Оказывается, ещё в 19 веке существовали вычислительные машины, способные осуществлять сложнейшие математические расчёты. Один из уникальных экземпляров — гармонический анализатор Альберта Майкельсона. Прибор выполнял преобразование Фурье. Эта функция сегодня широко используется в информатике, обработке сигналов, физике, теории чисел, комбинаторике, теории вероятностей, криптографии и других областях.
В честь 100-летия гармонического анализатора Майкельсона опубликована бесплатная электронная книга с великолепными иллюстрациями, где описывается принцип действия этого замечательного прибора.
Американский физик Альберт Майкельсон известен изобретением названного его именем интерферометра Майкельсона и точным измерением скорости света. В 1907 году он стал лауреатом Нобелевской премии по физике «за создание точных оптических инструментов и спектроскопических и метрологических исследований, выполненных с их помощью». Создание гармонического анализатора в то время казалась не самой важной его работой.
Итак, как устроен этот прибор.
Вся система приводится в движение цепью.
Далее в действие вступает коническая коробка передач, зафиксированная вместе (все передачи вращаются вместе). Коробка преобразует постоянное движение цепи в одно из 20 значений, необходимых машине. На самой маленькой шестерне 6 зубьев, на следующей 12, затем 18 и так далее до 120.
Коническая коробка передач передаёт вращение на предварительно откалиброванную цилиндрическую коробку передач.
Вертикальные прутики передают колебания с шестерёнок цилиндрической коробки на вогнутые шатуны.
Ряд шатунов колеблется вверх-вниз.
Если посмотреть на этот ряд, то он представляет собой синусоиду с частотой, соответствующей количеству поворотов рукоятки.
Двадцать длинных вертикальных прутов примерно по 80 см (amplitude bars) нужны для изменения параметров синусоиды при передаче на рычажки вверху.
Перемещая нижний конец прута по поверхности шатуна, мы устанавливаем значение амплитуды для гармонических колебаний. Для максимально точных измерений прибор комплектуется деревянной линейкой с подвижным запором.
В верхней части машины 20 рычажков двигаются в соответствии с движениями прутов.
Их движение передаётся на один результирующий рычаг причудливой формы (summing lever), а затем — на вычислительную пружину, вертикально расположенную в самом верху конструкции.
Поскольку размаха шатунов хватает только на то, чтобы сдвинуть пружину всего на несколько миллиметров, в устройстве предусмотрен усилительный механизм, чтобы обеспечить наглядную картину на выходе (по высоте). Плюс шесть передач для сжатия/растягивания графика по ширине.
Для записи на движущейся ленте использовались разные способы. Например, в данном экземпляр вставили маркер.
Вот примеры синусоид, которые получаются на выходе при разных установках амплитудных прутов.
Фотографии с описаниями гармонического анализатора собраны в бесплатной электронной книге (PDF). Есть ещё серия видеороликов о компьютере Майкельсона. Ниже опубликован вводный видеоролик.
В следующих трёх подробно рассказывается о принципах работы и конструкции прибора.
Автор: alizar
