Histoire de la règle à calcul
Prologue
Au XVIe siècle, la conception technique telle que nous la connaissons aujourd’hui, en mettant l’accent sur des mesures précises et des tolérances finement calculées, est impensable. Et pourtant, chaque scientifique, mathématicien et alchimiste estime qu’il existe des relations mathématiques fondamentales fondamentales qui sous-tendent le monde naturel.
Les figures éminentes de la science contribuent toutes deux à la création de la règle à calcul et l’utilisent dans leurs travaux, notamment Galilée, Napier, Gunter, Oughtred, Newton, Gauss, Watt, Priestley, Fulton, Fuller, Einstein, Fermi et Von Braun.
Un regard rapide sur les cinq premiers de ces hommes couvre la création et l’évolution initiale de la règle à calcul.
Juste avant la Règle à calcul
Galileo Galilei popularise le secteur à la toute fin du XVIe siècle. Le secteur est une règle graduée qui utilise des formules trigonométriques et un étrier pour calculer des carrés, des cubes, des réciproques et des tangentes de nombres. La conception du secteur par Galilée en tant qu’outil mathématique peut être considérée comme le moment où les aides au calcul cessent d’être basées sur le comptage et exploitent plutôt les relations plus profondes entre les nombres. Son invention est toujours utilisée comme aide à la navigation au 20ème siècle 3 300 ans plus tard.
John Napier fait progresser considérablement la compréhension des relations de nombres en 1614 avec son invention des logarithmes. Puisque les logarithmes sont le fondement sur lequel la règle à calcul est construite, son histoire commence à juste titre avec lui. Son concept initial de simplification des calculs mathématiques à l’aide de logarithmes rend possible la règle à calcul telle que nous la connaissons aujourd’hui.
Chronologie de la Règle à calcul
Napier lui-même contribue aux Os de Napier en 1617, calculant des bâtons selon la méthode de multiplication de gelosia, ou treillis. En 1620, Edmund Gunter de Londres fait une échelle logarithmique droite et y effectue la multiplication et la division à l’aide d’un ensemble de diviseurs, ou étriers.
Vers 1622, William Oughtred, un ministre anglican – aujourd’hui reconnu comme l’inventeur de la règle à calcul – place deux échelles de ce type côte à côte et les glisse pour lire les relations de distance, multipliant et divisant ainsi directement. Il développe également une règle à calcul circulaire.
En 1675, Sir Isaac Newton résout des équations cubiques à l’aide de trois échelles logarithmiques parallèles et fait la première suggestion pour l’utilisation du curseur.
En 1677, deux ans après l’invention du curseur par Newton, Henry Coggeshall perfectionne la règle du bois et du charpentier. Le curseur de Newton ne parvient pas à s’accrocher à ce moment-là. La règle de Coggeshall reste d’usage courant 200 ans plus tard. Sa conception et sa standardisation font passer la règle à calcul d’un outil de recherche mathématique à des applications spécialisées. À partir de 1683, Thomas Everard popularise la règle de jaugeage, utilisée pour déterminer le contenu des fûts de bière, de vin et de spiritueux et pour calculer la taxe d’accise sur ceux-ci. Cette conception, créée pour la première fois par William Oughtred en 1633, est largement utilisée jusqu’au 19ème siècle.
En 1722, John Warner, marchand d’instruments à Londres, utilise le carré et le cube scales.By 1790 James Boulton et James Watt modifient les règles à diapositives pour améliorer leur précision et leur utilité. En 1799, leur règle à calcul de Soho aide à inaugurer la révolution industrielle. Il facilite la conception et la fabrication de leur machine fondatrice, la machine à vapeur.
En 1815, Peter Roget, un médecin anglais (et l’auteur du Thésaurus de Roget), invente une échelle log log, qu’il utilise pour calculer les racines et les puissances de n’importe quel nombre ou fraction de celles-ci. Il est considéré à l’époque comme une curiosité mathématique. Cinquante ans plus tard, les progrès de l’électrotechnique, de la thermodynamique, de la dynamique et de la statique et de la chimie industrielle rendent ces échelles si nécessaires qu’elles sont redécouvertes. Au cours des cinquante prochaines années, ils passeront de trois, à six, à huit échelles sur la règle à calcul, à mesure que l’ingénierie étend son emprise sur le calcul moderne.
En 1851, un officier d’artillerie français nommé Amédée Mannheim standardise un ensemble de quatre échelles pour les problèmes de calcul les plus courants. Les quatre échelles comprennent deux longueurs doubles, nommées A &B, pour les carrés et les racines carrées… et deux longueurs simples, C &D, pour la multiplication et la division. Cet ensemble d’échelles devient la base de la conception de règles à calcul pour les 100 prochaines années et porte son nom aujourd’hui. Sa conception et l’utilisation d’un curseur accélèrent l’acceptation généralisée de cette fonctionnalité.
Au début du 19ème siècle, les premières règles à diapositives sont utilisées aux États-Unis. L’ex-président Thomas Jefferson en a un, et Joseph Priestley reconnaît leurs avantages dans ses travaux de chimie, qui incluent la découverte de l’oxygène.
En 1870, l’Allemagne produit deux géants du monde des règles à calcul, Dennert et Pape (créateurs d’Aristo), et Faber (plus tard Faber-Castell). Les apports Dennert et Pape des écailles « engine divided » (gravées) et le dépôt stable de celluloïd sur bois sont révolutionnaires.
L’importance de la règle à calcul pour la Révolution industrielle et son impact sur la règle à calcul sont démontrés par la prolifération des dessins et modèles. De 1625 à 1800, les 175 premières années après son invention, un total de 40 types de règles à calcul, y compris des dessins circulaires et en spirale, sont enregistrés. Les 100 années suivantes, de 1800 à 1899, voient la création de 250 types et fabricants de règles à calcul. Plus de 90 dessins sont enregistrés au cours des 10 premières années du 20ème siècle.
Les calculatrices cylindriques à échelles logarithmiques extra longues sont inventées par George Fuller d’Irlande en 1878 et Edwin Thacher de New York en 1881. La production de la calculatrice de Thacher est bientôt reprise par une société d’instruments de Hoboken, dans le New Jersey, Keuffel and Esser, qui avait précédemment importé des règles à diapositives pour la vente.
Une construction révolutionnaire de règle à calcul linéaire avec des échelles à l’avant et à l’arrière et avec un curseur se référant à toutes les échelles simultanément est brevetée en 1891 par William Cox – une invention qu’il appelle la « règle à calcul duplex ». Il est vendu par K &E.
Les échelles pliées CF, DF et CIF sont mises sur des règles de diapositives vers 1900 pour réduire la quantité de mouvement et la réinitialisation de la diapositive.
Log Les échelles de log en trois sections apparaissent vers 1901, permettant un calcul très précis des puissances et des racines à n’importe quel nombre ou fraction.
Le siècle dernier de la Règle à calcule 20e
Notre siècle dernier n’aurait pas pu être construit sans la règle à calcul, mais ses preuves directes manquent presque totalement à l’œil non averti.
Aux États-Unis, c’est Keuffel et Esser qui s’en emparent le plus avec succès. Cette entreprise passe de l’importation de règles dans les années 1870 à la construction d’un instrument de calcul complexe (la calculatrice Thacher) dans les années 1880 à la fabrication de leurs propres règles à diapositives dans les années 1890. Leurs contributions sont légion, y compris l’échelle CI, leur dévotion fanatique à la précision, leur utilisation d’échelles colorées et d’italiques obliques pour faciliter la direction de lecture.
Jiro Hemmi adopte une voie différente vers la domination du marché au Japon. Hemmi expérimente systématiquement à la fois des matériaux de base naturels et du celluloïd, en s’appuyant sur le bambou comme noyau, et en combinant cela avec une fabrication très moderne (y compris la stratification de surface en celluloïd), ce qui donne à la fois une qualité et une quantité élevées. Dans les années 1960, Hemmi produit un million de règles à diapositives par an.
Epilogue
La philosophie de l’ingénierie passe à autre chose. Et les triomphes du design du 20e siècle deviennent des limites pour la règle à calcul.
Einstein privilégie une règle à calcul Nestler dans son travail. Les approches du Golden Gate Bridge et le profil de poussée de la fusée Redstone sont conçus avec des règles à diapositives simples basées sur Rietz – respectivement Dietzgen Phillips 1725 de E. H. Lowry et Nestler 23 de Wernher Von Braun. Les règles à diapositives Pickett fournissent une puissance de calcul d’urgence à bord des missions Apollo avec leur modèle N600-ES. Les Pickett N3 et N4 prennent leur place avec le K&E Decilon et le Post Versalog dans la conception de l’avion de combat F16.
Mais la conception structurelle et les premiers principes en physique cherchent tous deux des réponses à la façon dont les structures réagiront aux charges et aux forces changeantes. La vitesse du vent, le frottement des marées et la collision interstellaire nécessitent tous des modèles de calcul dynamiques, plutôt que la réponse à un problème structurel statique. De grands moteurs informatiques lents et obèses conçus pour ces questions donnent naissance à l’élégante calculatrice à quatre fonctions. Les difficultés de K &E avec son modèle de règle à calcul Analon sont un excellent exemple du changement des exigences d’ingénierie qui a dépassé la règle à calcul. La calculatrice électronique à quatre fonctions est un symptôme autant qu’une cause de ce changement.
Les chercheurs ont estimé que 40 millions de règles à diapositives avaient été produites dans le monde au 20ème siècle seulement. Parmi ceux-ci se trouvent de nombreux types de règles à diapositives spécialisées développées et conçues pour des applications spécifiques telles que la chimie, l’arpentage, l’électricité et l’électronique, la télémétrie d’artillerie, l’hydraulique, les moteurs à vapeur et à combustion interne, les structures en béton et en acier, la radio et d’autres domaines spéciaux.
La règle à calcul a une longue et distinguée ascendance from de William Oughtred en 1622 aux missions Apollo sur la lune… une période de trois siècles et demi it il a été utilisé pour effectuer des calculs de conception pour pratiquement toutes les grandes structures construites sur cette terre pendant cette longue période de notre histoire an un héritage étonnant pour quelque chose de si simple mécaniquement.