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ⓘ Ottante (strumento)



Ottante (strumento)
                                     

ⓘ Ottante (strumento)

Il nome ottante deriva dal latino octans che significa ottava parte di un cerchio, poiché larco di misurazione dello strumento è pari allottava parte di un angolo giro.

Il Quadrante riflettente deriva dagli strumenti che usano uno specchio per riflettere il raggio di luce incidente, e così facendo, raddoppiano langolo misurato. Ciò consente di usare uno strumento con una scala di un ottavo di arco di cerchio per misurare angoli pari ad un quadrante di angolo di cerchio.

                                     

1. Quadrante riflettente di Newton

Il quadrante riflettente di Isaac Newton venne inventato intorno al 1699. Una dettagliata descrizione dello strumento venne fatta da Hadley ma non venne pubblicata prima della sua morte avvenuta nel 1742. Non è noto il motivo per il quale Hadley non pubblicò linformazione durante il corso della sua vita, ma questo impedì a Newton di ottenere la paternità dellinvenzione che fu attribuita generalmente a Hadley e Godfrey.

Una copia di questo strumento venne realizzata da Thomas Heath e si pensa possa essere stata esposta nella vetrina del suo negozio prima che la notizia venisse pubblicata dalla Royal Society nel 1742.

Lo strumento di Newton usava due specchi, ma questi erano disposti in maniera diversa rispetto ai due specchi che si trovano nei moderni ottanti e sestanti. La figura a lato mostra la configurazione dello strumento.

Larco di cerchio di 45° P-Q, era graduato con 90 divisioni di mezzo grado ognuna. Ognuna di queste divisioni era a sua volta suddivisa in 60 parti e ciascuna di queste in sesti. Ciò consentiva che la misurazione di un arco fosse indicata in gradi, minuti e sesti di minuto dieci secondi. Così lo strumento poteva dare letture interpolate ai 5 secondi darco. Questa finezza di lettura era possibile solo per le grandi dimensioni dello strumento - il telescopio di avvistamento da solo era lungo circa 1.2 metri.

Il telescopio di puntamento A-B, era montato lungo un lato dello strumento. Uno specchio dorizzonte, era fissato, con un angolo di 45°, di fronte alla lente del telescopio G. Questo specchio era abbastanza piccolo da consentire allosservatore di vedere limmagine nello specchio su un lato e di vedere direttamente avanti dallaltro. Il braccio indice CD era dotato di uno specchio indice H, anchesso posto a 45° rispetto al bordo del braccio indice. I lati riflettenti dei due specchi, erano nominalmente uno di fronte allaltro, in modo che limmagine vista nel primo specchio era quella riflessa dal secondo.

Con i due specchi paralleli, lindice segnava 0°. La vista attraverso il telescopio vede direttamente avanti su un lato e quella dallo specchio G vede la stessa immagine riflessa dallo specchio H vedi particolare nel disegno a destra. Quando il braccio indice viene spostato da zero a un valore molto elevato, lo specchio indice riflette unimmagine che risulta in direzione della linea diretta di vista. Con laumentare dellindice di movimento del braccio, la linea di vista per lo specchio si sposta verso S a destra nellimmagine di dettaglio. Questo dimostra una carenza lieve con questa posizione dello specchio. Lo specchio orizzonte blocca la vista dello specchio indice quando ci si avvicina ad un angolo di 90°.

La lunghezza del telescopio di puntamento era notevole, in confronto alle piccole dimensioni dei telescopi sugli strumenti moderni. La scelta di Newton fu probabilmente dettata dalla necessità di ridurre le aberrazioni cromatiche. I telescopi a corte focali, prima dello sviluppo delle lenti acromatiche, producevano un livello notevole di aberrazioni, tanto da poter influire sulla percezione della posizione di una stella. Le lunghe focali erano la soluzione e questo telescopio avrebbe probabilmente avuto sia una grande lunghezza focale dellobiettivo e una grande lunghezza focale delloculare. Questo accorgimento riduceva le aberrazioni senza comportare un ingrandimento eccessivo.

                                     

1.1. Quadrante riflettente di Newton Versioni di Hadley

Hadley ne produsse due diverse versioni, ma solo la seconda è conosciuta ed è un ottante come quelli conosciuti oggi.

                                     

1.2. Quadrante riflettente di Newton Quadrante riflettente di Hadley

La prima versione del quadrante riflettente di Hadley era un semplice strumento con una cornice dotata di un arco di 45°. Nellimmagine a destra, dallarticolo di Hadley su Philosophical Transactions of the Royal Society, si può vedere un esempio della sua forma. Un piccolo telescopio era montato su di un lato della cornice. Un grande specchio indice era montato nel punto di rotazione del braccio dellindice. Un secondo, più piccolo specchio dorizzonte era montato sulla cornice, in linea con il telescopio di puntamento. Lo specchio dorizzonte permetteva allosservatore di vedere limmagine dello specchio indice in una metà della vista e vedere un oggetto distante nellaltra metà. Una parte smerigliata, montata al vertice dello strumento, permetteva di osservare un oggetto luminoso. Essa era spostabile, fuori dalle guide, per consentire le osservazioni stellari.

Guardando attraverso il telescopio, il navigatore avrebbe visto un oggetto direttamente di fronte. Il secondo oggetto si sarebbe visto riflesso nello specchio dorizzonte. La luce nello specchio dorizzonte era riflessa dallo specchio indice. Muovendo il braccio indice, lo specchio indice poteva essere fatto ruotare in modo da rilevare qualsiasi oggetto fino a 90° rispetto alla linea diretta di vista. Quando entrambi gli oggetti si trovano nella stessa vista, allineandoli insieme permette al navigatore di misurare la distanza angolare tra di loro.

Pochissimi dei progetti originali di quadranti riflettenti hanno poi avuto attuazione pratica e quindi realizzati. Uno, costruito da Baradelle, è nella raccolta del Musée de la Marine a Parigi.



                                     

1.3. Quadrante riflettente di Newton Ottante di Hadley

Il secondo progetto di Hadley ha la forma familiare di un moderno sestante. Limmagine a destra, ricavata da una pubblicazione della Royal Society, mostra tutti i dettagli.

Egli montò uno specchio indice sul braccio indice. Vi erano poi due specchi dorizzonte. Quello superiore, in linea con il telescopio di puntamernto, era sufficiente piccolo da consentire la visione attraverso il telescopio oltre che limmagine riflessa. Limmagine riflessa era quella proveniente dallo specchio indice. Come nello strumento precedente, la sistemazione degli specchi consentiva allosservatore di vedere limmagine delloggetto di fronte a lui e contemporaneamente quella riflessa dallo specchio indice a quello dorizzonte. Il movimento del braccio indice consentiva la visione di qualsiasi oggetto presente in un angolo di 90°.

La differenza significativa di questo progetto era che gli specchi consentivano di tenere lo strumento in posizione verticale anziché in orizzontale e lasciava più spazio per la configurazione degli specchi senza subire interferenze reciproche.

Il secondo specchio dorizzonte fu una innovazione molto interessante ed il telescopio era rimovibile Poteva essere rimontato in modo tale che il telescopio vedesse il secondo specchio dorizzonte dal lato opposto del telaio. Montando i due specchi dorizzonte ad angolo retto, luno rispetto allaltro, e permettendo il movimento del telescopio, il navigatore poteva misurare angoli da 0 a 90 ° con uno specchio e da 90 ° a 180 ° con laltro. Questo rese lo strumento molto versatile, ma per ragioni sconosciute, questa funzione non fu mai implementata negli ottanti generalmente in uso.

Confrontando questo strumento con la foto di un ottante tipico nella parte superiore di questo articolo, si può vedere che le uniche differenze significative nel design più moderno sono:

  • Non è previsto il secondo specchio dorizzonte.
  • Il rinforzo interno del telaio è più centrale e robusto.
  • Sono implementati toni distinti, sullo specchio dorizzonte, per avvistare una posizione con sole basso o con un orizzonte molto luminoso.
  • La posizione delle ombreggiature dello specchio indice è nel percorso tra lindice e gli specchi orizzonte piuttosto che nella parte superiore dello strumento.
  • La posizione dello specchio dorizzonte e del telescopio è più bassa.
  • Sono utilizzate tonalità multiple per consentire diversi livelli di ombreggiatura.
                                     

1.4. Quadrante riflettente di Newton Astroscopio di Smith

Caleb Smith, creò un ottante nel 1734. Lo chiamò Astroscope o Sea-Quadrant. Esso usava un prisma fisso abbinato ad uno specchio indice per inserire elementi di riflessione. I prismi fornivano dei vantaggi rispetto agli specchi dellepoca in cui la lucidatura dei metalli era modesta e lalluminatura degli specchi e la produzione di lastre di vetro con facce parallele era molto difficile da realizzare.

Nel disegno a destra, lelemento dorizzonte B poteva essere uno specchio od un prisma. Sul braccio indice, lo specchio indice A ruotava con il braccio. IL telescopio di puntamento era montato sulla cornice C. Lindice non utilizza un nonio o altro dispositivo in scala D. Smith chiamò il braccio indice dello strumento etichetta, alla maniera di Elton per il suo mariners quadrant.

Diversi elementi dello strumento di Smith, lo resero inferiore allottante di Hadley ed esso non venne usato molto. Ad esempio, un problema con l Astroscope era langolo di osservazione. Guardando in basso, si aveva grande difficoltà nellosservare rispetta a quando la testa era in posizione normale.

                                     

2. Vantaggi dellottante

Lottante forniva una serie di vantaggi rispetto agli strumenti precedenti.

Lobiettivo era facile da allineare, perché lorizzonte le stelle sembravano muoversi insieme alla nave anche in presenza di rollio e beccheggio. Ciò creava anche una situazione in cui lerrore di osservazione era meno dipendente dallosservatore, potendosi vedere direttamente entrambi gli oggetti in una sola volta.

Con luso delle tecniche di fabbricazione disponibili nel XVIII secolo, gli strumenti erano in grado di dare letture di grande precisione. Le dimensioni degli strumenti venne ridotta, senza perdita di precisione. Un ottante poteva essere grande la metà di un quadrante di Davis, senza aumento di errore.

Usando toni di ombreggiatura sui sentieri della luce, si poteva osservare direttamente il sole, mentre le ombre si spostavano fuori dal percorso della luce permettendo al navigatore di osservare stelle deboli. Questo ha reso lo strumento utilizzabile sia di notte che di giorno.

Nel 1780, lottante ed il sestante avevano quasi completamente eliminato tutti gli strumenti precedenti.



                                     

3. Produzione dellottante

I primi ottanti vennero costruiti in legno, mentre le versioni successive implementarono luso di avorio e ottone. I primi specchi erano realizzati in metallo lucidato, fino a quando non venne sviluppata la tecnologia che consentì la produzione di specchi realizzati con una buona argentatura su lastre si vetro realizzate con facce parallele e adeguatamente piane. Con il miglioramento della tecnica di levigazione del vetro, gli specchi in vetro soppiantarono quelli in metallo. Questi erano realizzati con un rivestimento di un amalgama di mercurio e stagno. Rivestimenti di argento o di alluminio non furono disponibili fino al XIX secolo. La scarsa qualità ottica degli specchi realizzati con metallo lucidato ha fatto sì che i cannocchiali di puntamento non fossero molto efficaci. Per questo motivo, i primi ottanti impiegavano una semplice osservazione ad occhio nudo.

I primi ottanti avevano delle caratteristiche comuni ai precedenti backstaff. Ma nonostante ciò, anche se incise, le scale davano unapparente approssimazione a solo due minuti di grado, mentre gli strumenti precedenti davano già unapprossimazione doppia un minuto. Luso del nonio, però, consentiva la lettura approssimata ad un minuto migliorando la commercializzazione degli strumenti. Questo e la miglior facilità di lettura, condussero alladozione del nonio negli ottanti prodotti nel XVIII secolo.

Gli ottanti vennero prodotti su larga scala, in legno ed avorio, ed i loro prezzi relativamente più modesti rispetto ai sestanti in ottone, li resero molto popolari e diffusi. Il disegni si andò standardizzando e molti costruttori usarono le stesse cornici e componenti analoghi. Diversi fornitori potevano produrre diversi componenti, con operai specializzati nella costruzione di cornici in legno ed altri in componenti in ottone. Ad esempio, Spencer, Browning and Rust, una fabbrica di strumenti scientifici operante in Inghilterra dal 1787 al 1840 col nome di Spencer, Browning and Co. dopo il 1840 usproduceva scale graduate in avorio. Queste venivano utilizzate ampiamente da altri costruttori le iniziali SBR si potevano trovare facilmente in ottanti costruiti da altri assemblatori.

Esempi di questi ottanti sono molto simili alle foto in questo articolo. Limmagine in alto illustra essenzialmente lo stesso strumento indicato nella foto di dettaglio. Tuttavia, sono di due costruttori di strumenti diversi - il superiore è etichettato Crichton - Londra, venduto da J Berry Aberdeen mentre le immagini di dettaglio si riferiscono ad uno strumento dalla Spencer, Browning & Co. di Londra. Lunica differenza evidente è la presenza di ombreggiature dello specchio dorizzonte per lottante Crichton che non sono presenti nellaltro.

Questi ottanti erano disponibili in molte versioni. Ve ne era una di base con le graduazioni direttamente incise sul telaio di legno, ed era la meno costosa. Questi non avevano un mirino telescopico, utilizzandone uno singolo anziché con il doppio foro. Le scale in avorio aumentavano il prezzo, così come luso di un braccio o di un indice in ottone con nonio.

                                     

4. Fine dellottante

Nel 1767, la prima edizione del The Nautical Almanac intitolata Method of Lunar Distances, consentiva ai navigatori di calcolare lora locale tramite la misurazione dellangolo fra il sole e la luna. Per metà del tempo, questangolo è maggiore di 90°, e non è quindi possibile misurarlo con un ottante. Per questa ragione lammiraglio John Campbell, che portò avanti degli esperimenti con il metodo della distanza lunare, suggerì la costruzione di uno strumento dalla scala più grande e venne sviluppato il sestante.

Da allora in poi, il sestante subì diversi sviluppi e divenne la prima scelta per la navigazione navale. Lottante continuò ad essere prodotto fino al XIX secolo, anche se aveva una minore precisione ma aveva il vantaggio di essere molto economico. Il prezzo più basso, comprese le versioni senza telescopio, lo resero lo strumento più diffuso e pratico per le piccole imbarcazioni, per il cabotaggio e per le flotte di pescherecci.

Una pratica comune tra i navigatori, fino alla fine del XIX secolo, fu quella di utilizzare sia un sestante che un ottante. Il sestante era utilizzato con grande cura e solo per la misurazione della distanza lunare, mentre lottante veniva utilizzato per le misurazioni di routine e dellaltezza del sole tutti i giorni. Questa abitudine portò a proteggere il prezioso e più accurato sestante, usando il più accessibile ottante in quelle misurazioni nelle quali era più adatto.

                                     

5. Lottante a bolla

Dai primi anni 1930 fino alla fine degli anni 1950, vennero prodotti diversi tipi di ottanti a bolla da usarsi per la navigazione aerea sia civile che militare. Essi erano costruiti con un orizzonte artificiale a forma di bolla, che veniva allineata allorizzonte per la navigazione aerea a diverse migliaia di metri sulla terra. Alcuni di essi avevano anche un registratore.

                                     

6. Altri strumenti a riflessione

Quello di Hadley non fu il primo quadrante a riflessione. Robert Hooke ne inventò uno nel 1684 e descrisse i concetti costrutti già prima del 1666. Quello di Hooke era uno strumento a singola riflessione. Altri ottanti vennero sviluppati da Jean-Paul Fouchy e Caleb Smith nei primi anni 1730, anche se non divennero importanti nella storia degli strumenti di navigazione.

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