Den söder-pekande vagnen ( kinesisk trad. 指南車, ex. 指南车) är den första navigationsenheten som fungerar enligt principen om återkoppling . På vagnen monterades en statyett av en man, som, oavsett vagnens rörelseriktning, pekade söderut med utsträckt hand . Denna enhet använde ingen magnetisk kompass [1] .
Den söder-pekande vagnen anses vara en av de mest komplexa mekanismerna som skapats av den antika kinesiska civilisationen och användes under hela medeltiden . Enligt legenden uppfanns den omkring 2600 f.Kr. e. i Kina av den gule kejsaren Huangdi , men den första verkliga historiska versionen skapades av Ma Jun (200-265) för Ming-di-härskaren över Wei-riket av de tre kungadömena . En vagn är ett tvåhjuligt fordon på vilket en personfigur är monterad, kopplad till hjulen med hjälp av differentialväxlar . Genom noggrant val av hjulstorlekar, styrningar och utväxlingsförhållanden är figuren ovanpå vagnen ständigt vänd åt samma håll och fungerar därmed som fordonets omagnetiska kompass. Genom historien nämner många kinesiska historiska dokument en vagn som vetter mot söder, och vissa beskriver det detaljerade arrangemanget av interna komponenter och hur det fungerar.
Avhandlingen Guiguzi ( sv:Guiguzi ) nämner att den sydpekande vagnen skapades i kungariket Zheng (故鄭人之取玉也，載司南之車，為其不惑也).
I de officiella historiska uppteckningarna av Record of the Three Kingdoms skrivs det att på 300-talet uppfann mekanikern Ma Jun från kungariket Wei den sydpekande vagnen (även kallad "söderpekande vagn"). Efter att ha blivit förlöjligad av residenten Caotang Long och generalen för kavalleriet Qin Lang att han inte skulle kunna göra vad de anser vara en absurd övning, svarade Ma Jun: "Tomma verbala argument kan i alla fall inte jämföras med ett test som kommer att visa praktiska resultat." Efter att ha byggt vagnen och skämt tvivlarna fick han mycket beröm från många, inklusive sin samtida, den berömda poeten Fu Xuan .
Efter Ma Jun återuppfanns den sydpekande vagnen av Zu Chongzhi (429–500 e.Kr.) eftersom detaljer om dess konstruktion hade gått förlorade. Under Tang -dynastin (618-907 e.Kr.) och Song-dynastin (960-1279 e.Kr.) kombinerades den sydpekande vagnen med en annan mekanisk transportanordning, avståndsmätaren eller vägmätaren .
Vissa historiska dokument säger att den sydpekande vagnen uppfanns runt det första årtusendet f.Kr., men inga bevis har hittats för detta.
Den söderpekande vagnen är en mekanisk kompass som bibehåller den riktning som pekaren ges längs hela vägen den färdas. Differentialsystemet integrerar skillnaden i hjulens rotation och bestämmer därmed vagnens tur. Mekanismen kompenserar för denna skillnad genom att vrida visaren i motsatt riktning.
Matematiskt approximerar enheten parallell translation längs en bana. I euklidisk geometri utför enheten funktionen av en parallell translation. I krökt utrymme utför enheten också funktionen av parallell translation. I gränsen, när avståndet mellan hjulen tenderar till noll, blir approximationen korrekt.
Vagnen kan användas för att rita raka eller geodetiska linjer. Vägen som vagnen färdas kommer att vara en geodetisk linje på ytan om och endast om pekaren inte roterar i förhållande till vagnen genom hela banan.
Den söder-pekande vagnen har återuppfunnits och återuppfunnits många gånger genom hela kinesisk historia. Här är en partiell kronologi över stora händelser.
| År | Händelse |
|---|---|
| 2634 f.Kr e. | Enligt legenden designade den gule kejsaren en vagn som pekar söderut. Det byggdes för honom av mästare Feng-hou . |
| 1115 f.Kr e. | Under Zhou- guns regeringstid ger gong fem sådana vagnar (kallade jinanche ) till ambassadörer i Yueshan (越裳, Vietnam. Viet Thuong ) med villkoret att återlämna dem. |
| 150 ... 100 f.Kr e. | Förmodligen konstruerades Antikythera-mekanismen i antikens Grekland . |
| 120 .. 139 n. e. | Zhang Heng kan ha återuppfunnit vagnen. |
| 233 .. 237 | Ma Jun designade en arbetsvagn för Ming-di, härskare över kungariket Wei . |
| 300 | Cui Bao rapporterade att designen beskrivs i en bok (ej bevarad) som heter Shang Fang Ku Shi. |
| 334 .. 349 | Xie Fei gjorde en för kejsar Hui från Jindynastin . |
| 394 .. 416 | Linghu Sheng gjorde en till kejsare Xiao Wu från Jindynastin . |
| 417 | Linghu Shengs vagn gick till kejsar An-di från Jin-dynastin. Det rapporterades att det inte finns någon mekanism i den, en person sitter inuti och vänder figuren. |
| 423 .. 452 | Guo Shanming var oförmögen att tillverka en vagn för kejsar Tai Wu från den norra Wei-dynastin . |
| 423 .. 452 | Ma Yue lyckades men dödades av Guo Shanming. |
| 478 | Zu Chongzhi tillverkar en ny och förbättrad vagn (med bronsväxlar) för kejsar Shun-di från Liu Song-dynastin . |
| 658 | Den buddhistiska munken Chiyu designade en vagn för den japanske kejsaren Tenji . |
| 666 | Munken Chiyu designade ytterligare en vagn åt den japanske kejsaren Tenji. |
| 806 .. 821 | Jin Gongli presenterar en vagn som pekar söderut till kejsar Xianzong från Tangdynastin . |
| 1027 | Ingenjören Yan Su (medlem i "arbetarrådet") beskriver sin design (5 växlar, 4 icke-tandade växlar, 18 förarsoldater). |
| 1088 | Su Song konstruerar en escapement vattenklocka . |
| 1107 | Kassören Wu Deren presenterar en beskrivning av en mekanism (24 växlar, 4 växlar utan kuggar), som framgångsrikt byggdes två gånger. |
| 1341 | Chu Tejun beskriver jadefiguren som en del av en miniatyrvagn som pekar söderut. |
| 1720 | Joseph Williamson använder ett differentiellt urverk i klockor. |
| 1834 | Julius Klaproth skriver till Alexander Humboldt och nämner en chi-nan-che vagn som pekar söderut, men tror att en kompass är gömd i den lilla dockan . |
| 1879 | James Starley använder en differential för första gången i ett fordon. |
| 1909 | Professor Herbert Gyle påpekar att känsligheten för riktningar i den sydpekande vagnen är baserad på ett mekaniskt system och inte på magnetism. |
| 1909 | Professor Bertram Hopkinson från Cambridge observerar att det måste finnas någon mekanism för att säkerställa att växlarna som är förknippade med hjulet kan kopplas ihop eller kopplas ur när vagnen svänger till höger eller vänster. Efter flera års studier konstaterade han att Yan Sus beskrivning var otillräcklig för att bygga en fungerande modell. |
| 1910 | Uppfann den första mekaniska navigationsenheten, John Leave Map. Som en vagn i söderläge överförs hjulets rörelse genom kugghjul för att representera det rörliga fordonets relativa position på kartan. |
| 1924 | A. S. Moul (Cambridge) föreslog ett förverkligande av Chu Tejuns beskrivning där vagnen bara kan gå rakt. Vid varje varv stannar den och växeln svänger till startpunkten, varefter visaren korrigeras automatiskt. |
| 1924 | C. T. Dykes var den första som föreslog differentialöverföring och hävdade att den mekanism som Moul föreslog var "långsam och svår att kontrollera". |
| 1932 | Dr J. B. Cramer hittade referenser till den mekaniska karaktären hos den sydpekande vagnen och konstaterade att Kina därför inte uppfann den magnetiska kompassen. |
| 1932 | George Lanchester ( engelska , chefsingenjör för Lanchester Motor Company ) föreslog att forntida maskiner (särskilt Chu Te-juns beskrivning) förkroppsligar någon typ av differential. Han byggde en fungerande modell för att bevisa sitt koncept. |
| 1937 | Wang Zhendo föreslog en implementering av Yan Sus beskrivning och byggde en arbetsmodell. |
| 1948 | Bao Xihe föreslog ytterligare en rekonstruktion. |
| 1977 | Professor André Wegener Slisvik ger ut en vetenskaplig uppsats om vagnens historia. Han bevisar dess genomförbarhet exakt på grundval av gamla texter. |
| 1979 | Lu Zhiming skapar tre rekonstruktioner baserade på differentialväxel. |
| 1980 | Don Franz från New York återupptäcker den södervända vagnen, han byggde modeller enligt Lanchesters idéer och kunde få dem placerade i Shaanxi Provincial Museum. |
| 1982 | Yan Zhizhen bygger en annan modell och betonar att endast differentialväxel ger den noggrannhet som anges i de gamla skrifterna. |
| 1991 | M. Santander från Spanien föreslår att man använder vagnen för att lära eleverna begreppen parallell översättning och krökning . |
Även om ingen av de historiska vagnarna som pekar söderut har överlevt, finns det fullskaliga repliker.
Beijing History Museum ( Kina ) har en kopia baserad på Yan Su-mekanismen (1027).
National Palace Museum i Taipei ( Taiwan ) visar en kopia baserad på Lanchester-mekanismen (1932).