La invención de la brújula es el resultado de la comprensión a largo plazo del magnetismo de los objetos por parte de los trabajadores de nuestro país. Gracias al trabajo de producción, la gente entró en contacto con la magnetita y empezó a comprender su magnetismo. Se descubrió por primera vez la propiedad de los imanes de atraer el hierro. Posteriormente se descubrió la directividad de los imanes. Después de muchos experimentos e investigaciones, finalmente se inventó una brújula práctica.
El descubrimiento de los fenómenos magnéticos
En la era anterior a Qin, nuestros antepasados habían acumulado mucho conocimiento en esta área. Al explorar el mineral de hierro, a menudo se encontraban con magnetita, es decir. , Magnetita (el componente principal es óxido férrico). Estos hallazgos han sido documentados durante mucho tiempo. Estos descubrimientos se registraron por primera vez en varios artículos de "Guanzi": "Hay imanes en la montaña y oro y cobre debajo". Hay registros similares en otros libros antiguos, como "El Clásico de las Montañas y los Mares". Las propiedades de los imanes para atraer el hierro se han descubierto desde hace mucho tiempo. El capítulo principal de nueve volúmenes de "Lu's Spring and Autumn Annals" contiene: "La bondad atrae el hierro, o lo atrae". En ese momento, la gente llamaba "magnetismo" "bondad". . Creen que la atracción del imán por el hierro es la atracción de una madre amorosa hacia su hijo. También cree: "La piedra es la madre del hierro, pero hay dos tipos de piedras: las amables y las no amables. La bondad puede atraer a sus hijos, pero la bondad no".
Antes de la dinastía Han, la gente Escribió imanes como "Guanyin Stone", que significa amor por las piedras.
Dado que los imanes pueden atraer el hierro, ¿pueden atraer otros metales? Nuestros antepasados hicieron muchos intentos y descubrieron que los imanes no sólo no pueden atraer oro, plata, cobre y otros metales, sino que tampoco pueden atraer ladrillos y tejas. Durante la dinastía Han Occidental, la gente se dio cuenta de que los imanes sólo podían atraer el hierro y no otros objetos.
Cuando dos imanes se juntan y están cerca uno del otro, unas veces se atraen y otras se repelen. Ahora toda la gente sabe que los imanes tienen dos polos, uno se llama polo N y el otro se llama polo S. El mismo sexo repele, el sexo opuesto atrae. La gente no lo sabía en ese momento, pero aún así podían percibirlo.
Durante la dinastía Han Occidental, hubo un alquimista llamado Luan Da. Usó esta propiedad de los imanes para crear algo que parecía dos piezas de ajedrez. Al ajustar la polaridad de las dos piezas entre sí, a veces las dos piezas se atraen y otras se repelen. Luan Da lo llamó "ajedrez de lucha". Dedicó esta novela al emperador Wu de la dinastía Han y la demostró en vivo. El emperador Wu de la dinastía Han estaba sorprendido y feliz. Fue nombrado "General de las Cinco Bendiciones". Luan utilizó vigorosamente las propiedades de los imanes para crear cosas novedosas para engañar al emperador Wu de la dinastía Han.
La Tierra también es un gran imán, con sus dos polos cerca del polo sur geográfico y del polo norte geográfico respectivamente. Por lo tanto, cuando los imanes en la superficie de la Tierra tienen libertad para girar, representarán el norte y el sur debido a la naturaleza de los imanes con polaridades similares que se repelen y polaridades opuestas que se atraen. Los antiguos no entendían esta verdad, pero eran muy conscientes de este fenómeno.
El antepasado de la brújula - Sina
El antepasado de la brújula apareció en el Período de los Reinos Combatientes. Está elaborado a partir de imanes naturales. Parece una cuchara de fondo redondo que se puede equilibrar sobre un "campo" liso y girar libremente. Cuando esté en reposo, el mango de la cuchara apuntará hacia el sur. Los antiguos lo llamaban "Si Nan". En el libro "Han Feizi" de esa época, dice: "Wang Li Si Nan se toma el tiempo primero". "Tarde o temprano" significa cuadrado, este. "Guiguzi" registra el uso de Sina. La gente de Zheng se llevaba a Sina con ellos cuando recogían jade para asegurarse de que no se perdieran.
En el período de primavera y otoño, la gente podía pulir nefrita y jadeíta con una dureza de 5 a 7 grados en varias formas. Por lo tanto, también se podían usar imanes naturales con una dureza de solo 5,5 a 6,5 grados. hacer sinán. Wang Chong, de la dinastía Han del Este, dejó un registro claro de la forma y el uso de Sinan en su libro "Lunheng". Sina está hecho de una pieza entera de imán natural después de una cuidadosa consideración. El mango de la cuchara está guiado por un poste, de modo que el centro de gravedad de toda la cuchara cae exactamente en el centro del fondo de la cuchara. un lugar liso y está rodeado por un tallo y ramas de cuatro dimensiones, sintetizando 24 direcciones. Este diseño se completó después de una larga investigación por parte de los antiguos después de observar cuidadosamente muchos fenómenos relacionados con el magnetismo en la naturaleza y acumular una gran cantidad de conocimiento y experiencia. El surgimiento de Sina es una aplicación práctica de la comprensión que tiene la gente sobre la polaridad de los dedos magnéticos.
Sin embargo, Sina también tiene muchos defectos. Los imanes naturales son difíciles de encontrar y tienden a perder magnetismo debido a los golpes y al calor durante el procesamiento. Por lo tanto, el magnetismo de Sina es relativamente débil y el contacto con el sitio debe ser muy suave; de lo contrario, será difícil girar debido a una resistencia de fricción excesiva y no se logrará el efecto de guía esperado.
Además, Sina tiene cierto tamaño y peso, lo que lo hace incómodo de llevar. Esta puede ser la razón principal por la que Sina no se ha utilizado ampliamente durante mucho tiempo.
Sina se compone de un disco de bronce y una cuchara magnética fabricada con imanes naturales. La placa de bronce está grabada con 24 direcciones y la cuchara magnética se coloca en la superficie circular central de la placa. Cuando está en reposo, la cola de la cuchara apunta hacia el sur.
La invención de la brújula
En la antigüedad, la gente solía cortar finas hojas de hierro en forma de pez. El vientre del pez era ligeramente cóncavo, como un pequeño barco. Después de ser magnetizado, flota en el agua y puede guiarse hacia el norte. En aquella época se utilizaba como juego. Cui Bao, de la dinastía Jin del Este, mencionó una vez este tipo de "pez guía" en "Notas antiguas y modernas".
Zeng Gongliang de la dinastía Song del Norte registró los métodos de producción y uso del pez guía en la "Teoría general de los cinco clásicos": "Córtalo con una fina hoja de hierro, de cinco centímetros de largo y cinco minutos de ancho. , con la cabeza y la cola como la punta de un pescado. Quemarlo con fuego de carbón. Poner el wok de hierro y el pescado en la olla de hierro como primer fuego. Sumergir el pescado en el recipiente y dejarlo. Se coloca en un recipiente plano en un lugar sin viento y el pez flotará en el agua. Su primera dirección es siempre el mediodía. "Este es un método de magnetización artificial que utiliza el campo magnético de la tierra para magnetizar láminas de hierro. Es decir, colocar la pieza de hierro al rojo vivo en dirección al meridiano. Las moléculas dentro de la lámina de hierro caliente están en un estado relativamente activo, lo que hace que las moléculas de hierro se alineen en la dirección del campo magnético terrestre para lograr la magnetización. Esta disposición se puede arreglar rápidamente sumergiéndola en agua y la magnetización se puede aumentar inclinando la cola ligeramente hacia abajo. La invención del método de magnetización artificial jugó un papel muy importante en la aplicación y desarrollo de la brújula. Este es también un acontecimiento importante en la historia del desarrollo del magnetismo y el geomagnetismo. Shen Kuo de la dinastía Song del Norte mencionó otro método de magnetización artificial en "Bi Tan de Meng Qian": "La familia Fang puede usar imanes para guiarse, los técnicos en ese momento usaban imanes para frotar agujas de coser para hacer". Las agujas son magnéticas. Desde el punto de vista actual, este es un método que utiliza el campo magnético de los imanes naturales para hacer que la disposición de los dominios magnéticos en la aguja de acero tienda a una cierta dirección, haciendo así que la aguja de acero parezca magnética. Este método es más simple que el método geomagnético y el efecto de magnetización es mejor que el método geomagnético. La invención del método de fricción no solo fue la más antigua del mundo, sino que también creó las condiciones para la aparición de instrumentos prácticos de señalización magnética.
Shen Kuo también habló sobre varios fenómenos en el proceso de magnetización del método de fricción en la "Charla escrita de Meng Qian · Charla complementaria": "Si los imanes se usan ojo por ojo, serán nítidos y generales. Alguien apunta al norte y no le teme a la piedra... Al contrario, debería haber una diferencia norte-sur, que no ha sido estudiada en profundidad." Es decir, las agujas de coser a veces apuntan al norte cuando se frotan con un imán. . Desde el punto de vista actual, todos los imanes tienen dos polos magnéticos, N y S. Cuando se magnetizan, la dirección de la aguja de coser es diferente, por lo que la dirección después de la magnetización también es diferente. Pero Shen Kuo no sabía esta verdad. Realmente documentó este fenómeno y admitió francamente que no había pensado profundamente en ello. Espero que las generaciones futuras puedan explorarlo más a fondo.
En cuanto al método de instalación de la aguja magnética, Shen Kuo introdujo cuatro métodos:
1. Flotación en agua: coloque algunas mechas en la aguja magnética y déjela flotar en el agua. , y puede indicar la dirección.
2. Método de rotación del borde del recipiente: coloque la aguja magnética en el borde del borde del recipiente y la aguja magnética podrá girar para indicar la dirección.
3. Método de rotación de la uña: coloque la aguja magnética en la uña. Dado que la superficie de la uña es lisa, la aguja magnética puede girar libremente para indicar la dirección.
4. Método para colgar en el crepúsculo: aplique un poco de cera en el medio de la aguja magnética, pegue un trozo de seda y cuélguelo en un lugar sin viento para indicar la dirección.
Shen Kuo también comparó cuatro métodos. Señaló que la mayor desventaja del método de flotación de agua es que la superficie del agua se sacude fácilmente, lo que afecta los resultados de la medición. La rotación del labio del cuenco y la rotación de las uñas son flexibles debido a la baja fricción, pero se caen fácilmente. Shen Kuo enfatizó el método del ahorcamiento, que creía que era un método ideal y práctico. De hecho, los cuatro métodos señalados por Shen Kuo han resumido los dos sistemas de dispositivos de brújula hasta ahora: agujas de agua y agujas secas.
"Meng Qian's Bi Tan" es un libro sobre la ciencia y la tecnología china antigua escrito por Shen Kuo (1031-1095). El libro trata algunas cuestiones sobre el magnetismo y las brújulas.
En la dinastía Song del Sur, Chen introdujo otro método para hacer guías de peces y guías de tortugas en "Guang Ji". Este tipo de pez sin dedos es diferente al registrado en "Wu Jing Tong Lun". Utilice un trozo de madera del tamaño de un dedo para tallar la forma de un pez. Coloque un imán natural en el vientre del pez de madera, con el polo S del imán apuntando hacia la cabeza del pez. Después de sellarlo con cera, se inserta una aguja en la boca del pez para convertirlo en un pez sin dedos. Hazlo flotar en el agua con una guía de cabeza de pez, que también es un tipo de aguja de agua.
La tortuga guía turística era un dispositivo nuevo y popular en ese momento.
Coloque un imán natural en el abdomen de la tortuga de madera, cave un agujero liso debajo del abdomen de la tortuga de madera, alinéelo y colóquelo en un clavo de bambú puntiagudo que se encuentra en posición vertical sobre la tabla de madera para que la tortuga de madera quede colocada. un punto de apoyo fijo y que gira libremente. Debido a que la fricción en el punto de apoyo es muy pequeña, la tortuga de madera puede girar el riel guía libremente. En aquella época, no se utilizaba para la navegación, sino para la ilusión. Pero este fue el precursor de la brújula árida que vendría después.
La tortuga guía turística se inventó no más tarde del año 1325. El bloque de madera está tallado en forma de tortuga, con un imán incrustado en el centro del vientre de la tortuga. La tortuga de madera se coloca sobre un pilar puntiagudo, apuntando al norte y al sur respectivamente cuando está en reposo.
Posicionamiento de la brújula
Para determinar la dirección, además de la brújula, también se necesita un disco de acimut. Cuando utilice una brújula por primera vez, es posible que no tenga un disco de orientación fijo. Ante la necesidad de medir el azimut, apareció una brújula que integraba una aguja magnética y un disco de azimut. Las brújulas incluyen la brújula Feng Shui, la brújula de agua y la brújula de sequía.
El disco de azimut todavía tiene 24 direcciones, pero el disco ha evolucionado de un cuadrado a un círculo. De esta manera, la orientación se puede determinar observando la posición de la aguja magnética en la placa de orientación. Durante la dinastía Song del Sur, Zeng Sanyi registró este documento en "Yinhua Lu": "Los caracoles pueden tener agujas de meridianos o tener una puntada entre las agujas de los meridianos". Este es el documento más antiguo sobre brújulas. El "caracol de tierra" mencionado en la literatura es el caracol de tierra, que también es una brújula. En la literatura se ha aplicado el conocimiento de la declinación magnética a las brújulas. Este tipo de brújula no sólo tiene una aguja meridiana (la aguja magnética que determina la dirección de los polos norte y sur del campo magnético terrestre), sino también una aguja meridiana (la dirección geográfica de los polos norte y sur determinada por la dirección del sol). sombra). El ángulo entre estas dos direcciones es la declinación magnética.
Se tallan veinticuatro direcciones alrededor del disco y se llena de agua en su interior. La aguja magnética pasa a través de la hierba de la lámpara y flota en el agua.
Ahora sabemos que los dos polos magnéticos de la Tierra sólo están cerca de los polos geográficos Norte y Sur y no se superponen. La aguja magnética apunta a los polos magnéticos de la Tierra en lugar de a los polos norte y sur geográficos, por lo que la aguja magnética apunta ligeramente en dirección opuesta a la dirección del sur y del norte verdaderos. Este ángulo se llama declinación magnética. Debido a que la Tierra es casi esférica, la aguja magnética se inclina hacia abajo cuando apunta hacia los polos magnéticos en un ángulo con respecto a la horizontal, lo que se denomina inclinación magnética. Los ángulos de declinación magnética y de inclinación magnética son diferentes en diferentes lugares. "Wu Yao" de la dinastía Song del Norte prestó atención al uso de la inclinación magnética cuando discutió el uso de métodos geomagnéticos para hacer brújulas. Shen Kuo habló sobre la brújula incompleta en "Bi Tan de Meng Qian", que a menudo está ligeramente hacia el este. Se señala la existencia de declinación magnética. El descubrimiento de la declinación y la inclinación magnéticas hizo que la orientación de la brújula fuera más precisa.
Aplicaciones del Magnetismo
Una vez inventada la brújula, rápidamente se utilizó en diversos aspectos como el militar, la producción, la vida diaria, los levantamientos topográficos, especialmente la navegación. La aplicación de la brújula en la navegación tiene un proceso de desarrollo paulatino. "Zhou Pingke Tan", que es un poco posterior a "Meng Qian's Bi Tan", registra: "El capitán del barco está familiarizado con la geografía, pero observa las estrellas durante la noche, el sol durante el día y la brújula en la oscuridad. "Este es el registro más antiguo del uso de una brújula en la historia de la navegación mundial. Se señala que la brújula solo debe usarse cuando el sol, la luna y las estrellas no se pueden ver en ese momento, lo que indica que la brújula no se usó correctamente al principio. Más de 20 años después, el "Libro ilustrado de Xuanhe Peak Li Zhigao" de Xu Jing también tuvo un registro similar: "Basta con mirar las estrellas, si están sombrías, use la aguja flotante guía para batir el norte y el sur en el Yuan". Dinastía, la brújula se convirtió en la herramienta más importante para la navegación marítima. Ya sea que esté soleado o nublado, navego con una brújula. También se han compilado diagramas de conexión de la posición de la aguja de la brújula para diferentes ubicaciones de navegación utilizando la navegación con brújula, que se denominan "rutas de la aguja". Cuando un barco viaja a un lugar determinado, la dirección de la posición de la aguja y la ruta a lo largo del camino están claramente marcadas. una guía de navegación.
La invención de la brújula es el resultado de la observación e investigación de los fenómenos magnéticos por parte de los ancestros antiguos. En el proceso de observación y estudio de los fenómenos magnéticos, los ancestros antiguos comprendieron mejor las propiedades del magnetismo y trataron de aplicarlas más. Cuenta la leyenda que cuando Qin Shihuang construyó el Palacio Epang, una de las puertas del palacio estaba hecha de imanes. Si un asesino pasa con una espada, los guardias lo atrapan inmediatamente. Hay muchas más historias como esta. El "Libro de Jin·Biografía de Ma Long" registra que Ma Long condujo a sus tropas hacia el oeste, a Gansu y Shaanxi, y apiló imanes a ambos lados de los senderos intestinales por los que debía pasar el enemigo. Cuando pasaron soldados enemigos con armadura real, fueron succionados firmemente y no pudieron moverse. Los soldados de Malone usan armaduras de rinoceronte, por lo que los imanes no tienen ningún efecto sobre ellos y pueden moverse libremente. El enemigo pensó que el arma mágica se retiraría sin luchar. Las "Crónicas de objetos extranjeros" de la dinastía Han del Este registran que hay algunos arrecifes y bancos de arena alrededor de las islas del Mar de China Meridional que contienen imanes. Los imanes a menudo atraen a los barcos "obstruidos por hojas de hierro", lo que les dificulta navegar.
Durante las dinastías Wei, Jin, Sur y Norte, nuestros antepasados ya tenían muchos conocimientos sobre las propiedades de los imanes.
Incluso Cao Zhi, un poeta en ese momento, usó "un imán atrae el hierro, pero el oro no está conectado" en el poema de Jiao Zhi. oración. Se puede ver que también comprende las propiedades de los imanes. Tao Hongjing de la dinastía Liang y las dinastías del Norte y del Sur propuso el método de medición magnética en "Registros de médicos famosos". Señaló que en el Sur se producen excelentes imanes. Tienen un fuerte magnetismo y pueden atraer tres o cuatro agujas de hierro, de modo que se pueden colgar varias agujas de un extremo a otro del imán. Un imán más fuerte puede atraer más de una docena de agujas de hierro e incluso puede contener medio kilo o dos de cuchillos. Tao Hongjing no sólo señaló que el magnetismo es fuerte o débil, sino que también señaló el método de medición. Esta puede ser la medición magnética más antigua registrada en el mundo.
La investigación y la comprensión de las propiedades de los imanes por parte de nuestros antepasados son la base para la invención y el desarrollo de la brújula.