我与计算机的故事
我的计算机收藏之旅(3):渐行渐远的尺类
阅读量:16 2024-01-12

原载《中国计算机学会通讯》2020年 第4期


比例尺和比例规

尺类包括比例尺、比例规和计算尺等。比例尺作为计算工具的一种,最常见的是三棱尺。复比例尺又称投影比例尺,是根据地图的主比例尺和投影长度变形分布规律而设计的,是一种图解比例尺,日常并不常见。

比例规的发明人是大名鼎鼎的伽利略,利用比例的原理,进行乘除比例的计算。它的外形和圆规差不多,两脚上有刻度,可以任意开合。


计算尺

在电子计算工具出现之前,应用最多、对我们影响最大的是计算尺。

渊源

16世纪,天文、航海、测量等的发展需要运算大量庞杂的数据,最难的是乘除。1614年,英国数学家约翰·纳皮尔(John Napier)发明了对数,化幂为乘除、化乘除为加减,难题迎刃而解,并为牛顿的微积分奠定了基础。它是人类最神奇的发明之一,是数学史上的一项革命性创举,与解析几何、微积分并称为17世纪最伟大的三项数学发明。

纳皮尔简化了计算方法,但计算过程仍要不断地翻看对数表。1620年,英国数学家埃德蒙·甘特(Edmund Gunter)把对数刻在一把尺子上(称为甘特尺),将繁琐的数值改成直观的刻度,这是计算尺最原始的雏形。

1621年,英国圣公会牧师威廉·奥特雷德(William Oughtred)用两把甘特尺制造出世界上第一把计算尺;几年后,他又发明了圆形计算尺,但没有公布。1630年,奥特雷德的学生理查德·德拉梅因 (Richard Delamain)声称发明了圆形计算尺,并很骄傲地写道:“计算尺既适合在步行时使用,也适合在马背上使用。”奥特雷德得知后怒不可遏,斥责他“窃取别人的智慧”,这场公案直到德拉梅因去世才结束。

发展

计算尺虽然构思精巧、方便实用,却经过了两个多世纪才流行起来。

现代计算尺一般由三部分组成:上下两把尺子固定起来的尺座,一把可以移动的滑尺,一个滑动的游标。1850年,19岁的法国炮兵中尉阿梅代·马内姆(Amédée Mannheim)对当时的计算尺进行了改进,加了一个游标,计算尺的三套件才算功德圆满,并慢慢在欧洲各国普及起来。第一次世界大战后,这种计算尺传到了美国。

为了提高精度,制造厂商各显神通,如加大长度、将刻度线变细、在计算尺上加一个放大镜等。与此同时,各种奇形怪状的计算尺也纷纷登场。

1879年,天王级的高精度计算尺——富勒尺横空出世,它为1英尺长的圆柱体,上面盘绕着一条41英尺长的螺旋形对数标尺,精度可达5位数。乍看到这件精巧的玩意儿,不知底细的人还以为它是一根雕花擀面杖(见图1)。

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计算尺为人类立下了汗马功劳,爱因斯坦这样的科学巨匠也对计算尺情有独钟。

制造

在材质上,最早的计算尺由硬木制成,如桃花心木或黄杨木,加上玻璃或金属滑槽。游标用赛璐珞、塑料或铝制成;算尺上的数字和刻度,一般填上漆、丙烯酸树脂或聚碳酸酯。1895年,因为竹子对温度和湿度不敏感,稳定、坚固,且润滑自然,一家日本公司开始用竹制作算尺。当然,后来用得最多的还是硬塑料。

缺点

计算尺的缺陷在于:精度只能达到3位数字;没有小数位,计算结果先要大致估算一下;不能直接进行加减运算;学习和使用有一定难度。所以,计算尺从始至终只是用于科技人员,不曾进入大众视野。

计算尺与工程师

20世纪五六十年代,计算尺成为科技人员不可或缺的工具。工科院校要开设为期一周的计算尺课程;它被装入皮套,挂在工科学生的腰带上,成为一道随处可见的风景线。有些更为时髦的学生,戴着计算尺形状的领带夹招摇过市。计算尺成为工程师的象征。

计算尺在中国

中国最早使用计算尺的是康熙,他使用的是一把象牙制成的甘特式计算尺。在很长一段时间,中国很少有人使用,用的也是舶来品。

20世纪30年代后期,国内开始有人仿制计算尺。中国最早的生产厂家是1931年建成的上海四达尺厂。后来陆续有上海算器厂、上海新和文具工业社,但直至1949年,也只有十余家小厂。

1954年,我国计算尺生产已具有一定规模,厂家有鼎丰仪器厂、求范仪器图案工业社、学士工艺社等,尺面的材料改成了赛璐珞,还可以出口到东南亚和印度。1962年,计算尺全部改成了机器刻线。70年代生产规模可观,质地优良,但距退出已只剩下一步之遥。


收藏

计算尺有350年的发展历史,与先辈相比,它工艺最先进、制造最精美、品种最繁多、使用最广泛,因此家族庞大,成为现代人的收藏品。

我收藏了200多把计算尺和几十本(张)计算尺说明书,其中国产的居多。

按藏品用途,除了通用尺,最多的是特种尺,也叫专用尺。20世纪五六十年代,不少单位、个人都动手制作或仿制计算尺。我收集了100多种特种尺,可分为工业、农业、军事、航空、生活、学习等大类,每大类至少包含十几种小类,如化工、无线电、热处理、测绘、侦察、爆破药量、防原子、领航、气象、风速、风压、视距、水土保持、畜禽生产、井水消毒、刑侦、乐理、服装裁剪、孕周计算、袖珍心电图等(见图2)。

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指挥作战用的指挥尺,就是用于图上作业的各种形状和用途的尺子,也可以算作特种尺的一种。

计算尺的形状千奇百怪,有圆盘形、圆柱形、棱柱形(见图3)、螺旋形、钟表形(见图4)等,最多的还是直拉尺,其次是圆形。

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计算尺长短差距也十分悬殊,最长的有2米多,最短的在10厘米左右,甚至更小。

我还收藏了一些简易尺,纸质粗劣,制作简陋,有的是油印或手工裁切,反应了20世纪五六十年代中国物质短缺、生产力水平较低的现状。

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特色鲜明的计算尺——“文革尺”(见图5),一般在盒上印有“语录”“最高指示”等,让人想起那个狂热的年代。由于年代久远,收到一把品相较好的“文革尺”已殊为不易。 ■

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作者介绍
  • 中国铁路上海局集团公司徐州职工培训基地科长、工程师。

  • 历史爱好者。将中国计算机的历史以实物的形式呈现在大家面前,为保存濒临灭绝的科技文明、计算机文化尽一份绵薄之力。

  • zk1962195@163.com