A carruagem que sempre aponta para o sul, usada na China antiga para navegar sem magnetismo

Na China, as carruagens eram usadas no campo de batalha já no século V a.C. Elas eram principalmente elementos defensivos móveis para a proteção de soldados, enquanto realizavam alguma atividade, como cavar túneis ou trincheiras. A partir desses modelos primitivos, desenvolveu-se no século III d.C. um tipo de carruagem que funcionava de maneira semelhante a uma bússola, mas em vez de apontar para o norte, sempre apontava para o sul, independentemente de para que lado a carruagem virasse. Era usada como bússola para navegação, embora possa ter tido outros usos também.

Consistia em um veículo de duas rodas que incorporava um ponteiro móvel que apontava sempre para o sul, e que costumava ter a forma de uma figura humana com o braço estendido. O primeiro conhecido e documentado de forma confiável foi o construído pelo engenheiro Ma Jun, que viveu entre 200 e 265 d.C. durante a era dos Três Reinos, no reino de Wei. Sua invenção é, portanto, atribuída a ele, assim como a do tear de seda.

Ele usava um sistema de bússola direcional que não tinha função magnética, mas funcionava através do uso de engrenagens diferenciais -aplicando a mesma quantidade de torque às rodas motrizes girando em velocidades diferentes-, pois a bússola de agulha magnética só seria descoberta sete séculos depois.

No início da viagem, o ponteiro era orientado manualmente para o sul, e então cada vez que o carro virava, o sistema de engrenagens se encarregava de mantê-lo corretamente orientado em relação à carroceria do carro, para neutralizar a curva, e mantê-lo apontando em uma direção, sul constante. Assim, o mecanismo realizava uma espécie de cálculos direcionais, ainda que propenso a erros e incertezas cumulativas.

A figura que apontava estava ligada, provavelmente por engrenagens intermediárias, a um eixo que girava a uma velocidade proporcional à diferença entre as velocidades de rotação das rodas. Quando o carro se movia em linha reta, ambas as rodas giravam na mesma velocidade e, portanto, o ponteiro não se movia. Quando o carro girava as rodas giravam em velocidades diferentes e o diferencial girava o ponteiro, compensando o giro do carro.

Nos períodos dinásticos medievais tardios, a carruagem que indicava o sul de Ma Jun foi combinada, em um único dispositivo, com o odômetro que media as distâncias. Segundo fontes chinesas, parece que as carruagens foram usadas, de forma intermitente, até pelo menos o ano de 1300.

Alguns textos sugerem que a invenção do aparelho é muito mais antiga. "O Livro da Canção", uma história da dinastia Liu Song -a primeira das Dinastias do Sul na China- escrita por Shen Yue entre 502 e 577 d.C.:

A carruagem foi construída pela primeira vez pelo duque Zhou, no início do primeiro milênio a.C., como meio de transportar para casa enviados que vinham de longe além das fronteiras.

O país a ser atravessado era uma planície sem limites, em que as pessoas perdiam a orientação para leste e oeste, por isso (o duque) mandou construir este veículo para que os embaixadores pudessem distinguir norte e sul.

De acordo com esse texto, Ma Jun teria se limitado a construir um novo espécime, já que todos os anteriores haviam se perdido, para descrença de alguns estudiosos que afirmavam que tal artefato jamais poderia ter existido:

No estado de Wei, Gaotong Long e Qin Lang eram estudiosos famosos; eles disputaram a carruagem que apontava para o sul perante o tribunal, dizendo que ela não existia e que a história era um absurdo. Mas durante o período Qing Long (233-237), o imperador Ming Di encomendou ao estudioso Ma Jun a construção de uma, e ele conseguiu. Isso foi perdido novamente durante os problemas que acompanharam o estabelecimento da dinastia Jin.

No entanto, parece que todos esses carros não funcionaram muito bem -provavelmente apenas em viagens curtas-, então durante as viagens as marchas tinham que ser ajustadas várias vezes. Até o final do século V d.C., um engenheiro chamado Zi Zu Chongzhi parece ter conseguido fazer um, tão bom que, embora tenha feito inúmeras curvas e mudado de direção muitas vezes, nunca parou de apontar para o sul.

Assim, no final do período do reinado de Sheng-Ming (477-479), o imperador Shun Di, durante o reinado do príncipe de Qi, encomendou a Zi Zu Chongzhi para fazer um, e quando foi concluído foi testado por Wang Seng, governador militar de Tanyang, e Liu Hsiu, presidente do Conselho de Censores. O trabalho era excelente e, embora o carro girasse e virasse em cem direções, o ponteiro não parava de apontar para o sul. Sob o Jin, além disso, também havia um navio apontando para o sul

De qualquer forma, a curvatura da superfície da Terra teria tornado esses artefatos bastante imprecisos. Se os caminhos fossem curtos as discrepâncias seriam pequenas e sem importância, mas em caminhos longos teriam funcionado como uma bússola muito imperfeita.

Se as carruagens apontando para o sul movidas por engrenagens diferenciais realmente existissem, elas estariam muitos séculos à frente da primeira engrenagem diferencial registrada, criada por Joseph Williamson para corrigir a equação do tempo para um relógio que exibia a hora média local e a hora do sol. No entanto, é possível que o mecanismo Antikythera também tenha usado engrenagens diferenciais.

Nenhum carrinho histórico desse tipo é preservado, mas réplicas mais ou menos fiéis dos originais podem ser vistas no Museu de História de Pequim e no Museu do Palácio Nacional de Taipei. Além disso, o Centro de Ciência Ontario em Toronto, no Canadá, exibe duas réplicas funcionais. E há exemplos em outros lugares como Dubai e Japão.