威廉·奥特雷德什么时候发明了计算尺?

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威廉·奥特雷德什么时候发明了计算尺?

2023-04-18 08:18| 来源: 网络整理| 查看: 265

奥特雷德于1622年发明了滑动的计算尺,不仅可以进行加、减、乘、除、乘方和开方运算,还能计算三角函数、指数函数和对数函数,成为最为广泛的计算工具,在科学和工程计算中占据统治地位,辉煌了三百余年,对人类文明的进程功不可没。

要了解计算尺,我们先得从对数说起。

16世纪,随着天文、航海、工程、贸易以及军事的发展,改进数字计算方法成了当务之急。

1614年,约翰·纳皮尔在研究天文学的过程中,为了简化计算发明了对数,解决了大数字的乘法、除法、开平方和开立方,把乘法简化为加法,除法简化为减法。

后来,布里格斯与纳皮尔商定,出版了《对数算术》,公布了以10为底包含1~20000及90000~100000的14位常用对数表,这样对数就可以像查字典一样可以方便使用。

作者:(苏联)塞斯肯 出版社:人民教育出版社 出版时间:1952

1620年,英国伦敦的数学家埃德蒙·甘特(EdmundGunter)把对数刻在一把尺子上,各个数的位置与其对数值成比例。借助圆规一类的辅助工具,两个数的乘法就可以这样来完成:用一把两脚规量出尺子的起点到第一个因数的距离,然后使两脚规张开角度保持不变,把一只脚移到第二个因数的位置上,这时,另一只脚所指示的位置就对应于两段距离之和,此位置上的读数就是两数相乘的结果,这样无须查资料也能查到对数了。

1622年,英国圣公会牧师威廉·奥特雷德(WilliamOughtred)把两根木制对数标尺并排放在一起,创造出了世界上第一把计算尺。几年后,他又发明了圆形计算尺。

有了计算尺,人们就可以告别对数表,甚至连什么是对数都不用知道。要做乘法,只须拉拉计算尺,对一下两个因数的位置,便可读出得数,操作快捷,携带方便。

此后,出现了各式各样通用和专用的计算尺,最常见的形式是:中间一把可滑动的尺,称为滑尺;上下两把固定的尺,称为定尺;滑尺和定尺上都标着至少两排不同含义的刻度线,滑尺与定尺不同的刻度吻合代表不同运算(乘除运算、求根求幂、指数对数、三角函数等等)的结果。

虽然计算尺构思精巧、方便实用,但却经过了整整两个世纪才流行开来。

1850年,法国炮兵中尉阿梅代•马内姆对计算尺进行了改进,他挑选了4种用得比较多的对数标尺,然后为它们加上一个游标。

在战场上,计算尺的优势表现无余。炮兵比的就是速度,双方交战,利用计算尺计算炮弹落点,一拉就能出计算结果,比起查对数表怎样选择自然不言而喻。

不得不说,战争是推动科技发展的动力,美国和欧洲的科学家都开始采用这种计算尺。

计算尺为许多杰出的工程设计成就立下了汗马功劳。

阿波罗登月,飞船上备着计算尺以防不时之需;

邓稼先、郭永怀、于敏攻克「两弹一星」,离不开计算尺;

黄旭华研制核潜艇,离不开计算尺;

犹太裔物理学家爱因斯坦对计算尺也是情有独钟、爱不释手;

更有趣的是,冷战期间,现代航天之父著名火箭专家冯•布劳恩设计美国土星5号助推火箭,苏联工程师谢尔盖·科罗廖夫设计人造地球卫星和东方号宇宙飞船,这二位用的都是德国Nestler公司出品的计算尺。

Pickett N600-ES型计算尺,随阿波罗登月。

美国的“阿波罗飞船”在奔赴月球时,也没有忘记带一把计算尺作为备用计算工具。

宫崎骏2014年的动画电影《起风了》讲述了战斗机设计师堀越二郎的故事,里面就有大量计算尺的描写。

上世纪40年代,李政道求学于大物理学家费米,那时费米只有李一个研究生,每周他们都会花半天时间讨论学术问题。有一次,费米问起太阳中心的温度,于是有了下面这段经典的对话:

李政道:大概一千万度绝对温度。

费米:你怎么知道的?

李政道:从文献上看来的。

费米:你自己有没有演算过?

李政道:没有,因为这个计算比较复杂,文献讲他们算出是一千万度,我觉得很合理。

费米:不行,你一定要通过自己的思考和估计,才能接受别人的结论。我们要想一个办法,做一个大的计算尺。

于是,尽管研究方向与太阳毫不搭边,两位求真务实的科学家还是花了两天时间做了一把史上最大的计算尺,抽拉一个小时后,验算出太阳中心的温度的确是一千万度左右。

小小一把计算尺,却有着丈量宇宙的能耐。

到20世纪60年代,计算尺已经成为科技人员不可或缺的工具了。工科院校开设了为期一周的计算尺课程,学生不参加就难以拿到毕业证书。在每所院校的电气工程系里,计算尺被装在皮套中,挂在腰带上,成为一道随处可见的风景线。有些学生更为时髦,甚至戴着计算尺形状的领带夹招摇过市。在学术讨论会上,你可以看出谁在手持计算尺进行计算,核对发言者的数据;高科技公司则把印有本公司标志的计算尺当作礼物,赠送给客户或将来有意加盟的求职者。

贝克汉姆戴的这款百年灵Breitling Navitimer,上面刻着计算尺的刻度,备受追捧

由于计算尺有一个致命缺陷,标准计算尺通常只能达到3位数字的精度,而且要学会使用计算尺并不容易,这妨碍了计算尺在平民大众中的普及,因此它始终都是科技人员手中的工具。

随着便携式电子计算器的兴起,计算尺逐步退出了历史舞台。有趣的是,设计电子计算器所需的很多运算,正是靠计算尺完成的——计算尺亲手把自己送进了博物馆。

如今,人类已进入了一个高度智能化的时代,计算尺早已退出了历史舞台,只能从网上体验一下虚拟计算尺,这里有Pickett公司7种不同的计算尺。

参考资料:

在那激情燃烧的岁月,搞“两弹一星”竟然离不开它?

300年辉煌:计算尺传奇

观《起风了》 探究计算尺

滑尺计算——丈量宇宙的直尺

最后,给大家介绍一个有趣的帖子,这哥们给自己挖了巨坑,他要写一个详细介绍计算机实现原理的科普系列,他要从蛮荒漫长的手动时期 一直写到飞速变革的电子时期,有兴趣的同学可以去围观一下,可以了解不少东西。

写在前面——欢迎来到神奇的01世界



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