El mástil es un instrumento de navegación que se utilizaba para medir la altitud de un cuerpo celeste , en particular el Sol o la Luna . Al observar el Sol, los usuarios lo mantenían a su espalda (de ahí el nombre) y observaban la sombra proyectada por la veleta superior sobre una veleta del horizonte. Fue inventado por el navegante inglés John Davis , quien lo describió en su libro Seaman's Secrets en 1594. [1]
Tipos de personal de apoyo
El término "contrapunto" se refiere a cualquier instrumento que mida la altura del sol mediante la proyección de una sombra. Parece que la idea de medir la altura del sol mediante observaciones posteriores se originó con Thomas Harriot . [2] Muchos tipos de instrumentos evolucionaron a partir del contrapunto que pueden clasificarse como contrapuntos. Solo el cuadrante de Davis sigue siendo dominante en la historia de los instrumentos de navegación. De hecho, el cuadrante de Davis es esencialmente sinónimo de contrapunto. Sin embargo, Davis no fue el primero ni el último en diseñar un instrumento de este tipo y aquí también se consideran otros.
Cuadrante de Davis
Cuadrante de Davis, realizado en 1765 por Johannes Van Keulen. En exhibición en el Museo Nacional de la Marina de París.
El capitán John Davis inventó una versión del mástil en 1594. Davis era un navegante que estaba muy familiarizado con los instrumentos de la época, como el astrolabio marino , el cuadrante y la cruceta . Reconoció los inconvenientes inherentes de cada uno y se esforzó por crear un nuevo instrumento que pudiera reducir esos problemas y aumentar la facilidad y precisión de la obtención de las elevaciones solares .
En la Figura 1 se muestra una versión temprana del bastón cuadrante . [3] Tenía un arco fijado a un bastón para que pudiera deslizarse a lo largo del bastón (la forma no es crítica, aunque se eligió la forma curva). El arco (A) se colocó de manera que proyectara su sombra sobre la veleta del horizonte (B). El navegante miraría a lo largo del bastón y observaría el horizonte a través de una ranura en la veleta del horizonte. Al deslizar el arco de manera que la sombra se alineara con el horizonte, se podía leer el ángulo del sol en la vara graduada. Este era un cuadrante simple, pero no era tan preciso como uno quisiera. La precisión del instrumento depende de la longitud del bastón, pero un bastón largo hacía que el instrumento fuera más difícil de manejar. La altitud máxima que se podía medir con este instrumento era de 45°.
La siguiente versión de su cuadrante se muestra en la Figura 2. [ 3] El arco en la parte superior del instrumento en la versión anterior fue reemplazado por una veleta de sombra colocada en un espejo de popa. Este espejo de popa se podía mover a lo largo de una escala graduada para indicar el ángulo de la sombra sobre el bastón. Debajo del bastón, se agregó un arco de 30°. El horizonte, visto a través de la veleta de horizonte a la izquierda, está alineado con la sombra. La veleta de observación en el arco se mueve hasta que se alinea con la vista del horizonte. El ángulo medido es la suma del ángulo indicado por la posición del espejo de popa y el ángulo medido en la escala en el arco.
El instrumento que ahora se identifica con Davis se muestra en la Figura 3. [4] Esta forma evolucionó a mediados del siglo XVII. [ 4] El arco de cuadrante se ha dividido en dos partes. El arco de radio más pequeño, con una envergadura de 60°, se montó sobre el asta. El arco de radio más largo, con una envergadura de 30°, se montó debajo. Ambos arcos tienen un centro común. En el centro común, se montó una veleta de horizonte ranurada (B). Se colocó una veleta de sombra móvil en el arco superior de modo que su sombra se proyectara sobre la veleta de horizonte. Una veleta de visión móvil se montó en el arco inferior (C).
Es más fácil para una persona colocar una veleta en una ubicación específica que leer el arco en una posición arbitraria. Esto se debe a la agudeza de Vernier , la capacidad de una persona para alinear dos segmentos de línea con precisión. Por lo tanto, un arco con un radio pequeño, marcado con relativamente pocas graduaciones, se puede utilizar para colocar la veleta de sombra con precisión en un ángulo específico. Por otro lado, mover la veleta de visión a la ubicación donde la línea hacia el horizonte se encuentra con la sombra requiere un arco grande. Esto se debe a que la posición puede estar en una fracción de grado y un arco grande permite leer graduaciones más pequeñas con mayor precisión. El arco grande del instrumento, en años posteriores, se marcó con transversales para permitir que el arco se leyera con mayor precisión que las graduaciones principales. [5]
De esta manera, Davis fue capaz de optimizar la construcción del cuadrante para tener tanto un arco pequeño como uno grande, lo que permitió la precisión efectiva de un solo cuadrante de arco de gran radio sin hacer que todo el instrumento fuera tan grande. Esta forma del instrumento se convirtió en sinónimo de la vara de escota. Fue una de las formas más utilizadas de vara de escota. Los navegantes de Europa continental lo llamaron el Cuadrante Inglés .
Una modificación posterior del cuadrante de Davis fue utilizar un cristal Flamsteed en lugar de la veleta de sombra; esto fue sugerido por John Flamsteed . [4] Esto colocó una lente en la veleta que proyectaba una imagen del sol en la veleta del horizonte en lugar de una sombra. Era útil en condiciones en las que el cielo estaba brumoso o ligeramente nublado; la imagen tenue del sol se mostraba más brillante en la veleta del horizonte donde no se podía ver una sombra. [5]
Figura 1 : Un precursor simple del Cuadrante de Davis, según una ilustración de su libro, Secretos del marinero . El arco se limitaba a medir ángulos de hasta 45°.
Figura 2 : El segundo cuadrante de Davis, según una ilustración de su libro, Seaman's Secrets . El arco de arriba se reemplaza por un arco de abajo y un espejo de popa que proyecta sombras arriba. Este instrumento ahora puede medir hasta 90°.
Figura 3 – El Cuadrante Davis tal como evolucionó a mediados del siglo XVII. El travesaño superior ha sido reemplazado por un arco de 60°.
Uso
Para utilizar el instrumento, el navegante debe colocar la veleta de sombra en una posición que anticipe la altura del sol. Sosteniendo el instrumento frente a él, con el sol a su espalda, sostiene el instrumento de manera que la sombra proyectada por la veleta de sombra caiga sobre la veleta del horizonte, al lado de la ranura. Luego mueve la veleta de observación de manera que observa el horizonte en una línea desde la veleta de observación a través de la ranura de la veleta del horizonte, mientras mantiene simultáneamente la posición de la sombra. Esto le permite medir el ángulo entre el horizonte y el sol como la suma del ángulo leído desde los dos arcos.
Como el borde de la sombra representa el borde del sol, debe corregir el valor para el semidiámetro del sol.
Instrumentos derivados del cuadrante de Davis
El cuadrante de Elton se deriva del cuadrante de Davis y le añade un brazo índice con niveles de burbuja para proporcionar un horizonte artificial.
Demi-cruz
Figura 4 – Una media cruz. Este instrumento era contemporáneo del cuadrante de Davis y popular fuera de Inglaterra. Muestra su similitud con la primera versión de Davis ( Figura 1 )
La media cruz fue un instrumento contemporáneo del cuadrante de Davis y fue popular fuera de Inglaterra. [4]
El travesaño vertical era como un medio travesaño sobre un palo de cruz , de ahí el nombre de media cruz . Sostenía una veleta de sombra (A en la Figura 4 ) que podía ajustarse a una de varias alturas (tres según May, [4] cuatro según de Hilster [6] ). Al ajustar la altura de la veleta de sombra, se establecía el rango de ángulos que se podían medir. El travesaño se podía deslizar a lo largo del palo y el ángulo se podía leer desde una de las escalas graduadas del palo.
La veleta de visión (C) y la veleta de horizonte (B) se alinearon visualmente con el horizonte. Con la sombra de la veleta de sombra proyectada sobre la veleta de horizonte y alineada con el horizonte, se determinó el ángulo. En la práctica, el instrumento era preciso pero más difícil de manejar que el cuadrante de Davis. [6]
Arado
Figura 5 – El arado, un instrumento de transición con características tanto de asta transversal como de asta de apoyo.
El arado era el nombre que se le daba a un instrumento inusual que existió por un corto tiempo. [4] Era en parte un asta cruzada y en parte un asta trasera. En la Figura 5 , A es el espejo de popa que proyecta su sombra sobre la veleta del horizonte en B. Funciona de la misma manera que la vara en la Figura 1. C es la veleta de observación. El navegante usa la veleta de observación y la veleta del horizonte para alinear el instrumento horizontalmente. La veleta de observación se puede mover de izquierda a derecha a lo largo de la vara. D es un espejo de popa como el que se encuentra en una vara cruzada. Este espejo de popa tiene dos paletas que se pueden mover más cerca o más lejos de la vara para emular espejos de popa de diferentes longitudes. El espejo de popa se puede mover en la vara y se usa para medir ángulos.
Personal de Almucantar
El bastón de Almucantar es un aparato utilizado específicamente para medir la altitud del sol a bajas altitudes.
Personal cruzado
La mira telescópica era normalmente un instrumento de observación directa, pero en años posteriores se modificó para su uso con observaciones retrospectivas.
Cuadrante
Había una variación del cuadrante –el cuadrante de observación posterior– que se utilizaba para medir la altitud del sol observando la sombra proyectada sobre una veleta del horizonte.
Bastón cruzado de Thomas Hood
Figura 6 – Mira de Thomas Hood. Aunque se la denomina mira, este instrumento utiliza una veleta para proyectar una sombra sobre el instrumento y medir la altitud del sol.
Thomas Hood inventó este bastón en 1590. [4] Podía utilizarse para topografía, astronomía u otros problemas geométricos.
Consta de dos componentes, un espejo de popa y una verga. El espejo de popa es el componente vertical y está graduado de 0° en la parte superior a 45° en la parte inferior. En la parte superior del espejo de popa, se monta una veleta para proyectar una sombra. La verga es horizontal y está graduada de 45° a 90°. El espejo de popa y la verga están unidos por un accesorio especial (el doble casquillo en la Figura 6 ) que permite ajustes independientes del espejo de popa verticalmente y de la verga horizontalmente.
Fue posible construir el instrumento con la verga en la parte superior del espejo de popa en lugar de en la parte inferior. [7]
Inicialmente, el espejo de popa y la verga se colocan de manera que ambos se unan en sus respectivos ángulos de 45°. El instrumento se sostiene de manera que la verga esté horizontal (el navegante puede ver el horizonte a lo largo de la verga para ayudarse en esto). El casquillo se afloja de manera que el espejo de popa se mueva verticalmente hasta que la sombra de la veleta se proyecte en el ángulo de 90° de la verga. Si el movimiento del espejo de popa solo puede lograr esto, la altitud se da por las graduaciones del espejo de popa. Si el sol está demasiado alto para esto, la abertura horizontal de la verga en el casquillo se afloja y la verga se mueve para permitir que la sombra caiga en la marca de 90°. La verga entonces proporciona la altitud.
Era un instrumento bastante preciso, ya que las graduaciones estaban bien espaciadas en comparación con un palo de cruz convencional . Sin embargo, era un poco difícil de manejar y difícil de manejar con viento.
Cuadrante de Benjamin Cole
Figura 7 – Cuadrante de Cole de 1748.
Este dispositivo, una incorporación tardía a la colección de contrafuertes en el mundo de la navegación, fue inventado por Benjamin Cole en 1748. [4]
El instrumento consta de un bastón con un cuadrante giratorio en un extremo. El cuadrante tiene una veleta de sombra , que opcionalmente puede llevar una lente como el cristal Flamsteed del cuadrante Davis, en el extremo superior de la escala graduada (A en la Figura 7 ). Esto proyecta una sombra o una imagen del sol en la veleta del horizonte (B). El observador ve el horizonte a través de un orificio en la veleta de visión (D) y una ranura en la veleta del horizonte para asegurarse de que el instrumento esté nivelado. El componente del cuadrante se gira hasta que el horizonte y la imagen o sombra del sol estén alineados. Luego se puede leer la altitud desde la escala del cuadrante. Para refinar la lectura, se monta un vernier circular en el bastón (C).
El hecho de que un instrumento de este tipo se introdujera a mediados del siglo XVIII demuestra que el cuadrante seguía siendo un instrumento viable incluso en presencia del octante .
El científico inglés George Adams creó un bastón muy similar en la misma época. La versión de Adams aseguraba que la distancia entre el vidrio Flamsteed y la veleta del horizonte fuera la misma que la distancia entre la veleta y la veleta de observación. [8]
Cuadrante de ballesta
Figura 8 – Dibujo de un cuadrante de ballesta. El arco de 120° se graduó como un arco de 90°, lo que dio como resultado divisiones ligeramente mayores que su tamaño de arco nominal.
Edmund Gunter inventó el cuadrante de ballesta , también llamado arco de marinero , alrededor de 1623. [4] Recibe su nombre de la similitud con la ballesta del arquero .
Este instrumento es interesante porque el arco es de 120° pero solo está graduado como un arco de 90°. [4] Por lo tanto, el espaciado angular de un grado en el arco es ligeramente mayor que un grado. Se pueden encontrar ejemplos del instrumento con una graduación de 0° a 90° o con dos segmentos reflejados de 0° a 45° centrados en el punto medio del arco. [4]
El instrumento tiene tres paletas: una paleta de horizonte (A en la Figura 8 ) que tiene una abertura para observar el horizonte, una paleta de sombra (B) para proyectar una sombra en la paleta de horizonte y una paleta de observación (C) que el navegante utiliza para ver el horizonte y la sombra en la paleta de horizonte. Esto sirve para garantizar que el instrumento esté nivelado mientras se mide simultáneamente la altitud del sol. La altitud es la diferencia en las posiciones angulares de las paletas de sombra y observación.
En algunas versiones de este instrumento, la declinación del sol para cada día del año se marcaba en el arco, lo que permitía al navegante orientar la veleta hacia la fecha y el instrumento leía directamente la altitud.
Referencias
Ephraim Chambers, Cyclopædia, primer volumen, 1728, que explica el uso de un bastón de apoyo.
Maurice Daumas, Instrumentos científicos de los siglos XVII y XVIII y sus creadores , Portman Books, Londres 1989 ISBN 978-0-7134-0727-3
^ Willem Frederik Jacob Mörzer Bruyns; Richard Dunn (2009). Sextantes en Greenwich: un catálogo de cuadrantes de marineros, astrolabios de marineros, bastones, contrabastones, octantes, sextantes, quintantes, círculos reflectores y horizontes artificiales en el Museo Marítimo Nacional, Greenwich. Oxford University Press . pp. 72–. ISBN978-0-19-953254-4. Recuperado el 16 de septiembre de 2011 .
^ Taylor, EGR (1953). "Compendio de la doctrina de los triángulos náuticos". Revista del Instituto de Navegación . 6 : 134–135.
^ ab Los secretos del marinero Archivado el 22 de junio de 2008 en Wayback Machine ; texto de la publicación de Davis con ilustraciones.
^ abcdefghijk May, William Edward, Una historia de la navegación marítima , GT Foulis & Co. Ltd., Henley-on-Thames, Oxfordshire, 1973, ISBN 0-85429-143-1
^ ab Bennett, Jim, "Catadióptrica y comercio en el Londres del siglo XVIII", en Historia de la Ciencia, vol xliv, 2006, páginas 247–277.
^ ab Sitio web de Nicolàs de Hilster Página web que documenta una excelente reproducción de una semicruz.
^ De Hilster, N. (2009). "La cruz del maestro Hood: una reconstrucción" (PDF) . Boletín de la Scientific Instrument Society . 101. Archivado desde el original (PDF) el 21 de julio de 2011.
Figura 1 : Un precursor simple del Cuadrante de Davis, según una ilustración de su libro, Secretos del marinero . El arco se limitaba a medir ángulos de hasta 45°.
