edgeways.ru
Список форумов
ExMachina
Вехи и детали развития технической цивилизации. 
Вычислительные машины для предсказания приливов
Пользователь: Турист (IP-адрес скрыт)
Дата: 20, July, 2016 15:31

-- Раз уж в соседней теме начали разговор о приливах и отливах, то вот по теме.
И будет много вопросов...

Вычислительные машины для предсказания приливов и отливов
[engineering-ru.livejournal.com]

Важность предсказания приливов и отливов для регулярного мореходства интуитивно понятна - с одной стороны, это банальная безопасность, ибо никто не хочет налететь на мель или риф, ошибившись в оценке уровня воды. С другой стороны, возможность скорого захода в порт всегда полезнее, чем незапланированная стоянка на рейде с ожиданием "полной воды". Логично, что во времена парусного судоходства вторая проблема была не настолько актуальна, как уже во времена паровых машин - парусники в значительной степени зависели от погодных условий, и соблюдение точных расписаний было для них практически невозможно. А вот пароходы, начавшие своё "триумфальное шествие" в XIX в., уже не зависели в такой мере от погоды, и вполне могли бы ходить по расписанию. Но на пути соблюдения этого расписания оставалась проблема расчёта приливов и отливов...

1. Вычислительная машина для предсказания приливов и отливов из Немецкого музея, была создана в 1935-39 гг.:




(для любителей традиционной мифологии)
Скрытый текстВ древности

История попыток вычислений приливов и отливов началась, как минимум, ещё в античные времена. Наблюдательные граждане ещё тогда заметили, что приливы и отливы некоторым образом совпадают с текущим положением Луны. А уже около 700 г. н.э. бенедиктинский монах Beda Venerabilis (Беда Достопочтенный), проживавший в Англии, написал научные трактаты "О времени" и "Об исчислении времени", в которых, среди прочего, дал описание зависимости приливов от фаз луны.

2. Беда Достопочтенный - сразу видно, человек был серьёзный и начитанный:

Именно из средних веков дошли до нас первые "практические указания" по расчёту приливов и отливов. Считалось, что достаточно было установить направление на Луну в моменты наибольшего прилива и, затем, соответственно, отлива - и т.н. "прикладной час порта" (англ.: "Establishment of a port") был бы установлен. Если Луну в нужный момент не было видно, то действовало простое правило: при новолунии, как и при полнолунии, использовалось положение Солнца.
После "замера" положения Луны, если облачность мешала её последующему прямому наблюдению, для каждого последующего дня пеленг на неё расчитывался по компасу, простым добавлением одного румба (1/32 его полной окружности). Так в итоге учитывалось ежедневное 50-минутное "запаздывание" Луны.

Понятно, что применение чистого "лунного" метода приводило к досадным ошибкам (до 1,5 часов!) из-за неучитывания других важных факторов, влияющих на приливы и отливы, а именно:
1) положение Солнца,
2) суточное вращение земного шара.

В новое время

Возможность более-менее точного расчёта приливов и отливов появилась лишь после того, как некто Исаак Ньютон получил удар яблоком по голове. Спустя некоторое время им был сформулирован закон всемирного тяготения, описывающий гравитационное взаимодействие различных тел. Именно в рамках классической механики Ньютона стало возможным учитывать совместное влияние Луны и Солнца на приливы.

3. "Математические начала натуральной философии" Исаака Ньютона означали прорыв в теории расчёта приливов и отливов:




Все последующие работы, посвящённые расчёту приливов и отливов, начиная с первой половины XVIII в., базировались на законах гравитации, открытых Ньютоном. Задача расчёта приливов была признана "классической", и на её решении "тренировались" такие известные учёные, как Даниил Бернулли (Daniel Bernoulli), Леонард Эйлер (Leonhard Euler) и Пьер-Симон Лаплас (Pierre Simon Laplace).

Несмотря на этот "теоретический" прорыв, ручной расчёт приливов и отливов в конкретной точке Земли (как правило, в гавани) был весьма трудоёмким и мог занимать у опытного математика многие месяцы! Это привело в итоге к идее "автоматизировать" этот процесс, т.е. применить специальные механические вычислительные машины.

4. Пример (современной) таблицы приливов, которые до появления специальных вычислительных машин необходимо было расчитывать вручную:

[upload.wikimedia.org]

В новейшее время

Первую машину для предсказания приливов и отливов создал ирландец Уильям Томсон, он же лорд Кельвин (William Thomson, Lord Kelvin) в 1872-73 гг. Она позволяла предсказывать уровень воды в Темзе, учитывая положение Луны и Солнца, суточное вращение Земли и ещё ряд других параметров.

5. Машина для предсказания приливов и отливов Уильяма Томсона:



Идея, лежащая в основе всех механических машин для вычисления приливов и отливов, называется гармоническим анализом и заключается в этой простой формуле:



Эта формула позволяет учитывать различные факторы, влияющие на прилив. Результат такой суперпозиции выводится при помощи механических передач на соответстующие указатели уровня воды и времени, и - дополнительно - на самописец. На первый взгляд, количество составных частей машины - специальных дисков (или колец) с балансирами - значительно превышает количество основных "факторов" - т.е. Солнца и Луны. Это обусловлено тем, что Солнце и Луна непрерывно изменяют свои склонения и расстояния до Земли, и поэтому "идеальный случай" с лишь четырьмя "дисками" для предсказания приливов и отливов оказывается неработающим. В итоге, т. н. "приливообразующую силу" от каждого фактора (в первую очередь - от Луны и Солнца) разделяют на несколько слагаемых - при условии, чтобы сумма их составляла действительную величину приливообразующих сил. Тогда машина при решении своей задачи будет работать не с "настоящей" Луной, а с несколькими "идеализированными" Лунами, которые вращаются уже не по эллиптическим орбитам, а по идеальным окружностям, в том числе точно по экватору, по параллели 45° и т.п. Это кажущееся усложнение принципа работы приводит на самом деле к упрощению итогового "механического" решения, т. к. позволяет использовать "факторы", чьё влияние одинаково повторяется изо дня в день.

6. Первая немецкая машина для вычисления приливов, была создана в 1915 г., ныне выставлена в Немецком музее судоходства в Бремерхафене. Авторы машины математик Фридрих Кюнен (Friedrich J. Kühnen) и конструктор Эрнст Райперт (Ernst Reipert):



Влияющие на прилив факторы, вызванные положением Луны и Солнца, часто называются "простыми волнами", на которые разлагают итоговую "сложную" волну наблюдаемого прилива. Но, как уже было отмечено, на Земле существуют и другие причины, тоже вызывающие периодические колебания уровня океана, например - бризы или годовое колебание объёма стока воды в реке (это важно для портов, которые расположены в устьях рек). Для учёта этих факторов в машину добавляют дополнительные "простые волны", которые хоть и усложняют конструкцию, но позволяют достичь значительно большей точности в предсказании приливов и отливов.

Разумеется, интерес к предсказаниям приливов и отливов существовал не только у торгового флота. Более того, к примеру, первые две немецкие машины для предсказания приливов ("Gezeitenrechenmaschine") были созданы по заказу военно-морского флота. Результаты расчётов были особенно важны для оперирования подводных лодок. В результате прослеживается интересная связь между активизацией подводной войны и временем создания этих вычислительных машин в Германии.

7. Первые две немецкие машины для предсказания приливов были созданы по заказу военно-морского флота (в 1916 и 1939 гг.). Точные данные о приливах и отливах были особенно важны для планирования операций подводных лодок.

Кроме Англии и Германии эти машины были созданы (как минимум) в Бразилии, Норвегии и США. Их использовали вплоть до 1970-х годов, когда начали появляться уже вполне вменяемые цифровые вычислительные машины. В настоящее время расчётом приливов и отливов занимаются исключительно компьютеры.

Любопытно, что при планировании высадки союзников в Нормандии в июне 1944 г. так же использовалась вычислительная машина для предсказаний приливов. Как и другие подобные машины, она выполняла Фурье-анализ временных рядов уровня воды - с помощью вращающихся каждый со своей скоростью барабанов, через которые проходил металлический трос, который суммировал все члены ряда Фурье, а механически связанный графопостроитель выдавал высоту прилива в зависимости от времени.

8. Время высадки наших союзников в Нормандии в 1944 г. было расчитано с помощью машины для предсказания приливов:



9. Вычислительная машина с первой фотографии этого поста (немецкая), но ещё не в музее, а во время работы, фото 1950-х годов:



10. Бразильская вычислительная машина для предсказания приливов:



11. Английская машина для предсказаний приливов, около 1950 г.:



12. Американская машина (Tide-Predicting Machine №2) 1912 г. выпуска:



К сожалению, я не нашёл информации о подобных машинах, созданных в России / СССР. Но вот такие справочники существовали (и продолжают издаваться до сих пор):

13. Образец таблицы приливов:



(tu): Козлов Евгений, rstm

Перейти: <>
Опции: ОтветитьЦитировать

Тема Написано Дата
Вычислительные машины для предсказания приливов(tu)(tu) Турист 20.07.2016 15:31
ПВМ.(tu)(tu) Изюм 20.07.2016 16:32
Высокие приливы Турист 20.07.2016 16:47
Рельеф важен, BAPBAP 20.07.2016 23:34
Противоположный горб Турист 26.07.2016 08:41
Два логичных приливных горба Tello 26.07.2016 15:32
Отв: Два нелогичных приливных горба Турист 26.07.2016 16:19
Отв: полусуточные приливы из 8-го класса Tello 26.07.2016 18:14
Отв: Что за "приливная сила" ? Турист 26.07.2016 22:05
еще раз про направление приливной силы Tello 26.07.2016 23:10
Отв: еще раз про направление приливной силы(tu) Эдуард 26.07.2016 23:31
про направление приливной силы Tello 27.07.2016 00:00
Отв: ...про волны Турист 27.07.2016 00:11
Отв: векторные величины Турист 26.07.2016 23:54
Отв: в 3-й раз про векторные величины Tello 27.07.2016 00:27
Отв: всё гораздо сложнее и запутаннее gogasy 27.07.2016 01:51
О_о_о!!! ilyas xan 28.07.2016 09:27
Отв: векторные величины(tu) ilyas xan 28.07.2016 09:25
Отв: шар из мягкой резины Турист 28.07.2016 13:03
Отв: шар из мягкой резины ilyas xan 28.07.2016 14:13
Отв: Прекрасно!(tu) gogasy 28.07.2016 13:14
Отв: Прекрасно! Эдуард 28.07.2016 13:48
Отв: Резиновое яйцо gogasy 28.07.2016 14:16
Отв: Резиновое яйцо ilyas xan 28.07.2016 14:27
Дайте рацпредложение Эдуард 28.07.2016 15:02
Отв: на Олимпийских играх все равны gogasy 28.07.2016 15:14
Отв: Дайте рацпредложение Турист 28.07.2016 15:52
Отв: Дело ясное, что дело тёмное(tu)(tu) gogasy 26.07.2016 18:08
скорость волны и скорость частиц Tello 26.07.2016 19:33
Отв: скорость волны и скорость частиц gogasy 26.07.2016 20:54
Отв: скорость "горба" и скорость частиц в "горбе" Tello 26.07.2016 22:41
Отв: скорость волны и скорость частиц ilyas xan 27.07.2016 15:09
Конкретно Эдуард 27.07.2016 16:26
Отв: скорость волны и скорость частиц Турист 03.08.2016 00:54
Отв: ГНСС/GPS штуковина Tello 03.08.2016 17:34
Отв: слив засчитан Турист 03.08.2016 22:32
Отв: слив засчитан Эдуард 04.08.2016 00:48
Отв: это Вы для Телло пишите ? Турист 04.08.2016 02:11
Отв: это Вы для Телло пишите ? ilyas xan 04.08.2016 10:47
Отв: это Вы для Телло пишите ? Эдуард 04.08.2016 18:11
Отв: это Вы для Телло пишите ? ilyas xan 06.08.2016 00:18
Отв: Джейкоба Перлмана ? Турист 05.08.2016 01:06
Отв: точность штуковины Tello 07.08.2016 03:09
Отв: точность штуковины - охренительная! gogasy 07.08.2016 11:42
Отв: охренительный сейсмометр(tu) Tello 07.08.2016 18:36
Отв: охренительный сейсмометр Турист 07.08.2016 22:46
Отв: точность штуковины(tu)(tu) ilyas xan 08.08.2016 09:36
Отв: точность штуковины Tello 09.08.2016 02:39
Отв: точность штуковины(tu) ilyas xan 09.08.2016 09:17
Отв: точность спутников Tello 09.08.2016 15:59
Отв: точность спутников ilyas xan 09.08.2016 17:29
Отв: точность и килобаксы Tello 09.08.2016 18:08
Отв: точность и килобаксы(tu) ilyas xan 09.08.2016 18:28
Отв: координаты, геодезисты и пр. Tello 09.08.2016 20:49
Отв: координаты, геодезисты и пр. ilyas xan 10.08.2016 00:41
Отв: геодезисты и пр.(tu) Tello 10.08.2016 03:26
Во!!!(tu) ilyas xan 10.08.2016 10:11
Отв: Ровное место Tello 10.08.2016 16:07
НЕровное место ilyas xan 10.08.2016 17:00
Отв: не очень дрожащие системы кооррдинат Tello 10.08.2016 18:07
Теория относительности и GPS Эдуард 10.08.2016 19:50
Отв: Теория относительности и GPS Tello 10.08.2016 23:05
Отв: Теория вранья и GPS Турист 11.08.2016 00:08
Отв: Разве есть кварцы на 1,5-2 ГГц? gogasy 11.08.2016 00:56
Отв: Разве есть кварцы на 1,5-2 ГГц? Турист 11.08.2016 02:06
Отв: кварцы и гравитация gogasy 11.08.2016 18:15
Отв: Теория вранья и GPS Турист 19.01.2017 22:11
Отв: точность штуковины Турист 10.08.2016 00:47
Отв: водовороты Турист 27.07.2016 09:56
Два горба АН-2 31.07.2016 07:50
Неболшая спекуляция Эдуард 26.07.2016 20:06
Отв: Неболшая спекуляция Турист 26.07.2016 22:17
Отв: Неболшая спекуляция Эдуард 26.07.2016 23:14
Отв: Неболшая спекуляция ilyas xan 28.07.2016 09:35
Отв: Никакой спекуляции gogasy 28.07.2016 12:11
Отв: Никакой спекуляции ilyas xan 28.07.2016 13:02
Отв: Никакой спекуляции Эдуард 28.07.2016 14:03
Отв: В привычной мне системе отсчёта(tu)(tu) gogasy 28.07.2016 14:51
Отв: В привычной мне системе отсчёта Эдуард 28.07.2016 15:27
Отв: В привычной мне системе отсчёта ilyas xan 28.07.2016 15:47
Отв: Зачем описывать эксперименты gogasy 28.07.2016 16:28
Отв: Зачем описывать эксперименты ilyas xan 28.07.2016 17:02
Отв: Ты забыл добавить(tu) gogasy 28.07.2016 17:11
Отв: Ты забыл добавить ilyas xan 28.07.2016 17:24
Отв: Это ты подумай и ответь gogasy 28.07.2016 17:35
Действительно каша у вас в голове Эдуард 28.07.2016 18:31
Отв: В данном случае учебник нужен не мне(tu) gogasy 28.07.2016 20:15
Отв: В данном случае учебник нужен не мне ilyas xan 28.07.2016 20:23
Отв: В данном случае учебник нужен не мне Эдуард 28.07.2016 22:23
Отв: То что материальная точка не может вращаться gogasy 28.07.2016 23:50
Отв: То что материальная точка не может вращаться Эдуард 29.07.2016 00:46
Отв: Ты забыл добавить Эдуард 28.07.2016 17:54
Отв: Ты забыл добавить(td) ilyas xan 28.07.2016 19:26
Отв: про обрезание веревок Tello 28.07.2016 21:44
Отв: А это я для кого написал?(tu) gogasy 28.07.2016 23:10
Мда Эдуард 28.07.2016 23:47
Отв: Тема !!! Турист 29.07.2016 00:46
Отв: Тема !!! Эдуард 29.07.2016 01:05
Отв: Тема !!! Турист 29.07.2016 01:10
Picture(tu) Эдуард 29.07.2016 01:52
: пояснение к картинке Эдуард 29.07.2016 02:10
Еще раз подчеркну Эдуард 29.07.2016 02:44
Сосчитал Эдуард 29.07.2016 06:20
Отв: Сосчитал... Tello 29.07.2016 15:45
Та же формула работает и для определения формы Земли... Эдуард 29.07.2016 17:16
согласно формуле Луна с приливами не связана(tu) Tello 29.07.2016 18:05
Отв: Эдуапд привык работать со школьниками(tu) gogasy 29.07.2016 18:38
Отв: Эдуапд привык работать со школьниками Эдуард 29.07.2016 19:26
Невнимательно читаете Эдуард 29.07.2016 19:02
Отв: Невнимательно читаете ilyas xan 29.07.2016 19:15
Отв: Невнимательно читаете Эдуард 29.07.2016 19:39
Отв:учет положения ЦМ(tu) Tello 29.07.2016 19:46
Отв: Негравитационная теория приливов ... Tello 29.07.2016 19:37
Отв: Негравитационная теория приливов ... ilyas xan 29.07.2016 19:46
Не ломая голову ... Tello 29.07.2016 19:58
Отв: Не ломая голову ... Эдуард 29.07.2016 20:09
Отв: Негравитационная теория приливов ... Эдуард 29.07.2016 20:02
Отв: очень хорошие приближения Tello 29.07.2016 21:17
Объясняю на пальцах, в чем заключается приближение. Эдуард 29.07.2016 22:05
А объяснять не нужно ... Tello 29.07.2016 22:28
Упреждаю следующий наезд Эдуард 29.07.2016 22:48
Отв: В чём сила, брат? Сила в правде! gogasy 30.07.2016 00:43
Calculations Эдуард 30.07.2016 01:31
Отв: Calculations Tello 30.07.2016 18:06
Отв: Calculations Эдуард 30.07.2016 20:48
Отв: калькуляция падающего феномена Tello 30.07.2016 21:39
Отв: калькуляция падающего феномена Эдуард 30.07.2016 23:59
Отв: проектирование падающего феномена на оси Tello 31.07.2016 01:32
Отв: И чего пристал к учителю в другой стране? gogasy 31.07.2016 01:55
Отв: к учителям и надо приставать Tello 31.07.2016 02:05
Инерция мышления Эдуард 31.07.2016 03:13
Исправленный расчет Эдуард 31.07.2016 05:17
Отв: Инерция мышления Tello 31.07.2016 14:41
Отв: Picture. центр масс Турист 05.08.2016 01:23
Отв: Picture. центр масс Эдуард 05.08.2016 03:57
Отв: Picture. центр масс Турист 06.08.2016 02:01
Отв: про горб на другой стороне от Луны(tu) gogasy 29.07.2016 01:32
Отв: просто в этих задачах он руку набил gogasy 29.07.2016 01:12
Отв: просто в этих задачах он руку набил Эдуард 29.07.2016 02:16
Отв: Уж и не знаю для кого ... Tello 29.07.2016 00:34
Отв: именно прямолинейное движение и сохраняется gogasy 29.07.2016 17:57
центростремительные тайны ... Tello 29.07.2016 20:33
Эффект Джанибекова Эдуард 29.07.2016 20:36
picture Эдуард 29.07.2016 20:44
Отв: именно прямолинейное движение и сохраняется ilyas xan 29.07.2016 21:05
Отв: А это я для кого написал? ilyas xan 29.07.2016 12:00
Отв: Совсем плохой стал? gogasy 31.07.2016 16:07
Отв: чему учат в 8-м классе Tello 31.07.2016 17:35
Отв: Очень жаль, что выпускникам термеха МГУ gogasy 31.07.2016 23:17
Очень интересно излагаете Эдуард 01.08.2016 01:03
Отв: А мне прошлое все-таки жаль... Tello 01.08.2016 01:21
Отв: чему учат в 8-м классе Эдуард 01.08.2016 05:09
Неудержим!!! (2) (-) ilyas xan 01.08.2016 09:06
[adm] 3 дня Козлов Евгений 03.08.2016 20:18
Смею заметить Эдуард 03.08.2016 20:49
Отв: Неболшая спекуляция Эдуард 28.07.2016 14:08
Отв: Неболшая спекуляция(tu) gogasy 28.07.2016 12:42
Отв: в чем подвох ? Турист 28.07.2016 16:31
Отв: Если убрать слово "фиктивные" gogasy 02.08.2016 11:18
Отв: я милого узнаю по походке(tu) gogasy 26.07.2016 20:51
Отв: я милого узнаю по походке Турист 26.07.2016 22:11
эк вы махнули frank 27.07.2016 10:58
Отв: Смею надеяться, что на этом форуме(tu) gogasy 27.07.2016 13:58
Отв: Смею надеяться... Tello 27.07.2016 15:21
Отв: я милого узнаю по походке ilyas xan 28.07.2016 09:37
Про отливы Турист 28.07.2016 16:38
Мне ведь нетрудно и повторить Эдуард 30.07.2016 02:33
Отв: лапша на ушах 8-ми классников(tu) gogasy 01.08.2016 21:36
Отв: лапша на ушах 8-ми классников Эдуард 02.08.2016 00:34
Отв: Если разница не существенна gogasy 02.08.2016 02:35
Отв: Если много раз повторять "халва" gogasy 01.08.2016 22:57
Отв: Если много раз повторять "халва"(tu) Эдуард 02.08.2016 00:37
Отв: Если много раз повторять "халва" ilyas xan 02.08.2016 12:02
Отв: Когда будешь смеятся gogasy 02.08.2016 12:18
Можно повторить, вдруг поймешь Tello 02.08.2016 01:43
Отв: если старый маразматик ещё не забыл(td) gogasy 02.08.2016 02:30
Отв: нужно тянуть свою голову вверх за волосы...(tu) Tello 02.08.2016 03:47
Отв: МГУ-кам нужно загустить свои мозги современными познаниями(td) gogasy 02.08.2016 12:04
Отв: проверка связи (-) gogasy 05.08.2016 22:34
[adm] бан 3 дня (-) Козлов Евгений 02.08.2016 12:22
Отв: Судя по номеру экземпляра таблиц gogasy 08.08.2016 12:26


Ваше имя: 
Ваш email: 
Тема: 
Прикрепить файл
  • Вы можете прикрепить файлы следующих типов:
  • Файлы не могут быть больше, чем
  • ещё 10 файлов может быть прикреплено
Smileys
...
(loading smileys)
Незарегистрированный пользователь должен ввести код, чтобы публиковать сообщение. Действителен только последний показанный код.
Введите код:  Картинка
В онлайне
АН-2
Гости: 23

This forum powered by Phorum.

Large Visitor Globe