Stručná historie mechanických kalkulaček

Original page: http://www.xnumber.com/xnumber/mechanical1.htm

Část I
Věk Polymathů

od
James Redin


“Protože není hodné vynikajících mužů ztrácet hodiny jako otroci v práci vypočítavosti, která by byla bezpečně svěřena komukoli jinému, kdyby byly použity stroje.”

Gottfried Wilhelm von Leibniz – 1685


Úvod

Účelem tohoto dokumentu je stručně popsat nejběžnější neelektronická počítací zařízení v historickém kontextu a vytvořit zdroj odkazů na další stránky na internetu související s tímto tématem. Cesta začíná před 2500 lety s Abacusem a končí před 30 lety představením prvních elektronických kalkulaček.

Pro usnadnění stahování byl dokument rozdělen do tří částí: Část I popisuje vývoj počítacích zařízení až do vynálezu stupňovitého kola od Leibnize. Část II pojednává o hlavních událostech v průběhu 19. století a část III shrnuje vývoj kancelářských strojů až do 60. let, kdy se na trhu objevily první elektronické kalkulačky.


Počitadlo

Matematický pojmy a jejich potomci, aritmetické operace, byly považovány za po tisíce let čistě intelektuální cvičení, které nemohly být reprodukovány nebo provádí pomocí umělého artefakt. Dokonce i Počitadlo, který se objevil v Malé Asii před 2500 lety a dodnes se používá, je spíše jen zařízením na pomoc paměti než skutečným počítacím strojem.

Počitadlo je důmyslný počítací zařízení na základě relativních poloh dvou sad kuliček pohybujících se na paralelních řetězců. První sada obsahuje pět korálků na každé struně a umožňuje počítání od 1 do 5, zatímco druhá sada má pouze dvě korálky na šňůrku představující čísla 5 a 10. Zdá se, že systém Abacus je založen na radixu pěti. Použití radixu pět dává smysl, protože lidé začali počítat předměty na prstech.


Antikythérská  kalkulačka

Kalkulačka AntikythiraNěkdy, mezi 100 př.nl a 65 př.nl, řecká loď přepravující náklad bronzových a mramorových soch a dalších artefaktů z Rhodosu do Říma se potopila blízko pobřeží Antikythéry, malého řeckého ostrova. Zůstal na dně moře pod 140 stopami vody po dvě tisíciletí, dokud jej v roce 1901 neobjevili domorodí potápěči hub.

Pozůstatky, uchovávané v Národním muzeu v Aténách, zahrnují starověký převodový mechanismus, nyní známý jako Antikythérská kalkulačka.

Toto zajímavé zařízení, složené z 32 ozubených kol, připomíná mechanismus hodin z 18. století a sloužilo k výpočtu pohybů Slunce a Měsíce.


Napierovy kosti

Dalším zajímavým vynálezem jsou Napierovy kosti, chytrý nástroj pro násobení, který v roce 1617 vynalezl matematik John Napier (1550-1617) ze Skotska.

Tyto  kosti  jsou sada  svislých obdélníkových tyčí, každá z nich rozdělena na 10 čtverců. Horní čtverec obsahuje číslici a zbývající čtverce obsahují prvních 9 násobků číslice. Každý násobek má své číslice oddělené diagonální čarou. Když je číslo sestrojeno uspořádáním tyčí vedle sebe s odpovídajícími číslicemi nahoře, pak jeho násobek lze snadno získat čtením odpovídající řady násobků zleva doprava a sečtením číslic nalezených v rovnoběžnících tvořených úhlopříčkou. linky. Není divu, že John Napier je také vynálezcem logaritmů, konceptu používaného ke změně násobení na sčítání.

Napierovy kosti byly velmi úspěšné a byly široce používány v Evropě až do poloviny 60. let 20. století.

Logaritmy byly také podkladem pro vynález logaritmického pravítka od Williama Oughtred (1574-1660), Anglie, v 1633.


Design Leonarda da Vinciho

N Povaha má nespočet příkladů mechanických řešení praktických problémů, takže není žádným překvapením, že  první pokus  navrhnout počítací stroj pravděpodobně provedla master obráběcích artefaktů,  Leonardo da Vinci  (1452-1519).

Leonardo da Vinci získal mnoho ze svých důmyslných nápadů pečlivým pozorováním mechaniky pohybů živých organismů. Je zajímavé, že příroda nevyvinula kolo jako řešení tohoto problému; že řešení bylo ponecháno na lidské vynalézavosti. Je zajímavé poznamenat, že kolo bylo základem většiny mechanických zařízení používaných k replikaci myšlenkového procesu zahrnutého v aritmetických operacích. Jak řekl George Chase [1]: „Historie mechanických výpočetních strojů je ve své podstatě příběhem číselného kola a zařízení, která jím otáčejí, aby registrovaly digitální a desítkové hodnoty.“


Schickardův stroj

Ton nejprve počítací stroje byly postaveny nadaných matematiků pohyboval intenzivním přáním zjednodušit opakující se charakter aritmetických operací.

První známý sčítací stroj vyrobil Wilhelm Schickard (1592-1635). V roce 1623 Schickard, polyhistor a tehdejší profesor na univerzitě v Tübingenu ve Württembersku, nyní součástí Německa, navrhl a zkonstruoval mechanické zařízení, které nazval počítací hodiny. Artefakt, který byl schopen sčítat a odečítat až šestimístná čísla, byl založen na pohybu šesti promáčknutých kol ozubených přes „zmrzačené“ kolo, které při každém úplném otočení umožnilo kolu umístěnému vpravo otočit se o 1/10 celé otočit se. Přepadový mechanismus zazvonil na zvonek. Funkce přidávání byla navržena tak, aby pomohla provádět násobení pomocí sady Napierových válců obsažených v horní polovině stroje. Podle jeho poznámek byl prototyp tohoto stroje zničen požárem. Zdá se, že v té době existoval další prototyp, ale nikdy nebyl nalezen.

Schickard, přítel velkého astronoma Johannese Keplera (1571-1630), mu  v letech 1623 a 1624 poslal několik dopisů, ve kterých stručně popsal jeho vynález. Schickard a jeho rodina nepřežili dýmějový mor a jeho podrobné poznámky zůstaly neznámé, dokud je v roce 1935 a 1956 neobjevil historik Franz Hammer. Matematik Bruno Von Freytag z univerzity v Tübingenu je použil při rekonstrukci stroje v roce 1960. Jedna jednotka je v Deutsches Museum v Mnichově.


Pascaline

Pascaline Slide ShowBlaise Pascalovi (1623-1662) bylo pouhých 18 let, když  v roce 1642 počal Pascaline. Předčasně vyspělý francouzský matematik a filozof Pascal ve věku 12 let zjistil, že součet úhlů v trojúhelníku je vždy 180 stupňů. Později položil základy pro teorii pravděpodobnosti a významně přispěl k vědě hydrauliky. Pascaline, postavený v roce 1643, byl možná prvním mechanickým přikládacím zařízením skutečně používaným pro praktické účely. Postavil jej Pascal, aby pomohl svému otci Etienne Pascalovi, výběrčímu daní, s únavnou činností při sčítání a odečítání velkých posloupností čísel. Stroj se však obtížně používal a pravděpodobně nebyl příliš užitečný kvůli francouzskému měnovému systému, který neměl základ 10. Libra měla 20 solů a sol měla 12 denierů.

Pascal si nebyl vědom Schickardova stroje a jeho řešení nebylo tak elegantní a efektivní. Jak řekl Paul E. Dune, „kdyby si Schickardovy nápady našly široké publikum, nebyl by vynalezen Pascalův stroj.“

Byl postaven na mosazné obdélníkové skříni, kde sada ozubených ciferníků pohybovala vnitřními koly tak, že plné otočení kola způsobilo, že se kolo nalevo posunulo o jednu desetinu. Přestože první prototyp obsahoval pouze 5 kol, pozdější jednotky byly postaveny se 6 a 8 koly. K otáčení číselníků byl použit čep. Na rozdíl od Schickardova stroje se kola pohybovala pouze ve směru hodinových ručiček a byla navržena pouze pro sčítání čísel. Odečítání bylo prováděno použitím těžkopádné techniky založené na přidání devítkového doplňku.

Přestože stroj v té době přitahoval velkou pozornost, nedočkal se širokého přijetí, protože byl drahý, nespolehlivý a také náročný na použití a výrobu. Do roku 1652 bylo vyrobeno asi 50 kusů, ale prodalo se méně než 15 kusů. Zpočátku měl Pascal o svůj vynález velký zájem a v roce 1649 pro svůj nápad dokonce získal „privilegovanou“ ochranu (středověký ekvivalent patentu), ale jeho zájem o vědu a „materiál“ skončil, když se stáhl k jansensistovi. klášter v roce 1655 soustředil veškerou svou pozornost na filozofii. Zemřel v roce 1662.

Během období 30 let po Pascalově vynálezu postavilo několik lidí počítací stroje založené na tomto návrhu. Nejznámější byl sčítací stroj Sira Samuela Morlanda (1625-1695) z Anglie. Tento stroj vynalezený v roce 1666 měl duodecimální stupnici založenou na anglické měně a vyžadoval zásah člověka, aby se dostal do nosiče zobrazeného na pomocném číselníku.

Je zajímavé, že ještě na začátku 20. století několik společností představilo modely založené přímo na Pascalově návrhu. Jedním z příkladů je Blesková přenosná sčítačka představený v roce 1908 společností Lightning Adding Machine Co. z Los Angeles. Dalším příkladem je Addometer představený v roce 1920 společností Reliable Typewriter and Adding Machine Co. z Chicaga. Žádný z nich nedosáhl komerčního úspěchu.


Leibniz stupňovitý buben

Psal se rok 1672, kdy se slavný německý polymatik, matematik a filozof Gottfried Wilhelm Von Leibniz (1646-1716), spoluvynálezce diferenciálního počtu, rozhodl postavit stroj schopný provádět čtyři základní aritmetické operace. Inspirací mu bylo zařízení na počítání kroků (krokoměr), které viděl na diplomatické misi v Paříži.

Stejně jako Pascal byl i Leibniz zázračné dítě. Ve věku 8 let se naučil latinu a druhý doktorát získal, když mu bylo 19. Jakmile se dozvěděl o Pascalově návrhu, vstřebal všechny jeho detaily a vylepšil design tak, aby umožňoval násobení a dělení. V roce 1674 byl jeho návrh hotov a stavbu prototypu zadal řemeslníkovi z Paříže jménem Olivier.

Osazením Počítadlo, jako Leibniz nazývá svůj stroj, který se používá speciální typ zařízení pojmenovanou osazením bubnu nebo Leibniz Kolo což byl válec s devíti zuby ve tvaru tyče s rostoucí délkou rovnoběžně s osou válce. Když se buben otáčí pomocí kliky, běžné desetizubé kolo, upevněné přes posuvnou osu, se otáčí od nuly do devíti poloh v závislosti na své relativní poloze k bubnu. Stejně jako v zařízení Pascal je pro každou číslici jedna sada koleček. To umožňuje uživateli posouvat mobilní osu tak, že když se buben otáčí, generuje v běžných kolech pohyb úměrný jejich relativní poloze. Tento pohyb pak zařízení převádí na násobení nebo dělení v závislosti na tom, kterým směrem se stupňovitý buben otáčí.

Neexistuje žádný důkaz, že by kdy byly vyrobeny více než dva prototypy tohoto stroje. I když byl Leibniz jedním z nejvýznamnějších polyhistorů své doby, zemřel v chudobě a bez odměny. Jeho stroj zůstal na půdě univerzity v Göttingenu, dokud jej v roce 1879 nenašel dělník, když opravoval netěsnost ve střeše. Nyní je ve Státním muzeu v Hannoveru; další je v Deutsches Museum v Mnichově.


Výpočet zařízení v průběhu 18. století Pascal je a vzory Leibniz byly základem pro většinu mechanických kalkulátorů postavených během 18-tého  století. Giovanni Poleni  vyrobený v roce 1709, v roce 1725 Lépine, Antonius Braun v roce 1725, Jacob Leupold roku 1727, Hillerin de Boistissandau v roce 1730, CL Gersten v roce 1735, Jacob Isaac Pereire v roce 1750, Phillip Mathieus Hahn v Německu v roce 1773. Charles, třetí hrabě Stanhope, Anglie, v roce 1775; Johan Helfreich Müller v roce 1783, Jacob Auch v roce 1790 a Reichhold v roce 1792. [4].

Zvláštní pozornost si zaslouží farář Phillip Mathieus Hahn (1730-1790), který v roce 1773 vyvinul první funkční kalkulačku založenou na Leibnizově stupňovitém bubnu. Hahnův kalkulátor měl sadu 12 bubnů v kruhovém uspořádání ovládaných klikou umístěnou v ose uspořádání. Hahn tyto stroje vyráběl až do své smrti v roce 1790, ale jeho dva synové a jeho švagr Johann Christopher Schuster ve výrobě pokračovali pravděpodobně až v roce 1820.

Na konci 18. století byly počítací stroje stále kuriozitami používanými spíše pro účely zobrazování než pro skutečné použití. Omezení způsobená technologií znemožnila splnit Pascalův sen udělat z nich praktické výpočetní zařízení.


Referenční zdroje
Internetové zdroje

Copyright © James Redin – Upraveno: 20. srpna 2018.

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *