Израиль Авраам Штафель

Израиль Авраам Штафель

Izrael Abraham Staffel

Дата рождения

1814

Место рождения

Варшава, Российская империя

Дата смерти

1884

Место смерти

Варшава, Российская империя

Калькулятор машины Штафеля.

Арифмометр машины Штафеля.

Израиль Авраам Штафель (Штофель, Штаффель, польск. Izrael Abraham Staffel) — польский механик, конструктор вычислительных машин, изобретатель числительной машины, производящей четыре арифметические действия и извлекающей квадратные корни^[1].

Биография[править]

Израиль Авраам Штафель родился в 1814 году в Варшаве бедной еврейской семье.

По профессии — часовых дел мастер. Выучил польский язык, что позволило ему читать научно-технические публикации по механике, издаваемые в Царстве Польском.

В течение 10 лет трудился над машиной, много потратив на неё из своих скудных средств.

В 1845 году, в бытность министра народного просвещения, президента Петербургской академии наук С.С. Уварова в Варшаве, Штафельпознакомил его со своим аппаратом, и Уваров обещал ему содействие. В том же году Штафельполучил на выставке в Варшаве за свое изобретение серебряную медаль, после чего наместник князь Варшавский выдал ему 150 рублей на поездку в Санкт-Петербург для представления машины Академии наук.

В том же 1845 году Штафель напечатал статью ο своем изобретении в варшавской газете «Korrespondent Handlowy Przemyslowy» № 33.

В 1846 году Уваров поручил академии исследовать машину «по бывшему в прошлом году с евреем Слонимским примеру» . Академия пришла к выводу, что машина Штафеля имеет то преимущество, что при умножении не приходится, как у Слонимского, складывать произведения отдельными числами. При этом академия отметила, что прибор Штафеля не основан на каком-либо особом свойстве чисел применительно к умножению, как машина Слонимского, а построен на одних лишь различных механизмах. О машине положительно отозвался Борис Семёнович Якоби.

Штафель, кроме того, представил академии небольшой механический снаряд для первых двух арифметических действий над дробями с несколькими знаменателями.

В 1847 году по всеподданнейшему докладу Уварова Штафелю была выдана награда в 1500 рублей из сумм, находящихся в распоряжении государя по Царству Польскому.

В 1851 году на международной выставке в Лондоне получил за свою вычислительную машину серебряную медаль.

В 1876 году передал один экземпляр своей машины Императорской академии наук, где она была размещена в физическом кабинете Академии.

Также разработал анемометр; устройство для тестирования состава металлических сплавов на основе принципа Архимеда; вентилятор; двухцветную печать.

Умер в 1884 году в нищете.

Вычислительная машина Штаффеля[править]

Его вычислительная машина — arytmometr Staffela — представляла собой механическое устройство, позволяющее выполнять операции сложения, вычитания, умножения, деления, возведения в степень и приближенный расчёт квадратного корня.

Машина Штаффеля имела форму прямоугольного параллелепипеда длиной 20 дюймов, шириной 10 дюймов и высотой 8 дюймов, по другим источникам — длиной 18 дюймов, шириной 9 дюймов и высотой 4 дюймов. Механизм машины Штаффеля был основан на колесе Лейбница. Интерфейс машины состоял из 13 окошек отображения результата, находящегося ниже вала с 7 переключателями и 7 окошек отображения множителя, показывающих значение одного из множителей во время выполнения операции умножения или частного во время операции деления. Оператор мог устанавливать значения отдельных цифр на валу и в окошках отображения множителя. Вал мог перемещаться вправо или влево. Машина работала в десятичной системе счисления, в каждом окошке могла быть показана любая из 10 цифр от 0 до 9. Механизм оснащался рукояткой и переключателем, позволяющим переходить в режимы сложения/умножения, вычитания/деления и извлечения квадратного корня. Данные режимы были подписаны на корпусе устройства как additio/multiplio, substractio/divisio и extractio. Во время выполнения операции вычитания рукоятку было необходимо вращать в направлении противоположном, чем в ходе выполнения операции сложения.

Работа машины основана на простых правилах:

В режиме сложения/умножения поворот рукоятки приводил к увеличению значения в окошках результата на величину, заданную переключателями на валу, и к уменьшению значения в окошках множителя на 1;
В режиме вычитания/деления поворот рукоятки приводил к уменьшение значения в окошках результата на величину, заданную переключателями на валу, и к увеличению значения в окошках множителя на 1.

На машине можно было выполнять цепочку операций без записывания промежуточных результатов. Результат предыдущей операции запоминался в окошках результата и мог быть использован в качестве аргумента последующей операции.

Сложение

Для вычисления значения выражения $a+b$ устанавливали режим сложения/умножения и обнуляли окошки результата. Затем с помощью переключателей на валу задавали значение числа $a$ и выполняли один оборот рукоятки. После чего значение числа $a$ отображалось в окошках результата. На следующем шаге на валу вводили значение числа $b$ и выполняли один оборот рукоятки. После этого в окошках результата было представлено значение выражения $a+b$ .

Вычитание

Для вычисления значения выражения $a-b$ в окошки результата устанавливали значение числа $a$ путем сложения числа $a$ с ранее обнулёнными окошками результата. Затем машину переключали в режим вычитания/деления, устанавливали на валу значение числа $b$ и выполняли один оборот рукоятки в противоположном направлении. После этого в окошках результата отображалось значение выражения $a-b$ .

При попытке вычесть большее число от меньшего раздавался предупреждающий звонок. Это было особенно полезно при выполнении операции деления, заключающейся в многократном вычитании одного и того же числа.

Умножение

Умножение производили путём как многократного выполнения сложения. Для вычисления значения выражения $a\cdot b$ устанавливали режим сложения/умножения и обнуляли окошки результата. После на валу задавали число, являющееся большим из сомножителей, а в окошках множителя устанавливали значение меньшего. Далее совершали несколько оборотов рукоятки в количестве, соответствующем меньшему множителю, пока значение в окошках множителя не уменьшалось до нуля. После этого в окошках результата появляется значение выражения $a\cdot b$ .

Деление

Деление выполнялись как многократное вычитание. Для вычисления значения выражения $a\div b$ в окошках результата устанавливали значение числа $a$ путем добавления числа $a$ к обнулённым ранее окошкам результата. Затем машину переключали в режим вычитания/деления, устанавливали на валу значение числа $b$ и выполняли достаточное количество оборотов рукоятки, пока число в окошках результата не станет меньше $b$ . При попытке выполнения излишнего поворота рукоятки срабатывал предупреждающий звонок. После выполнения операции деления в окошках множителя находилась целая часть частного, а в окошках результата отображался остаток от деления $a$ на $b$ .

Извлечение корня

Машина Штаффеля позволяла вычислять приближенное значение квадратного корня числа. Для этого в окошках результата устанавливали значение числа, корень которого хотели рассчитать, с помощью переключателей обнуляли значение на валу, а в окошки множителя вводили единицу. Переключателем режимов переводили машину в режим извлечения квадратного корн. Более подробного описания действий, выполняемых в процессе извлечения квадратного корня, не сохранилось, однако общая схема, вероятна, была близка к аналогичной операции на счётной машине Авраама Штерна. Для расчета корня был применён дополнительный механизм. Операция извлечения корня, хотя и не требовала угадывания цифр результата, занимала много времени.

Штаффель начал строить машину в 1835 году, делал её 10 лет и в 1845 году она впервые представлена на промышленной выставке в Варшаве, где за неё получил серебряную медаль.

Некоторые полагают, что машина Штаффеля повлияла на арифмометр Однера.