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El carro que apuntaba hacia el sur era un antiguo vehículo chino de dos ruedas que llevaba un puntero móvil para indicar el sur , sin importar cómo girara el carro. Por lo general, el puntero tenía la forma de una muñeca o figura con un brazo extendido. Supuestamente, el carro se usaba como brújula para la navegación y también puede haber tenido otros propósitos.
Los antiguos chinos inventaron un carro blindado móvil en el siglo V a. C. llamado Dongwu Che ( chino :洞屋车). Se utilizaba con el fin de proteger a los guerreros en el campo de batalla. El carro de guerra chino fue diseñado como una especie de carro de protección móvil con un techo tipo cobertizo. Serviría para ser llevado hasta las fortificaciones de la ciudad para brindar protección a los zapadores que cavaban debajo para debilitar los cimientos de una muralla. El primer carro de guerra chino se convirtió en la base de las tecnologías para la fabricación de los antiguos carros chinos orientados hacia el sur. [1] [2]
Existen leyendas sobre carros que apuntaban al sur en épocas anteriores, pero el primero documentado de manera confiable fue creado por el ingeniero mecánico chino Ma Jun ( c. 200-265 ) de Cao Wei durante los Tres Reinos . No existen carros antiguos en la actualidad, pero muchos textos chinos antiguos existentes los mencionan, diciendo que se usaron de manera intermitente hasta aproximadamente el año 1300. Algunos incluyen información sobre sus componentes internos y su funcionamiento.
Probablemente existían varios tipos de carros que apuntaban hacia el sur y que funcionaban de forma diferente. En la mayoría de ellos, o en todos ellos, las ruedas giratorias accionaban mecánicamente un mecanismo de engranajes para mantener el puntero apuntando correctamente. El mecanismo no tenía imanes y no detectaba automáticamente qué dirección era el sur. El puntero se apuntaba hacia el sur con la mano al comienzo de un viaje. Posteriormente, cada vez que el carro giraba, el mecanismo giraba el puntero en relación con el cuerpo del carro para contrarrestar el giro y mantener el puntero apuntando en una dirección constante, hacia el sur. De este modo, el mecanismo hacía una especie de estimación direccional , que es inherentemente propensa a errores e incertidumbres acumulativos. Es posible que los mecanismos de algunos carros tuvieran engranajes diferenciales .
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El carro que apunta hacia el sur, un vehículo con ruedas y engranajes mecánicos utilizado para discernir la dirección cardinal sur (sin magnetismo), recibió una breve descripción del contemporáneo de Ma, Fu Xuan . [3] La fuente contemporánea del siglo III del Weilüe , escrita por el político de la dinastía Han del Este Yuan Huan, también describió el carro que apunta hacia el sur como perteneciente al ingeniero mecánico y político chino Ma Jun . [4] El texto de la era de la dinastía Jin (266-420) del Shu Zheng Ji (Registros de expediciones militares), escrito por Guo Yuansheng, registró que los carros que apuntaban hacia el sur a menudo se almacenaban en la puerta norte de los Talleres del Gobierno (Shang Fang) de la ciudad capital. [4] Sin embargo, el posterior Song Shu ( Libro de Song ) (siglo VI) registró el diseño y el uso del carro que apunta hacia el sur con más detalle, además de crear la leyenda de fondo del (supuesto) uso del dispositivo mucho antes de la época de Ma, en la dinastía Zhou occidental (1050-771 a. C.). El libro también proporcionó una descripción de la reinvención y el uso del carro que apunta hacia el sur en tiempos posteriores a Ma Jun y los Tres Reinos. El texto del siglo VI, traducido por el científico e historiador británico Joseph Needham , dice lo siguiente (el carro que apunta hacia el sur se conoce como el carro que apunta hacia el sur):
El duque de Zhou (principios del primer milenio a. C. ) construyó por primera vez el carruaje que apuntaba hacia el sur como medio para conducir de regreso a casa a ciertos enviados que llegaban desde una gran distancia más allá de las fronteras. El país que se debía atravesar era una llanura sin límites, en la que la gente perdía la orientación en cuanto al este y el oeste, por lo que (el duque) hizo que se construyera este vehículo para que los embajadores pudieran distinguir el norte y el sur. El libro Gui Gu Zi dice que la gente del estado de Zheng , cuando recogía jade, siempre llevaba consigo un "carruaje que apuntaba hacia el sur", y por medio de él nunca tenían dudas (en cuanto a su posición). Sin embargo, durante las dinastías Qin y Han anterior , no se supo nada más del vehículo. En el período Han posterior , Zhang Heng lo reinventó, pero debido a la confusión y el tumulto al final de la dinastía, no se conservó. [5]
En el estado de Wei (en el período San Guo ), Gaotong Long y Qin Lang eran ambos eruditos famosos; discutieron sobre el carruaje que apuntaba hacia el sur ante la corte, diciendo que no existía tal cosa y que la historia era una tontería. Pero durante el período del reinado Qing-long (233-237), el emperador Ming Di encargó al erudito Ma Jun que construyera uno, y él lo logró. Este proyecto se perdió nuevamente durante los problemas que acompañaron el establecimiento de la dinastía Jin . [6]
Más tarde, Shi Hu (emperador de la dinastía Jie Zhao posterior ) mandó fabricar uno a Xie Fei, y de nuevo Linghu Sheng hizo uno para Yao Xing (emperador de la dinastía Qin posterior ). Este último fue obtenido por el emperador An Di de Jin en el año 13 del período del reinado Yi-xi (417), y finalmente llegó a manos del emperador Wu Di de la dinastía Liu Song cuando se hizo cargo de la administración de Chang'an . Su apariencia y construcción era como la de un carruaje de tambores ( odómetro ). Una figura de madera de un hombre se colocó en la parte superior, con su brazo levantado y apuntando hacia el sur, (y el mecanismo estaba dispuesto de tal manera que) aunque el carruaje girara una y otra vez, el brazo indicador seguía indicando el sur. En las procesiones estatales, el carruaje que apuntaba hacia el sur encabezaba el camino, acompañado por la guardia imperial. [7]
Estos vehículos, construidos por obreros bárbaros ( Qiang ), no funcionaban particularmente bien. Aunque se los llamaba carruajes que apuntaban hacia el sur, muy a menudo no apuntaban correctamente y tenían que sortear las curvas paso a paso, con la ayuda de alguien desde dentro para ajustar la maquinaria. El ingenioso hombre de Fanyang , Zi Zu Chongzhi, decía con frecuencia, por lo tanto, que se debía construir un nuevo carruaje (y correctamente automático) que apuntara hacia el sur. Así que hacia el final del período del reinado Sheng-Ming (477-479), el emperador Shun Di , durante el mandato del príncipe de Qi, encargó (a Zi Zu Chongzhi) que hiciera uno, y cuando estuvo terminado, fue probado por Wang Seng-qian, gobernador militar de Tanyang, y Liu Hsiu, presidente de la Junta de Censores. La mano de obra era excelente, y aunque el carruaje se torcía y giraba en cien direcciones, la manecilla nunca dejaba de apuntar hacia el sur. Además, bajo el reinado Jin, también había habido un barco que apuntaba hacia el sur. [7]
La última frase del pasaje es de gran interés para la navegación en el mar, ya que la brújula magnética utilizada para la navegación marítima no se utilizó hasta la época de Shen Kuo (1031-1095). Aunque el texto Song Shu describe precedentes anteriores del carro que apunta al sur antes de la época de Ma Jun, esto no es del todo creíble, ya que no hay textos de la era anterior a la dinastía Han o Han que describan el dispositivo. [8] De hecho, la primera fuente conocida que describe historias de su uso legendario durante el período Zhou fue el libro Gu Jin Zhu de Cui Bao (c. 300), escrito poco después de la era de los Tres Reinos. [4] Cui Bao también escribió que los intrincados detalles de la construcción del dispositivo alguna vez fueron escritos en el Shang Fang Gu Shi ( Tradiciones de los talleres imperiales ), pero el libro se perdió en su época. [4]
La invención del carro que apuntaba hacia el sur también llegó a Japón en el siglo VII. El Nihon Shoki (Las crónicas de Japón) de 720 describe a los monjes budistas chinos Zhi Yu y Zhi You construyendo varios carros que apuntaban hacia el sur para el emperador Tenji de Japón en 658. [9] A esto le siguieron varios dispositivos de carros más construidos también en 666. [9]
El carro que apuntaba hacia el sur también se combinó con la invención del odómetro , un dispositivo mecánico utilizado para medir la distancia recorrida y que se encuentra en todos los automóviles modernos, en la era anterior de la dinastía Han . Se menciona en el texto histórico de la dinastía Song (960-1279) de Song Shi (compilado en 1345) que los ingenieros Yan Su (en 1027) y Wu Deren (en 1107) crearon carros que apuntaban hacia el sur, que se detallan a continuación. [10] (En la traducción de Needham, las pulgadas y los pies (ft) se utilizan como unidades de distancia. 1 pulgada son 25,4 milímetros. 1 pie son 12 pulgadas o 304,8 mm).
En el quinto año del reinado de Tian-Sheng del emperador Renzong (1027), Yan Su, director de división del Ministerio de Obras, construyó un carruaje que apuntaba hacia el sur. Hizo un homenaje al trono diciendo [después de la introducción histórica habitual]: "A lo largo de las Cinco Dinastías y hasta la dinastía reinante no ha habido, hasta donde yo sé, nadie que haya sido capaz de construir un vehículo así. Pero ahora he inventado un diseño yo mismo y he logrado completarlo". [10]
"El método implica el uso de un carruaje con un solo palo (para dos caballos). Sobre el armazón exterior del cuerpo del carruaje, se debe colocar una cubierta de dos pisos. Se coloca una imagen de madera de un xian (inmortal) en la parte superior, estirando su brazo para indicar el sur. Se utilizan 9 ruedas, grandes y pequeñas, con un total de 120 dientes, es decir, 2 ruedas de pie (es decir, ruedas de carretera, sobre las que corre el carruaje) de 6 pies de alto y 18 pies de circunferencia, unidas a las ruedas de pie, 2 ruedas subordinadas verticales, de 2,4 pies de diámetro y 7,2 pies de circunferencia, cada una con 24 dientes, los dientes estando a intervalos de 3 pulgadas de distancia. [10]
"... Luego, debajo del travesaño al final del poste, dos pequeñas ruedas verticales de 3 pulgadas de diámetro y perforadas por un eje de hierro, a la izquierda 1 pequeña rueda horizontal, de 1.2 pies de diámetro, con 12 dientes, a la derecha 1 pequeña rueda horizontal, de 1.2 pies de diámetro, con 12 dientes, en el medio 1 gran rueda horizontal, de diámetro 4.8 pies y circunferencia 14.4 pies, con 48 dientes, los dientes a intervalos de 3 pulgadas de distancia; en el medio un eje vertical que perfora el centro (de la gran rueda horizontal) de 8 pies de alto y 3 pulgadas de diámetro; en la parte superior lleva la figura de madera del xian . [10]
"Cuando el carro se mueve (hacia el sur) deja que la figura de madera apunte hacia el sur. Cuando corre (y va) hacia el este, el (extremo trasero del) poste se empuja hacia la derecha; la rueda subordinada unida a la rueda de carretera derecha girará hacia adelante 12 dientes, arrastrando con ella la pequeña rueda horizontal derecha una revolución (y así) empujando la gran rueda horizontal central para que gire un cuarto de vuelta hacia la izquierda. Cuando ha girado 12 dientes, el carro se mueve hacia el este, y la figura de madera se para transversalmente y apunta hacia el sur. Si (en cambio) gira (y va) hacia el oeste, el (extremo trasero del) poste se empuja hacia la izquierda; la rueda subordinada unida a la rueda de carretera izquierda girará hacia adelante con la rueda de carretera 12 dientes, arrastrando con ella la pequeña rueda horizontal izquierda una revolución, y empujando la gran rueda horizontal central para que gire un cuarto de vuelta hacia la derecha. Cuando ha girado 12 dientes, el carro se mueve hacia el oeste, pero aún así la figura de madera se para transversalmente y apunta hacia el sur. Si uno desea viajar hacia el norte, el giro, ya sea hacia el este o hacia el oeste, se hace de la misma manera. camino." [11]
Después de esta descripción inicial del dispositivo de Yan Su, el texto continúa describiendo el trabajo de Wu Deren, quien creó un dispositivo con ruedas que combinaría el odómetro y el carro que apuntaba al sur:
Se ordenó que el método se transmitiera a los funcionarios (apropiados) para que se pudiera fabricar la máquina. En el primer año del reinado de Da-Guan (1107), el chambelán Wu Deren presentó las especificaciones del carruaje que apuntaba hacia el sur y del carruaje con el tambor que registraba las lis (cuentakilómetros). Se fabricaron los dos vehículos y se utilizaron por primera vez ese año en la gran ceremonia del sacrificio ancestral. [12]
El cuerpo del carruaje que apuntaba hacia el sur tenía 11,15 pies de largo, 9,5 pies de ancho y 10,9 pies de profundidad. Las ruedas del carruaje tenían 5,7 pies de diámetro, el poste del carruaje 10,5 pies de largo y el cuerpo del carruaje tenía dos pisos, superior e inferior. En el medio había un tabique. Arriba había una figura de un xian sosteniendo una vara, a la izquierda y a la derecha había tortugas y grullas, una a cada lado, y cuatro figuras de niños cada uno sosteniendo una borla. En el piso superior había en las cuatro esquinas mecanismos de disparo, y también 13 ruedas horizontales, cada una de 1,85 pies de diámetro, 5,55 pies de circunferencia, con 32 dientes a intervalos de 1,8 pulgadas de distancia. Un eje central, montado en el tabique, perforado hacia abajo. [12]
En el piso inferior había 13 ruedas. En el medio estaba la rueda horizontal más grande, de 3,8 pies de diámetro, 11,4 pies de circunferencia y con 100 dientes a intervalos de 2,1 pulgadas de distancia. (En ejes verticales) que llegaban hasta la parte superior (del compartimento) a izquierda y derecha, había dos pequeñas ruedas horizontales que podían subir y bajar, con un peso de hierro (adherido a) cada una de ellas. Cada una de ellas tenía 1,1 pies de diámetro y 3,3 pies de circunferencia, con 17 dientes, a intervalos de 1,9 pulgadas de distancia. Nuevamente, a izquierda y derecha, había ruedas unidas, una a cada lado, de 1,55 pies de diámetro, 4,65 pies de circunferencia y con 24 dientes, a intervalos de 2,1 pulgadas. [12]
A la izquierda y a la derecha también había ruedas dentadas dobles (lit. ruedas dentadas de dos hileras), un par a cada lado. Cada uno de los engranajes componentes inferiores tenía 2,1 pies de diámetro y 6,3 pies de circunferencia, con 32 dientes, a intervalos de 2,1 pulgadas de distancia. Cada uno de los engranajes componentes superiores tenía 12 pies de diámetro y 3,6 pies de circunferencia, con 32 dientes, a intervalos de 1,1 pulgadas de distancia. En cada una de las ruedas de carretera del carruaje, izquierda y derecha, había una rueda vertical de 2,2 pies de diámetro, 6,6 pies de circunferencia, con 32 dientes a intervalos de 2,25 pulgadas de distancia. Tanto a la izquierda como a la derecha, en el extremo trasero del poste, había pequeñas ruedas sin dientes ( poleas ), de las que colgaban cuerdas de bambú, y ambas estaban atadas sobre los extremos izquierdo y derecho del eje (del carruaje) respectivamente. [12]
Si el carro gira hacia la derecha, hace que la polea pequeña a la izquierda del extremo posterior del poste descienda la rueda izquierda (pequeña horizontal). Si gira hacia la izquierda, hace que la polea pequeña a la derecha del extremo posterior del poste descienda la rueda derecha (pequeña horizontal). Sin embargo, el carro mueve el xian y los muchachos se colocan en cruz y señalan hacia el sur. El carro está enjaezado por dos caballos rojos, que llevan frontales de bronce. [12]
El ingeniero inglés George Lanchester propuso que algunos carros que apuntaban hacia el sur empleaban engranajes diferenciales. [13] Un diferencial es un conjunto de engranajes, que hoy en día se utiliza en casi todos los automóviles, excepto algunos eléctricos e híbridos-eléctricos, que tiene tres ejes que lo vinculan con el mundo exterior. Están convenientemente etiquetados como A, B y C. Los engranajes hacen que la velocidad de rotación del eje A sea proporcional a la suma de las velocidades de rotación de los ejes B y C. No hay otras limitaciones en las velocidades de rotación de los ejes.
En un automóvil, el eje A está conectado al motor (a través de la transmisión) y los ejes B y C están conectados a dos ruedas, una a cada lado del vehículo. Cuando el vehículo gira, la rueda que gira por el exterior de la curva tiene que rodar más y girar más rápido que la rueda del interior. El diferencial permite que esto suceda mientras ambas ruedas son impulsadas por el motor. Si la suma de las velocidades de las ruedas es constante, la velocidad del motor no cambia.
En un carro que apuntaba hacia el sur, según la hipótesis, el eje B estaba conectado a una rueda de carretera y el eje C estaba conectado a través de un engranaje inversor de dirección a la otra rueda de carretera. Esto hacía que el eje A girara a una velocidad que era proporcional a la diferencia entre las velocidades de rotación de las dos ruedas. El muñeco que apuntaba estaba conectado (posiblemente a través de engranajes intermedios) al eje A. Cuando el carro se movía en línea recta, las dos ruedas giraban a velocidades iguales y el muñeco no giraba. Cuando el carro giraba, las ruedas giraban a velocidades diferentes (por la misma razón que en un automóvil), por lo que el diferencial hacía que el muñeco girara, compensando el giro del carro.
La hipótesis de que existían carros con diferenciales orientados al sur se originó en el siglo XX. Las personas familiarizadas con los usos modernos (por ejemplo, en la automoción) de los diferenciales interpretaron algunas de las descripciones chinas antiguas de maneras que coincidían con sus propias ideas. Esencialmente, reinventaron el carro orientado al sur, tal como ya se había reinventado varias veces en la antigüedad. En las últimas décadas se han construido carros de trabajo que utilizan diferenciales. No se sabe con certeza si existían carros de este tipo antes.
Aunque se cree que el mecanismo de Antikythera utilizó engranajes diferenciales, el primer engranaje diferencial verdadero que se sabe con certeza que se utilizó fue el de Joseph Williamson en 1720. [14] Utilizó un diferencial para corregir la ecuación del tiempo para un reloj que mostraba tanto la hora media como la solar . [14]
Si el carro que apunta hacia el sur se construyera con total precisión, utilizando un engranaje diferencial, y si se desplazara sobre una Tierra perfectamente lisa, tendría propiedades interesantes. Sería una brújula mecánica que transportaría una dirección, dada por el puntero, a lo largo del camino que recorre. Matemáticamente, el dispositivo realiza un transporte paralelo a lo largo del camino que recorre.
El carro se puede utilizar para detectar líneas rectas o geodésicas . Una trayectoria sobre una superficie por la que se desplaza el carro es una geodésica si y solo si el puntero no gira con respecto a la base del carro.
Debido a la curvatura de la superficie de la Tierra (debido a que está curvada como un globo), el carro generalmente no continuaría apuntando hacia el sur mientras se mueve. Por ejemplo, si el carro se mueve a lo largo de una geodésica (aproximada por cualquier círculo máximo ), el puntero debería permanecer en un ángulo fijo con respecto a la trayectoria. Además, si dos carros viajan por rutas diferentes entre los mismos puntos de partida y llegada, sus punteros, que apuntaban en la misma dirección al principio, generalmente no apuntan en la misma dirección al final. Del mismo modo, si un carro da una vuelta en un bucle cerrado, comenzando y terminando en el mismo punto de la superficie de la Tierra, su puntero generalmente no apunta en la misma dirección al final que al principio. La diferencia es la holonomía de la trayectoria y es proporcional al área encerrada. Si los viajes son cortos en comparación con el radio de la Tierra, estas discrepancias son pequeñas y pueden no tener importancia práctica. Sin embargo, demuestran que este tipo de carro, basado en engranajes diferenciales, sería una brújula imperfecta incluso si se construyera con exactitud y se utilizara en condiciones ideales.
Las máquinas reales nunca se construyen con una precisión perfecta. La geometría simple muestra que si el mecanismo del carro se basa en un engranaje diferencial y si, por ejemplo, el ancho de la vía del carro (la separación entre sus ruedas) es de tres metros, y si las ruedas están pensadas para ser idénticas pero en realidad difieren en diámetro en una parte por mil, entonces, si el carro viaja un kilómetro en línea recta, la figura "que apunta hacia el sur" girará casi veinte grados. Si inicialmente apunta exactamente al sur, al final del viaje de un kilómetro apuntará casi al sur-sudeste o al sur-sudoeste , dependiendo de qué rueda sea la más grande. Si el carro viaja nueve kilómetros, la figura terminará apuntando casi exactamente al norte. Obviamente, esto la haría inútil como brújula que apunta hacia el sur. Para ser una herramienta de navegación útil, la figura no tendría que girar más de un par de grados en un viaje de cien kilómetros, pero esto requeriría que las ruedas del carro tuvieran el mismo diámetro con una precisión de una parte por millón. Incluso si el proceso de fabricación de las ruedas fuera capaz de alcanzar esta precisión (lo que no sería posible con los métodos chinos antiguos), es dudoso que la igualdad de las ruedas pudiera mantenerse durante mucho tiempo, ya que están sometidas al desgaste de los desplazamientos por campo abierto. La irregularidad del terreno añadiría más errores al funcionamiento del dispositivo.
Por lo tanto, es de esperar que se tenga mucho escepticismo sobre si este tipo de carro que apuntaba hacia el sur, y que utilizaba un engranaje diferencial en todo momento, se utilizó en la práctica para navegar a largas distancias. Es posible que el muñeco que apuntaba hacia el sur estuviera fijado al cuerpo del carro mientras este viajaba en línea recta y se acoplara al diferencial solo cuando el carro giraba. El auriga podría haber operado un control para hacer esto justo antes y después de realizar cada giro, o tal vez gritar órdenes a alguien dentro del carro que conectara y desconectara el muñeco y el diferencial. Esto podría haberse hecho sin detener el carro. Si los giros hubieran sido breves y poco frecuentes, esto habría reducido en gran medida los errores de orientación, ya que se habrían acumulado solo durante los breves períodos en que el muñeco y el diferencial estaban conectados. Sin embargo, esto plantea el problema de cómo se podría haber mantenido el carro viajando en línea recta con la precisión suficiente sin utilizar el muñeco que apuntaba.
Si el verdadero propósito del carro y los relatos sobre él eran la diversión y la impresión de los visitantes extranjeros, en lugar de la navegación de larga distancia, entonces su inexactitud podría no haber sido importante. Teniendo en cuenta que un gran carro mecánico o carro estaría obligado a viajar por carreteras, el destino en cuestión normalmente no sería en una dirección desconocida. El hecho de que las fuentes citadas anteriormente mencionen que el carro se colocaba al frente de las procesiones, su alto nivel de complejidad mecánica y fragilidad, y que fue "reinventado" varias veces contribuyen a la conclusión de que no se utilizó para la navegación, ya que una herramienta de navegación verdaderamente práctica y útil no sería olvidada o dejada sin uso.
Aunque la hipótesis de que el carro que apuntaba hacia el sur utilizaba engranajes diferenciales ha ganado amplia aceptación, debe reconocerse que es posible que existan carros que apuntaban hacia el sur funcionales sin engranajes diferenciales. Las descripciones antiguas a menudo no son claras, pero sugieren que los chinos implementaron varios diseños diferentes, al menos algunos de los cuales no incluían diferenciales.
Algunas de las descripciones antiguas sugieren que algunos carros que apuntaban hacia el sur podían moverse de tres maneras: en línea recta o girando a la izquierda o a la derecha con un radio de curvatura fijo. Es posible que se haya utilizado una tercera rueda para fijar el radio de giro. Si el carro giraba, el muñeco que apuntaba estaba conectado mediante engranajes a una u otra de las dos ruedas principales de la carretera (por ejemplo, la que estuviera en el exterior de la curva alrededor de la cual se movía el carro), de modo que el muñeco giraba a una velocidad fija, en relación con la velocidad del movimiento del carro, para compensar la velocidad de giro predeterminada. El muñeco giraba en direcciones opuestas según la rueda de la carretera que estuviera conectada a él, de modo que su rotación compensaba el giro del carro hacia la izquierda o hacia la derecha. Este diseño habría sido más simple que usar un engranaje diferencial.
Los carros de Yan Su y Wu Deren parecen haber utilizado este tipo de mecanismo. (Véase las descripciones citadas del Song Shi , más arriba.) Aparte de la presencia de componentes en el vehículo de Wu Deren para que funcionara como un odómetro , sólo había pequeñas diferencias entre ellos. En cada carro, las dos ruedas principales de la carretera estaban unidas a ruedas dentadas verticales. Una gran rueda dentada horizontal estaba vinculada (posiblemente a través de un engranaje intermedio) a la muñeca que señalaba, y estaba colocada de forma que un diámetro casi abarcara el espacio entre los puntos más altos de las ruedas dentadas verticales. Cuando el carro se movía en línea recta, no había conexión entre estos engranajes, pero cuando el carro giraba, una pequeña rueda dentada se bajaba hasta entrar en contacto con el engranaje horizontal y uno de los engranajes verticales, uniendo así la muñeca a una de las ruedas de la carretera. Había dos pequeñas ruedas dentadas disponibles, una para conectar el engranaje horizontal a cada uno de los verticales. Por supuesto, no se utilizaban simultáneamente. Las ruedas dentadas pequeñas se elevaban y bajaban mediante un conjunto de pesos, poleas y cuerdas que se sujetaban a la pértiga a la que iban enganchados los caballos que tiraban del carro. Cuando los caballos se movían hacia un lado o hacia el otro para hacer girar el carro, la pértiga se movía y las cuerdas bajaban la rueda dentada pequeña correspondiente a su posición de trabajo. Cuando los caballos volvían a caminar en línea recta, la rueda dentada pequeña se elevaba hasta quedar fuera de contacto con los engranajes horizontales y verticales principales. De este modo, el sistema funcionaba automáticamente. La simetría especular de los engranajes verticales unidos por los engranajes pequeños al engranaje horizontal en puntos diametralmente opuestos hacía que el engranaje horizontal girara en direcciones opuestas dependiendo de qué rueda de carretera estuviera unida a él, girando así la muñeca que señalaba en direcciones opuestas cuando el carro giraba a la izquierda y a la derecha.
La descripción no menciona una tercera rueda para fijar el radio de giro, pero es posible que existiera. No se le habrían unido engranajes, por lo que tal vez el autor de la descripción no la mencionó porque no se dio cuenta de que era una parte importante del mecanismo. Colocar una rueda de este tipo en el carro y hacer que funcionara correctamente no habría sido difícil. Es posible que estuviera unida al poste al que se enganchaban los caballos. Se habrían proporcionado topes para limitar los movimientos del poste a la izquierda y la derecha.
Si se hubiera incluido una tercera rueda, este tipo de carro que apuntaba hacia el sur podría haber funcionado con bastante precisión como brújula cuando se usaba para viajes cortos en buenas condiciones, pero si se usaba para viajes largos habría estado sujeto a errores acumulativos, como los carros que usan el mecanismo diferencial.
Si de hecho no hubiera una tercera rueda, el carro podría haber funcionado como una brújula si los giros se hubieran hecho siempre de modo que una de las dos ruedas estuviera estacionaria y solo la otra girara, con el muñeco que señalaba conectado a ella por engranajes. El auriga podría haber evitado que la rueda estacionaria girara controlando adecuadamente los caballos. (Un freno habría ayudado, pero no se menciona ninguno en la descripción). El radio de la curva alrededor de la cual se movía la rueda giratoria habría sido igual al ancho de la vía del carro, y los engranajes que hacían girar al muñeco habrían sido elegidos en consecuencia. Este diseño habría funcionado como una brújula para viajes cortos, pero habría sufrido errores acumulativos si se hubiera utilizado para viajes largos. Además, el carro habría sido lento y difícil de girar. Esto podría no haber importado si los giros se hubieran ejecutado raramente.
La descripción que hace Song Shi de los engranajes del carro de Yan Su y la cantidad de dientes que tenía sugiere que funcionaba de esta manera, sin una tercera rueda dentada. Las relaciones de transmisión habrían sido correctas si el muñeco que señalaba hubiera estado unido directamente a la gran rueda dentada horizontal y el ancho de vía del carro hubiera sido igual al diámetro de las ruedas de carretera. El carro de Wu Deren también parece haber sido diseñado para funcionar de esta manera. El ancho del carro, y por lo tanto presumiblemente el ancho de vía, era mayor que el diámetro de las ruedas. Las relaciones de transmisión eran apropiadas para estas dimensiones.
El auriga habría tenido que emplear una gran habilidad para asegurarse de que el radio de cada giro del carro fuera el correcto para que una de las ruedas dejara de girar exactamente. A menos que hiciera esto correctamente, el muñeco que señalaba no habría seguido apuntando hacia el sur. Habría podido ajustar la dirección en la que apuntaba haciendo giros más o menos bruscos. Esto a veces le habría dado oportunidades de usar el carro de manera deshonesta. Si, por ejemplo, se lo estaba mostrando a los espectadores y se lo conducía dando vueltas delante de ellos, haciendo muchos giros, el auriga, que habría sabido dónde estaba el sur, habría podido hacer que el carro pareciera funcionar con una precisión extrema como una brújula durante largos períodos. Se podría haber mostrado a los espectadores la maquinaria y habrían visto que el auriga no podía manipular el muñeco. Presumiblemente, se habrían quedado impresionados por la aparente precisión del mecanismo. Es posible que este tipo de carro se construyera a veces con el propósito principal de impresionar fraudulentamente a los espectadores. Es posible que las personas que construyeron estos carros engañaran a sus propios empleadores con ellos, lo que podría haberles dado fama y fortuna si nadie hubiera intentado utilizar los carros para la navegación real.
También son posibles otros diseños mecánicos para el carro que apunta hacia el sur, incluidos algunos que emplean un dispositivo que se utiliza hoy en día, el girocompás . Sin embargo, no hay indicios de que los antiguos chinos conocieran estos.
Es posible que algunos carros que apuntaban hacia el sur no fueran dispositivos puramente mecánicos. Alguien que viajaba en el carro pudo haber utilizado algún método no mecánico para determinar las direcciones de la brújula y haber girado la muñeca que estaba sobre el carro en consecuencia. Hay varios métodos que podrían haberse utilizado, por ejemplo:
A diferencia de los mecanismos que dependen de la rotación de las ruedas, la mayoría de estos métodos pueden utilizarse en el mar. Esto puede explicar la mención (véase "Fuentes más antiguas" más arriba) de que existía una versión marina del carro que apuntaba hacia el sur.
Estos métodos pueden funcionar con precisión en largas distancias, a diferencia de los diseños mecánicos para el carro.
Al iniciar un carro mecánico que apuntaba hacia el sur, se debió haber utilizado algún método no mecánico para encontrar el sur. Se podría haber utilizado cualquiera de los métodos mencionados anteriormente en "Posibilidades no mecánicas".
Si algún carro que apuntaba al sur realmente se utilizó para la navegación de larga distancia, debe haber dependido (después de la inicialización) de un método de búsqueda de dirección no mecánico. Es posible que alguien que lo manejara lo manejara de manera no mecánica, como se describió anteriormente. Alternativamente, si tenía un mecanismo mecánico, debe haber sido reiniciado con frecuencia de manera no mecánica para eliminar errores e incertidumbres acumulados.
Los únicos carros que no habrían necesitado métodos no mecánicos para encontrar el sur habrían sido aquellos que nunca se utilizaron para la navegación a larga distancia. Si algunos carros se hubieran utilizado sólo para la diversión o el fraude, podrían haber funcionado de forma puramente mecánica. Incluso se podría haber evitado la inicialización simplemente declarando que alguna dirección arbitraria era "sur".
Aunque no queda ninguno de los carros históricos que apuntan hacia el sur, se pueden encontrar réplicas de tamaño real.
El Museo de Historia [ aclaración necesaria ] en Pekín , China, conserva una réplica basada en el mecanismo del Yen Su (1027). El Museo Nacional del Palacio en Taipei , Taiwán, conserva una réplica basada en el mecanismo Lanchester de 1932.
Conocido como el "hombre señalador del sur", también se pueden ver dos réplicas (y experimentar físicamente con ellas) en el Centro de Ciencias de Ontario en Toronto, Canadá.
