『揭秘天才设计的航海定位神器六分仪:工作原理与科学奥秘』

『揭秘天才设计的航海定位神器六分仪:工作原理与科学奥秘』

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全文总字数:883字

这是两百多年前英国人发明的六分仪,它只用简单光学原理就能测出太阳和海平面的夹角,帮船只在茫茫大海里准确定位。那它是怎么做到的呢?

早在十六世纪,船员们就靠看星星月亮来推算纬度,可船在海上一晃,测量就很容易出错,航线也常跑偏。直到一七三零年,英国发明家约翰·哈德利做出了一种能精确测角度的仪器——六分仪,这才解决了问题。

我们来看看它的样子。六分仪的架子一般是金属做的,形状像一把六十度的扇子,也就是六分之一圆。架子底下有一条带刻度的弧,叫分度弧。顶上连着一根能自由摆动的指标臂,臂下端的指针指着分度弧上的刻度,配合边上的游标尺,读起来更准。旁边还有个固定用的夹子,防止手滑影响测量。

指标臂的转轴上装了一面指标镜,镜子会跟着臂一起动。架子另一侧装着一块水平镜,这镜子一半反光、一半透明,这样人就能同时看到天体的倒影和真实的海平线。水平镜旁边架着一台望远镜,从望远镜看过去,就能看到指标镜反射过来的天空画面。每块镜子前还装了减光片,能把太阳强光变柔和,保护眼睛——不然看久了眼睛可受不了,过去不少水手戴眼罩也是因为这个。

就这么个简单的小工具,凭什么能在海上找到船的位置呢?其实靠的是光的反射原理。光射到镜子上,入射角等于反射角。如果光连续被两面平行的镜子反射,那么两面镜子的入射角和反射角都相等。但只要第二面镜子轻轻一转,它的入射角就变了。因为角度会叠加,光经过两次反射后,总偏转角度就是镜子转角的两倍。

所以,当我们转动指标臂,分度弧上显示的度数其实是指标镜转角的两倍。这也解释了为什么架子虽然是六十度,刻度却标到一百二十度。

我们来试试怎么用。假如把一颗红色小球当成太阳,先把六分仪调零,对准海平线。如果两边画面一致,就去找太阳。把太阳的像挪到右侧反射区,松开固定夹,轻轻摆动指标臂和仪器,让小球慢慢落到海平线上,再微调到它刚好和海平线相切。这时分度弧上的读数......

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