمة على بعضهما البعض والسماح بحركة التلسكوب، يمكن للملاح قياس الزوايا من 0 إلى 90 درجة باستخدام مرآة أفق واحدة ومن 90 درجة إلى 180 درجة باستخدام الأخرى. هذا جعل الجهاز متعدد الاستخدامات للغاية. لأسباب غير معروفة، لم يتم تنفيذ هذه الميزة على ثماني الزوايا المستخدمة بشكل عام.

عند مقارنة هذه الأداة بصورة الثماني الأضلاع النموذجية في أعلى المقالة، يمكننا أن نرى أن الاختلافات المهمة الوحيدة في التصميم الأكثر حداثة هي:

• يقع موقع مرآة الأفق والمنظار أو نقطة الرؤية في الأسفل.
• يعتبر التدعيم الداخلي للإطار أكثر مركزية وقوة.
• يقع موضع الظلال الخاصة بمرآة المؤشر في المسار بين مرآتي المؤشر والأفق وليس في الجزء العلوي من الجهاز.
• يتم استخدام ظلال متعددة للسماح بمستويات مختلفة من التظليل.
• يتم توفير ظلال منفصلة على مرآة الأفق لرؤية موضع منخفض للشمس مع أفق ساطع للغاية.
• لم يتم توفير مرآة الأفق الثانية والمساعدات المرافقة لها .

كان كالب سميث، وهو سمسار تأمين إنجليزي مهتم بشدة بعلم الفلك، قد ابتكر مثمنًا في عام 1734. وأطلق عليه اسم Astroscope أو Sea-Quadrant . ^{[6] وقد استخدم} منشورًا ثابتًا بالإضافة إلى مرآة مؤشر لتوفير عناصر عاكسة. توفر المنشورات مزايا على المرايا في عصر كانت فيه المرايا المعدنية المصقولة أقل جودة وكان كل من طلاء المرآة بالفضة وإنتاج الزجاج بأسطح مسطحة ومتوازية أمرًا صعبًا.

في الرسم الموجود على اليمين، يمكن أن يكون عنصر الأفق (ب) عبارة عن مرآة أو منشور. على ذراع المؤشر، تدور مرآة المؤشر (أ) مع الذراع. تم تركيب تلسكوب رؤية على الإطار (ج). لم يستخدم المؤشر أداة قياس أو جهازًا آخر بالمقياس (د). أطلق سميث على ذراع مؤشر الجهاز اسم علامة ، على غرار إلتون لربع البحارة الخاص به . ^[7]

كانت عناصر التصميم المختلفة لأداة سميث أقل شأناً من أداة هادلي ولم يتم استخدامها بشكل كبير. ^[5] على سبيل المثال، كانت إحدى مشكلات المنظار الفلكي هي زاوية خط رؤية المراقب. فبالنظر إلى الأسفل، كان يواجه صعوبة أكبر في المراقبة مقارنة بالتوجيه برأسه في الاتجاه الطبيعي.

لقد قدم الثُمن عددًا من المزايا مقارنة بالأدوات السابقة.

كان من السهل محاذاة المشهد لأن الأفق والنجم يبدو وكأنهما يتحركان معًا بينما كانت السفينة تتأرجح وتتدحرج. كما أدى هذا إلى خلق حالة حيث كان الخطأ في الملاحظة أقل اعتمادًا على المراقب، حيث كان بإمكانه رؤية الجسمين بشكل مباشر في وقت واحد.

مع استخدام تقنيات التصنيع المتاحة في القرن الثامن عشر، أصبحت الأدوات قادرة على القراءة بدقة شديدة. تم تقليص حجم الأدوات دون فقدان الدقة. يمكن أن يكون حجم الثماني بوصات نصف حجم ربع ديفيس دون زيادة في الخطأ.

وباستخدام الظلال فوق مسارات الضوء، يمكن للمرء أن يراقب الشمس مباشرة، بينما يسمح تحريك الظلال بعيدًا عن مسار الضوء للملاح بمراقبة النجوم الخافتة. وهذا يجعل الجهاز قابلاً للاستخدام ليلاً ونهارًا.

بحلول عام 1780، حلت أداة الثمن والسدس محل جميع أدوات الملاحة السابقة تقريبًا. ^[5]

كانت المرايا المبكرة مصنوعة من الخشب في المقام الأول، مع دمج الإصدارات اللاحقة لمكونات من العاج والنحاس. كانت أقدم المرايا مصنوعة من المعدن المصقول، حيث كانت تكنولوجيا إنتاج المرايا الزجاجية المطلية بالفضة ذات الأسطح المسطحة والمتوازية محدودة. ومع تحسن تقنيات تلميع الزجاج، بدأ توفير المرايا الزجاجية. استخدمت هذه المرايا طلاءات من ملغم القصدير المحتوي على الزئبق؛ ولم تكن الطلاءات المصنوعة من الفضة أو الألومنيوم متاحة حتى القرن التاسع عشر. كانت الجودة البصرية الرديئة للمرايا المعدنية المصقولة المبكرة تعني أن المشاهد التلسكوبية لم تكن عملية. ولهذا السبب، استخدمت معظم المرايا المبكرة دبوس رؤية بسيط للعين المجردة بدلاً من ذلك.

احتفظت الثمانيات المبكرة ببعض الميزات المشتركة مع الأعمدة الخلفية ، مثل الخطوط العرضية على المقياس. ومع ذلك، كما هو محفور، فقد أظهرت أن الأداة تتمتع بدقة ظاهرة تبلغ دقيقتين فقط من القوس بينما يبدو أن العمود الخلفي دقيقًا حتى دقيقة واحدة. سمح استخدام مقياس الفيرنييه بقراءة المقياس حتى دقيقة واحدة، وبالتالي تحسين قابلية تسويق الأداة. هذا وسهولة صنع الفيرنييه مقارنة بالأعمدة العرضية، أدى إلى اعتماد الفيرنييه على الثمانيات المنتجة في وقت لاحق من القرن الثامن عشر. ^[8]

تم إنتاج المثمنات بأعداد كبيرة. في الخشب والعاج، كان سعرها المنخفض نسبيًا مقارنة بالسدس النحاسي بالكامل يجعلها أداة شائعة. تم توحيد التصميم مع العديد من الشركات المصنعة باستخدام نفس نمط الإطار والمكونات. يمكن للمتاجر المختلفة صنع مكونات مختلفة، مع تخصص النجارين في الإطارات وغيرهم في مكونات النحاس. على سبيل المثال، استخدمت شركة سبنسر، براوننج وروست، وهي شركة مصنعة للأدوات العلمية في إنجلترا من عام 1787 إلى عام 1840 (تعمل باسم سبنسر، براوننج وشركاه بعد عام 1840) محرك تقسيم رامسدن لإنتاج مقاييس متدرجة من العاج. تم استخدامها على نطاق واسع من قبل الآخرين ويمكن العثور على الأحرف الأولى من SBR على المثمنات من العديد من الشركات المصنعة الأخرى. ^[9]

توجد أمثلة لهذه الثمانيات المتشابهة جدًا في الصور الموجودة في هذه المقالة. الصورة الموجودة في الأعلى هي في الأساس نفس الآلة الموجودة في الصور التفصيلية. ومع ذلك، فهي من شركتين مختلفتين لصناعة الآلات - الجزء العلوي يحمل علامة Crichton - London، Sold by J Berry Aberdeen بينما الصور التفصيلية هي لآلة من إنتاج Spencer, Browning & Co. London . والفرق الواضح الوحيد هو وجود ظلال الأفق على ثمانين بوصة من Crichton والتي لا توجد على الأخرى.

كانت هذه المقاييس متوفرة بخيارات عديدة. وكانت المقاييس الأساسية ذات التدرجات الموجودة مباشرة على الإطار الخشبي هي الأقل تكلفة. وكانت هذه المقاييس لا تتطلب منظارًا تلسكوبيًا، بل تستخدم بدلاً من ذلك دبوس تصويب ذي ثقب واحد أو ثقبين. وكانت المقاييس العاجية تزيد من السعر، وكذلك استخدام ذراع مؤشر نحاسي أو مقياس قياس.

في عام 1767، قامت الطبعة الأولى من التقويم البحري بجدولة المسافات القمرية ، مما مكن الملاحين من إيجاد الوقت الحالي من الزاوية بين الشمس والقمر. تكون هذه الزاوية أحيانًا أكبر من 90 درجة، وبالتالي لا يمكن قياسها باستخدام الثُمن. لهذا السبب، اقترح الأدميرال جون كامبل ، الذي أجرى تجارب على متن السفن باستخدام طريقة المسافة القمرية، أداة أكبر وتم تطوير السدس . ^[10]

منذ ذلك الوقت فصاعدًا، كان السدس هو الأداة التي شهدت تطورات وتحسينات كبيرة وكانت الأداة المفضلة للملاحين البحريين. استمر إنتاج الثماني الزوايا حتى القرن التاسع عشر، على الرغم من أنه كان عمومًا أداة أقل دقة وأقل تكلفة. جعل السعر المنخفض للثماني الزوايا، بما في ذلك الإصدارات التي لا تحتوي على تلسكوب، منه أداة عملية للسفن في الأساطيل التجارية وأساطيل الصيد.

كانت إحدى الممارسات الشائعة بين الملاحين حتى أواخر القرن التاسع عشر هي استخدام كل من السدس والثمن. تم استخدام السدس بعناية كبيرة ولقياسات القمر فقط ، بينما تم استخدام الثمن لقياسات الارتفاع الزوالية الروتينية للشمس كل يوم. ^[7] أدى هذا إلى حماية السدس الدقيق للغاية والأغلى ثمناً، مع استخدام الثمن الأكثر تكلفة حيث يعمل بشكل جيد.

من أوائل ثلاثينيات القرن العشرين وحتى نهاية الخمسينيات، تم إنتاج عدة أنواع من أدوات قياس الفقاعات المدنية والعسكرية للاستخدام على متن الطائرات. ^[11] تم تجهيز جميعها بأفق اصطناعي على شكل فقاعة، والتي تم تركيزها لمحاذاة الأفق للملاح الذي يطير على ارتفاع آلاف الأقدام فوق الأرض؛ بعضها كان به ميزات تسجيل. ^[12]

إن استخدام وتعديل الثمن متطابق بشكل أساسي مع استخدام السدس الخاص بالملاح .

لم يكن الربع العاكس الذي اخترعه هادلي هو الأول. فقد اخترع روبرت هوك الربع العاكس في عام 1684 ^[13] وكتب عن المفهوم في وقت مبكر يعود إلى عام 1666. ^[14] وكان هوك أداة عاكسة واحدة. ^[14] وقد طور جان بول فوشي وكاليب سميث ثمانيات أخرى في أوائل ثلاثينيات القرن الثامن عشر، ومع ذلك، لم تصبح هذه الثمانيات مهمة في تاريخ أدوات الملاحة.

• قائمة الأدوات الفلكية
• ثماني الأضلاع (هندسة مستوية)

الوسائط المتعلقة بـ Octants في ويكيميديا ​​كومنز