ケルビン卿の潮汐予測マシン – IEEE スペクトラム

1870年、 ウィリアム・トムソン妻の死を悼み、また、敷設に関連した様々な特許で得た現金でいっぱいだった。 最初の大西洋横断電信ケーブル、ヨットを購入することにした。彼のスクーナー船、 ララ・ルーク トムソンの夏の別荘となり、科学者の集まりの拠点となった。また、潮汐を正確に予測するという難題を直接体験する機会も与えられた。

船乗りたちは、浅瀬に座礁しないように常に潮の流れに気を配っていた。海軍提督たちは潮汐表を 極秘情報文明は早くから潮汐と月の関係を認識していたが、1687年まで アイザック・ニュートンの説明 太陽と月の引力がどのようにそれらを引き起こすのか。90年後、フランスの天文学者で数学者の ピエール＝シモン・ラプラス トムソンは潮汐を調和振動として表すことができると示唆しました。そしてそれから 1 世紀後、トムソンはその概念を使用して潮汐を予測する最初の機械を設計しました。

ケルビン卿の上昇する潮流

ウィリアム・トムソンは 1824年6月26日、つまり今月は彼の生誕200周年であり、彼の多才な才能を振り返るには絶好の機会です。トムソンは数学者、物理学者、エンジニア、自然哲学の教授でした。ヴィクトリア女王は1866年に大西洋横断ケーブルの研究で彼にナイト爵を授け、1892年には熱力学への貢献で男爵に昇格したため、彼はケルビン卿としてよく知られています。彼は絶対零度の正しい値を決定し、その功績によりSI温度単位の称号を得ています。ケルビン彼は手を出した 大気電気は、 原子の渦理論放射能に関する知識がなかったため、地球の年齢をかなり不正確な推定値で推定し、 2400万年と4億年。

ウィリアム・トムソンはケルビン卿としても知られ、絶対零度の値を確立したことで最もよく知られています。彼は科学的知識の実用化を信じ、便利で美しい装置を数多く発明しました。 ピクトリアルプレス/アラミー

トムソン 潮汐予測機 地球、太陽、月の周期的な動きに関連する10の周期的要素に基づいて、特定の場所の潮汐パターンを計算しました。（実際には、これらの物体に関連する周期的な動きは数百ありますが、 現代の潮汐分析 (最も重要な影響を持つ 37 個だけを使用します。) 最も顕著なものは、月の影響により 1 日に 2 回の満潮と 2 回の干潮がある地域で観測される月の半日周期です。月の半日周期は 12 時間 25 分で、これは 24 時間 50 分続く月の 1 日の半分です。

ラプラスが 1775 年に示唆したように、各潮汐成分は繰り返しコサイン曲線として表すことができますが、これらの曲線は場所に固有のものであり、潮汐データの収集を通じてのみ計算できます。トムソンにとって幸運なことに、多くの港では数十年にわたって潮汐を記録していました。完全な記録がない場所のために、トムソンは改良された潮位計と潮汐調和分析装置の両方を設計しました。

トムソンの潮汐予測機では、10 個の部品のそれぞれが特定の潮汐成分と関連付けられており、振幅を設定するための独自のギアがありました。部品は、周期が潮汐成分の周期に比例するようにギアで連結されていました。1 つのクランクですべてのギアが同時に回転し、各コサイン曲線を合計する効果がありました。ユーザーがクランクを回すと、インク ペンが動いているロール紙に複雑な曲線を描きました。この装置は、1 時間ごとに小さな水平マークを付け、正午になると刻み目が深くなっていました。ホイールを素早く回すと、約 4 時間で 1 年分の潮汐測定を行うことができました。

トムソンは機械の設計者として認められているが、論文「潮位計、潮汐調和分析装置、潮位予測装置」（1943年出版）では、 土木技術者協会議事録）で、彼は特定の問題を解決するのに協力してくれた多くの人々に感謝している。職人のアレクサンダー・レジェは、シャフトの動きのためのねじ歯車の設計図を作成し、最初のプロトタイプ機とその後のモデルを製作した。航海年鑑事務所のエドワード・ロバーツは、シャフト速度の比率を表す計算を完成させた。トムソンの兄である ジェームズベルファストのクイーンズ カレッジの土木工学教授であるトムソン氏は、潮汐調和分析装置に使用された円盤球と円筒の積分器を設計しました。トムソン氏の寛大な謝辞は、エンジニアの仕事がほぼ常にチームワークであることを思い出させてくれます。

トムソンの潮汐予測機と同様に、米国沿岸測地測量局で開発されたこれら2つの装置も潮汐の調和振動を観測した。ウィリアム・フェレルの装置 [left] 19の潮汐成分を使用していたが、後にローリン・A・ハリスとEG・フィッシャーが開発した機械では [right]は、37 人の構成員に依存していました。 米国沿岸測地測量局/NOAA

多くの発明と同様に、潮汐予測器は他の場所で同時に独立して開発され、潮汐予測の科学と同様に他の人によって改良され続けました。1874年、米国では海岸測地測量局の数学者ウィリアム・フェレルが同様の調和解析と予測を開発しました。 デバイス 19 個の倍音構成要素を使用しました。 ジョージ・ダーウィン有名な博物学者の次男である彼は、調和解析を修正・改良し、いくつかの論文を発表した。 潮汐に関する記事 1880年代を通じて海洋学者のロリン・A・ハリスは、 潮汐マニュアル1897年から1907年まで海岸測量局に勤務し、1910年にEGフィッシャーとともに 潮汐予測機 37の成分を使用した。1920年代には、 アーサー・ドゥードソン イギリスのリバプール大学潮汐研究所の ポール・シューアマン 沿岸測地測量局は、数十年にわたって役立った調和解析と予測の技術をさらに改良しました。関連する数学の複雑さのため、これらの古い真鍮の機械の多くは、電子コンピューターが最終的に潮汐予測の仕事を引き継いだ 1950 年代まで使用され続けました。