Analisador Harmônico ( pré-computador analógico) - Sir Willian ThomsonKelvin (Lord Kelvin)
Willian Thomson,Físico escocês (1824 - 1907) é o criador da escala de temperatura absolutas Kelvin. O nome da escala deriva do seu título de barão Kelvin Oflargs, outorgado pelo governo inglês em 1892. Filho de um matemático, forma-se em Cambridge e dedica-se a ciência experimental. Em 1832, descobre que a descompressão dos gases provoca esfriamento e cria a escala de temperaturas absolutas. O valor da temperatura em graus Kelvin é igual ao graus celsius mais 273,16. Entre 1846 e 1899, trabalha como professor na universidade de Glasgow. Interessado no aperfeiçoamento da física experimental, projeta e desenvolve vários equipamentos, entre eles um aparelho usado na primeira transmissão telegráfica por cabo submarino transatlântico. Com a participação no projeto de transmissão telegráfica por cabo, acumula grande fortuna pessoal. Em 1852, observa o que é hoje chamado de efeito Jaule-Thonson: a redução da temperatura de um gás em expansão no vácuo.
Primeiras evoluções: século XV
É por volta do século XV que aparecem dispositivos analógicos mais sofisticados, utilizados para prever os tempos de maré alta e baixa em alguns portos europeus. São os chamados "tide predictors", com suas escalas circulares, seus ponteiros que marcavam a posição do sol e da lua - e um interessante sistema de checagem desses dados - e que, juntamente com algumas informações específicas do porto, permitia ao usuário ler nas escalas do instrumento o tempo aproximado entre a maré alta e baixa. Quando na metade do século XVIII foi possível encontrar uma fórmula para o cálculo de séries de coeficientes de cosseno (y = A cos(u) + B cos(v) + C cos(w) + ...), Lord Kelvin construiu uma máquina analógica para avaliar essa fórmula. Chamou-a analisador harmônico
Um desses primeiros dispositivos foi elaborado em 1878. Escrevendo sobre seu analisador harmônico de ondas do mar Kelvin disse: "O objetivo desta máquina é substituir o grande trabalho mecânico de calcular os fatores elementares que constituem a subida e descida da maré .. Uma análise harmônica consiste em se formar um número de integrais do tipo geral , onde g é uma função seno ou cosseno. A avaliação das integrais desse tipo foi o que Kelvin conseguiu, fazendo uma engenhosa adaptação de um integrador elaborado por seu irmão.
A última invenção de Kelvin relevante para nossa história foi o que agora é chamado Analisador Diferencial, um dispositivo para a solução de sistemas de equações diferenciais ordinárias. Dos dispositivos chamados integradores é possível obter uma integral que é o produto de duas variáveis. Uma grande gama de sistemas de equações pode ser computada por esses componentes. Kelvin nunca chegou a construir sua máquina por não dispor de tecnologia suficiente. A dificuldade estava em como usar a saída de um integrador como entrada em outro. Na explicação de Maxwell, o problema central era a saída estar medida pela rotação de um disco ligado a uma roda. Esta roda é acionada por estar apoiada sobre um disco que gira em torno de um eixo. O torque desse disco - sua capacidade de girar a roda - é muito pequeno e consequentemente ele, de fato, não pode fornecer uma entrada para outro integrador. Esses problemas permaneceram suspensos por quase 50 anos até o desenvolvimento dos amplificadores de torque. Analisadores diferenciais mecânicos foram revitalizados por volta de 1925 e o mais famoso destes foi o construído no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) por Vannevar Bush.
Michelson e seu analisador harmônico; I Guerra Mundial
"O principal obstáculo na construção de tal máquina está na acumulação de erros envolvida no processo de adição. O único instrumento projetado para efetuar esta adição é o de Lord Kelvin (...). O alcance da máquina é no entanto limitado pelo pequeno número de elementos na conta (...), pois com um considerável aumento no número de elementos, os erros acumulados devido aos fatores já mencionados logo neutralizariam as vantagens do aumento do número de termos na série."
São palavras de Albert A. Michelson (1852 - 1931) em 1898, um dos grandes físicos do século XX. Interessou-se pelo desenvolvimento de um analisador harmônico que pudesse manipular uma série de Fourier de até 20 termos, continuando a tradição das máquinas analógicas.
Durante a I Guerra Mundial tornaram-se estratégicos os problemas referentes aos cálculos balísticos, o que foi um incentivo à continuidade do desenvolvimento de máquinas computacionais. Um destes problemas é o de como determinar a função de deslocamento, observando-se a resistência do ar, em função da velocidade. Quando a artilharia aponta para objetos que se movem, como navios ou aviões, é essencial prever o movimento dos alvos.
Foram duas décadas (1910 e 1920) em que houve um grande aprofundamento teórico, com a formação de grupos de matemáticos nos EUA e Inglaterra, cujas principais descobertas estão nos procedimentos numéricos para solução de equações diferenciais com grande precisão.
Computadores analógicos eletromecânicos
Nos primeiros anos do século XX muitos físicos e engenheiros de todo o mundo estiveram trabalhando em questões fundamentais da área de eletricidade. Centros de pesquisa foram criados em Harvard, no MIT, na IBM, na General Electric, e outros lugares. Eles tiveram sucesso na formulação matemática dos problemas em teoria de circuitos e muitos textos foram escritos nos anos da década de 1920, especialmente por Vannevar Bush no MIT, A.E. Kennelly de Harvard e do MIT, C.P Steinmetz da General Electric, entre outros. Também não se pode esquecer o trabalho fundamental de Oliver Heaviside (1850-1897).Nascido em 13 de março de 1850 em Londres, seu nome está ligado com a teoria apresentada por si próprio, da existência de uma capa ionizada permanente na parte superior da atmosfera, capaz de refletir as ondas eletromagnéticas, permitindo a propagação dos sinais de radio ao redor do mundo, que desenvolveu um dispositivo matemático para manipular equações e analisar indução eletromagnética, e o trabalho de Norbert Wiener junto a Bush.
Como se disse sobre Kelvin e seu analisador harmônico, o grande problema foi ele não dispor da suficiente tecnologia para desenvolver um dispositivo que executasse a operação de gerar a integral do produto de duas funções, e por vários anos a idéia esteve esquecida até o desenvolvimento dos amplificadores de torque.
A partir de 1927 até 1931, Vannevar Bush e sua equipe no MIT desenvolveram mecanismos para resolver equações diferenciais ordinárias. Bush deve especialmente a C. W. Niemann, engenheiro e inventor do amplificador de torque Bethlehem, a possibilidade de ter construído seu famoso analisador diferencial, terminado em 1931. Usando o amplificador de Niemann, Bush pôde construir uma máquina usando exclusivamente integradores. Ainda mecânico, este dispositivo foi aprimorado durante a II Guerra Mundial, pela substituição dos mecanismos puramente mecânicos por corrente e voltagem, obtidas através de potenciômetros instalados sobre os discos cuja rotação representava quantidades. As voltagens correspondiam à soma, produto e a uma função de uma variável. Entram aqui conceitos de servo-mecanismos e amplificadores operacionais
Ainda dentro do mundo dos computadores analógicos, deve-se destacar o trabalho do físico inglês Douglas Hartree, da universidade de Manchester e Cambridge, que tentou resolver equações diferenciais parciais com analisadores diferenciais e que ao deparar-se com cálculos altamente complexos, anteviu e preparou o advento dos computadores eletrônicos.
As novas descobertas da indústria e da ciência no campo da eletricidade - proporcionando rapidez e precisão nos equipamentos - juntamente com a limitação dos equivalentes analógicos eletromecânicos, acabaria por impor a nova tecnologia de circuitos. Uma nova era da Computação começava a ser desvelada. É necessário assinalar, no entanto, que novas máquinas analógicas eletromecânicas sucedâneas da última máquina de Bush, no MIT, em 1942 foram construídas e até 1960 ainda estavam em uso.
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