Компас (история, виды, части, использование)
- Энциклопедия
- Окружающий мир
- Компас
Компас дословно в переводе с итальянского языка означает «измерять шагами», а является прибором, с помощью которого можно ориентироваться на местности благодаря указанию на полюса земли и стороны света.
Виды компасов: магнитный, гирокомпас, горный, астрономический, спутниковый и радиокомпас.
История создания
Впервые упомянул компас китайский философ Фэй-цзы в III веке до нашей эры. Представлял собой ложку, изготовленную из магнетита, прикрепленную к медной или деревянной пластите с изображением знаков зодиака. Ручка ложки, держащаяся на весу, крутилась и останавливала свое движение, указывая на юг.
В XI столетии там же, в Китае, компас преобразили в магнитную стрелку в виде рыбки. Опуская в воду, голова рыбки указывала на юг. Кроме того, китайский ученый Шэнь Гуа изготовил несколько разный видов компаса.
В XII веке компасом пользовались уже арабы, а в XIII веке прогресс дошел в Европу.
Каждое столетие компас усовершенствовали, и он стал первым в мире устройством навигации.
Составные части
От вида компаса зависит количество его составных частей. Обычная модель магнитного компаса включает в себя основные элементы: магнитная стрелка, стрелка направления, шкала с обозначением основных сторон света, корпус и защитное стекло.
Сложней компасы имеют: подвижный лимб, арретир, стабилизационная жидкость, целик и мушка, зеркало контроля положения, линейка, инклинометр, линза, крепления, корпус и т.д.
Использование компаса
Для точного указания компаса, его необходимо положить на ладонь, которую нужно представить к груди для более ровного положения. Сверяясь с картой, положить ее на плоскую, ровную поверхность, а компас сверху.
Далее определится со сторонами света. Если магнитная стрелка отклоняется, значит, вы смотрите на север.
Затем стоит повернуть шкалу делений до момента, пока она не совпадет с магнитной стрелкой. Когда они станут одна под другой, будут указывать север, а стрелка направления укажет движение по сторонам света (юг, запад, восток). Цифры шкалы показывают градусы движения (пример: 25 градусов к юго-западу).
Следует так же распознавать разницу между географическим и магнитным Северными полюсами. Географический полюс – это точка на верху карты, где сходятся линии долготы. Магнитный полюс взаимосвязан с наклоном Земли.
Вариант 2
С момента появления компас стал основным путеводителем для мореплавателей. Компас – это проверенный и первый прибор, определяющий местоположение со стороны света. Впервые устройство появилось в Древнем Китае.
Данный прибор определяет местонахождение, основываясь на силе протяжения земного шара и магнитном поле. Магнитное поле представляет собой прямую линию между южным и северным полюсом. Компас определяет нужное направление при помощи намагниченной стрелки.
Данная стрелка свободно вертится внутри прибора. Она располагается перпендикулярно оси магнитного притяжения. Несмотря на местоположение и передвижение, вращаясь, стрелка возвращается в первоначальное положение, указывающее на север. Магнитные волны нарушают работу компаса. На данный момент существует 4 разновидности устройства:
1. Магнитное устройство – это самая популярная модель компаса. Данный компас функционирует на основе магнита, работающего в зависимости от направления магнитного поля. Модифицированное устройство может выдавать ошибочные координаты. Недостатком прибора является его чувствительность к воздействию магнитного поля, железнодорожных путей и линии электропередач.
2. Гирокомпас обладает повышенной чувствительностью и быстро реагирует на повороты и изменение направления. Данная модель компаса отличается тем, что ее стрелки направлены в сторону северного географического полюса. Магнитный и географический полюс совершенно не сходятся друг с другом. Подобное явление получило название «магнитное смещение».
Гирокомпас применяется для систем навигации кораблей и на боевых суднах.
3. Электромагнитный прибор по функциональности считается электрогенератором. Электрогенератор представляет собой устройство, превращающее магнитное поле в свободную энергию. При передвижении компас производит электрический ток, отражаемый в виде показаний. При определении местоположения компас сверяет настоящий и установленный курс. Компас, работающий на электромагните, не реагирует на магнитные волны и функционирует только при передвижении объекта.
4. Электронная модель считается сверхсовременным компасом. Устройство функционирует и выявляет точные координаты объекта через спутники планеты. Данный компас оснащен модифицированным программным обеспечением.
Несмотря на создание современных спутниковых навигаторов, компас не теряет своей популярности и является незаменимым прибором не только для мореплавателей, но и для путешественников.
2, 3, 5, 8 класс
Компас
Интересные темы
История изобретения компаса – Вечные темы
Реферат по предмету Физика, восьмой класс
Компас — устройство, облегчающее ориентирование на местности.
Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас. Слово «компас», по-видимому, происходит от старинного английского слова compass, означавшего в XIII—XIV вв. «круг».
Рассмотрим устройство магнитного компаса на примере широко распространенного в настоящее время компаса Адрианова (магнитный компас с фосфоресцирующей подсветкой, сконструированный российским топографом В.Н.Адриановым в 1907 году). Компас Адрианова состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка. Северный конец стрелки устанавливается (не точно) в направлении на Северный магнитный полюс, а южный — на Южный магнитный полюс. В нерабочем состоянии стрелка закрепляется тормозом (арретиром). Внутри корпуса компаса помещена круговая шкала (лимб), разделенная на 120 делений. Цена одного деления составляет 3°, или 50 малых делений угломера. Шкала имеет двойную оцифровку. Внутренняя оцифровка нанесена по ходу часовой стрелки от 0 до 360° через 15° (5 делений шкалы).
Внешняя оцифровка шкалы нанесена против хода часовой стрелки через 5 больших делений угломера (10 делений шкалы). Для визирования на местные предметы (ориентиры) и снятия отсчетов по шкале компаса на вращающемся кольце компаса закреплено визирное приспособление (мушка и целик) и указатель отсчетов.
Предположительно, компас был изобретён в Китае при династии Сун и использовался для указания направления движения по пустыням. В Европе изобретение компаса относят к XII—XIII вв., однако устройство его оставалось очень простым — магнитная стрелка, укрепленная на пробке и опущенная в сосуд с водой. В воде пробка со стрелкой ориентировалась нужным образом. В начале XIV в. итальянец Флавио Джойя значительно усовершенствовал компас. Магнитную стрелку он надел на вертикальную шпильку, а к стрелке прикрепил лёгкий круг — картушку, разбитую по окружности на 16 румбов. В XVI в. ввели деление картушки на 32 румба, и коробку со стрелкой стали помещать в кардановом подвесе, чтобы устранить влияние качки корабля на компас.
В XVII в. компас снабдили пеленгатором — вращающейся диаметральной линейкой с визирами на концах, укрепленной своим центром на крышке коробки над стрелкой.
Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов (простейший гироскоп – быстро вращающееся вокруг своей оси симметрии тело; ось гироскопа стремится сохранять первоначально заданное ей положение в пространстве). Гирокомпас используется почти повсеместно в системах навигации и управления крупных морских судов; в отличие от магнитного компаса, его показания связаны с направлением на истинный географический (а не магнитный) Северный полюс. Обычно гирокомпас применяется как опорное навигационное устройство в судовых рулевых системах с ручным или автоматическим управлением, а также при решении различных задач иного рода, например, для определения точного направления при наводке орудия боевого корабля. Морской гирокомпас, как правило, очень тяжел; в некоторых конструкциях вес гироскопического ротора превышает 25 кг.
Для нормальной работы гирокомпаса необходимо устойчивое основание, не испытывающее ускорений и фиксированное относительно земной поверхности, причем скорость его перемещения должна быть пренебрежимо мала по сравнению со скоростью суточного вращения Земли на данной широте. Прототип современного гирокомпаса первым создал Герман Аншютц-Кэмпфе (запатентован в 1908 г.), вскоре подобный при-бор построил Э. Сперри (запатентован в 1911 г.). В последующие годы разрабатывалось множество гирокомпасов различных модификаций, но наиболее удачные из них принципиально почти не отличались от устройств Аншютца и Сперри. Приборы современной конструкции значительно усовершенствованы по сравнению с первыми моделями; они отличаются высокой точностью и надежностью и удобнее в эксплуатации.
Электронный компас построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы, использующие в качестве датчика блок магниторезисторов или элементов Холла. Последние представляют собой микроэлектромеханические системы, способные определять своё относительное положение в магнитном поле Земли, в отличие от использующих спутниковый сигнал устройств, которые компасами в классическом смысле не являются, так как представляют собой лишь приборы с индикацией путевого угла в виде компаса.
Вас также может заинтересовать
(Всего визитов: 39, из них 1 сегодня)
История магнитного компаса — Изобретение магнитного компаса
Магнитный компас был изобретен в Китае между II веком до нашей эры и I веком нашей эры, во времена правления династии Хань. Сначала он использовался как инструмент для геомантии — в фэн-шуй, а уже потом как инструмент для навигации и ориентирования. Первые компасы были сделаны из магнетита, природного камня. намагниченная руда железа. Магнитный компас — довольно простой инструмент, который имеет магнитную стрелку или намагниченный стержень, который может свободно вращаться на оси и выравниваются с магнитным полем Земли и указывают направление магнитного севера магнитосферы планеты. Отсюда, стороны света севера, юг, восток и запад определить очень легко.
До изобретения магнитного компаса люди ничего не знали о магнитных свойствах магнетита и магнитного камня, но считали их диковинкой природы.
Плиний Старший (23-70 гг. н.э.) писал, что пастух Магнес сообщил, что гвозди его обуви и железный наконечник его посоха цеплялись за скалы на горе.
Ида, которые были сделаны из магнетита. Фалес Милетский считал, что у магнетита есть душа, которая притягивает камни, подобные железу. Ван Сюй , китайский писатель из 4-го века.
век, упоминает, что «магнит притягивает железо». Между 70 и 80 годами нашей эры китайцы использовали «ложку, указывающую на юг», которая, «когда ее бросают на землю,
остальные указывают на юг». В тексте Чунг Хуа Ку Чин Чу, написанном Ма Као, намагниченная игла упоминается как «таинственная игла» между 923 и 926. Игла
из этого текста имеет форму головастика, и считается, что это знаменует собой переход от компасов, выполненных в форме «ложек из магнитного камня», к «железным
иглы».
Компас впервые используется в качестве навигационного устройства во времена династии Сун и впервые упоминается в этой роли в книге, датированной
1040-44.
Он был в форме рыбы, плавал в чаше с водой и указывал на юг. На море используется компас, опять же в Китае, в 1117 году.
Используемый компас для этого был сухим компасом.
Магнитный компас появился в Европе где-то между 1187 и 1202 годами, согласно текстам De utensilibus и De naturis rerum. Плавающий компас был использовался для астрономических целей, в то время как сухой компас использовался для мореплавания. С развитием методов счисления пути он улучшил мореплавание того времени. Раньше морские путешествия компаса совершались с октября по апрель, и компас продлевал сезон плавания на весь год.
Мусульманский мир импортировал компас в 13 веке. Там она также использовалась для навигации и астрономии, как и в Европе, но также использовалась как «кибла».
(Кабба) указатель» для нахождения направления на Мекку. Сирийский астроном и хронометрист Ибн аль-Шатир усовершенствовал компас, соединив его с универсальным
солнечные часы, которые будут использоваться в качестве улучшенного индикатора киблы и для определения времени намаза.
Сегодня магнитный компас по-прежнему используется для ориентирования и навигации, но он имеет более современный вид, чем его предшественники, и изготовлен из современных материалов.
Навигационные и связанные с ними инструменты в Англии XVI века
К началу шестнадцатого века древнее искусство навигации начало быстро развиваться в ответ на запросы океанских исследователей, которым необходимо было определить свои позиции без ориентиров, определить места своих открытий и проложить маршруты между новооткрытыми земли и дома. Хотя взаимосвязь некоторых небесных тел со временем суток и земными направлениями была известна с древних времен, первые два десятилетия шестнадцатого века были отмечены строгим применением астрономии и математики в навигации. Новое учение встретило Новый Свет. Такие инструменты, как песочные часы, квадрант, компас и морская карта, были жизненно важны для эффективной навигации.  Вики Уоллес Навигация в основном основана на сферических координатах широты — углового расстояния к северу или югу от экватора — и долготы — углового расстояния к востоку или западу от общепринятого опорного местоположения, такого как Гринвичская обсерватория. Для определения долготы необходимо сравнить местное время, измеренное небесным светилом, с местным временем в опорном месте, отсчитываемым по часам. Механические часы существовали в елизаветинскую эпоху, но до конца восемнадцатого века их приходилось часто корректировать по наблюдению за солнцем, и поэтому они были почти бесполезны на борту корабля. С другой стороны, измерение широты не требует точных часов. Усовершенствованные инструменты позволили мореплавателям шестнадцатого века определять широту с достаточной точностью. Поэтому широта была чрезвычайно важна для елизаветинской навигации. Не имея возможности использовать систему широты-долготы в полной мере, мореплаватели шестнадцатого века дополнили широту системой ро-тета (расстояние-и-азимут) — мертвых (из выведенного) счисления .
Приборы для измерения широты Небесный глобус представлял собой установленную сферу, изображающую небо вместо земли. Хотя многие из них предназначались для украшения частных библиотек, некоторые использовались в качестве навигационных инструментов. Было бы трудно использовать астролябию на палубе корабля. Требовалась точность, которая могла быть затруднена на качающемся корабле. Вики Уоллес Астролябия использовалась для определения широты путем измерения угла между горизонтом и Полярной звездой, также называемой Полярной звездой, Полярной звездой или Стеллой Марис (Звездой моря). Полярная звезда была предпочтительной звездой для измерения широты, потому что она находится менее чем в одном градусе от северного небесного полюса (точка на небе прямо над географическим северным полюсом). Астролябия — инструмент довольно древний; Были найдены персидские модели, датируемые одиннадцатым веком, и Чосер написал по ним трактат в конце 1300-х годов. К елизаветинской эпохе он состоял из большого латунного кольца, снабженного алидадой или визирной линейкой. Квадрант , по форме напоминающий четверть круга, был еще одним ручным инструментом из дерева или латуни. Пользователь измерил высоту Полярной звезды, взглянув в глазок и сняв показания там, где короткая линия отвеса пересекала шкалу на внешнем краю дуги. Крестовина произошла от арабского камала десятого века . Он состоял из квадратного стержня 3,5-4 фута в длину, снабженного шкалой, с четырьмя скользящими поперечинами или поперечинами градуированной длины. Полярная звезда часто скрыта облаками, туманом или дневным светом, и она находится ниже горизонта для любого жителя Южного полушария. Темнота часто затрудняет поиск горизонта. Так мореплаватели научились использовать астролябию, квадрант и поперечный жезл с солнцем. Кусок дымчатого стекла часто использовался, чтобы пользователь не ослеплял себя. Под замком, предназначенным только для капитана и пилота, находились высоко ценимые таблицы склонений или астрономические карты , показывающие расчетные высоты солнца над экватором в полдень на каждый день года. Магнитный компас Приведенные выше инструменты давали бесценную информацию, но их использование зависело от видимости небесных тел. В результате мореплаватели полагались на магнитный компас , инструмент, разработанный, вероятно, независимо китайцами в одиннадцатом веке и европейцами в двенадцатом. День или ночь, хорошая погода или ненастная, северное или южное полушарие, компас всегда указывает более или менее на север. Сначала компасы, по-видимому, использовались в основном для измерения направления ветра, но вскоре мореплаватели обнаружили, что они гораздо полезнее, когда используются для определения курса. Типичный компас шестнадцатого века состоял из большой намагниченной стрелки, прикрепленной к нижней стороне круглой карты, на которой были нанесены несколько направлений. Компасная роза, как ее иногда называли, обычно имела тридцать два румба, отстоящих друг от друга на 11,25 градуса — север, север через восток, север через северо-восток и так далее. Христофор Колумб сказал, что компас «всегда ищет истину». Однако, в отличие от современного гироскопического компаса, магнитный компас не всегда указывает на истинный север. Магнитный полюс находится не на вершине мира, а на постоянно меняющемся расстоянии в канадской Арктике. Локальные вариации магнитного поля Земли дают разные ошибки в разных точках. Этот факт был признан в пятнадцатом веке.
Приборы для измерения времени Точное время необходимо для точного счисления. Водяные часы ( клепсидры ) и переносные солнечные часы имели очевидные недостатки на борту корабля, поэтому песочные часы или песочные часы были часами, наиболее часто используемыми в навигации. Наиболее распространенными были очки четырехчасового и получасового размеров. Дни в море делились на шесть четырехчасовых смен или вахт. Корабельный юнга заботливо ухаживал за получасовым стеклом, поворачивая его, как только просачивался песок, и кричал или бил в колокольчик так, чтобы все на борту слышали. По истечении четырех часов он перевернул четырехчасовой стакан. (Поэтому система колоколов и часов до сих пор используется на борту многих судов.) Текстура песка могла влиять на скорость его течения, как и конденсация внутри стекла, поэтому для точности использовались несколько стаканов вместе. Стекло использовалось в сочетании с бревном , куском дерева, прикрепленным к леске , завязанной узлами через равные промежутки. Моряк поднял бревно с кормы корабля и позволил тросу свободно растянуться, когда корабль отчалил. Когда матрос почувствовал, как сквозь пальцы прошел первый узел, он крикнул сигнал другому матросу, который повернул минутную рюмку. Первый матрос вслух считал количество узлов, пройденных до тех пор, пока не кончился песок. Таймер на одну минуту (одна шестидесятая часа), узлы, разнесенные на одну шестидесятую морской мили, и простая арифметика легко дают скорость корабля в морских милях в час («узлы»). Ночной состоял из двух концентрических пластин из латуни или дерева, большая из которых была разделена на двенадцать равных частей, соответствующих месяцам года, меньшая — на двадцать четыре части, соответствующие часам дня. Сопоставив прицельный механизм с Полярной звездой или определенными звездами Большой или Малой Медведицы, пользователь мог определить время ночи с достаточной точностью. Прочие инструменты Карты не только давали мореплавателю представление о том, куда он направляется, но и позволяли определять его прошлые и настоящие координаты. Картографы и мореплаватели столкнулись со многими из тех же проблем, например, с невозможностью определить точную долготу. Следовательно, большинство карт шестнадцатого века не были очень точными по современным стандартам. Что еще хуже, картографы часто копировали друг друга, использовали информацию из ненадежных источников и полагались на собственное воображение, чтобы заполнить пробелы в освещении. Траверсная доска использовалась для приблизительного определения курса корабля во время вахты. Он состоял из круглого куска дерева, на котором были нарисованы стрелки компаса. К каждой точке по радиусу равномерно располагались восемь небольших отверстий, а к центру доски на веревке прикреплялись восемь небольших колышков. Каждые полчаса один из колышков втыкался в следующее за ним отверстие для точки компаса, ближайшей к курсу, который корабль держал в течение этих получаса. Проводник и линь , использовавшиеся для определения глубины и характеристик морского дна, были древними, но очень полезными навигационными средствами. Он состоял из звучащего поводка, прикрепленного к леске с равномерно расположенными узлами или кусочками цветной ткани. Свинец был выброшен за борт и опустился на морское дно. Каждая метка была отличительной, и расстояние между последовательными метками было постоянным; так что глубину воды можно было легко измерить («по отметке») или оценить («по глубине»). Когда груз подняли на борт, свинец, благодаря жиру, набитому в небольшое углубление на его дне, поднял образец морского дна, полезный для поиска безопасной якорной стоянки. Хотя боцманская трубка и не была навигационным инструментом, она была очень ценным инструментом. |
Начиная с известного или предполагаемого положения, штурман измерял, насколько мог, курс и скорость корабля, скорости океанских течений и подветренного (по ветру) дрейфа корабля и время нахождения на каждом курсе. По этой информации он мог рассчитать пройденный им курс и пройденное расстояние. Точный расчет, основанный на обоснованных догадках, часто оказывается очень точным. Он до сих пор практикуется на кораблях и самолетах и лежит в основе современного доплеровского и инерциального навигационного оборудования. Ошибки, как правило, накапливаются при счислении пути, поэтому его точность частично зависит от продолжительности рейса и способности штурмана использовать широту и другую информацию для ограничения ошибок. Но прежде всего счисление пути зависит от надежных инструментов.
С введением Герардом Меркатором в 1569 году практичных и доступных морских карт, на которых были показаны параллели широты и меридианы долготы, дорогой и хрупкий небесный глобус постепенно вышел из употребления.
Пользователь держал астролябию за петлю наверху, поворачивал алидаду так, чтобы видеть звезду по всей ее длине, и считывал высоту по шкале, выгравированной на кольце, — трудные задачи для выполнения на палубе корабля. Последствия неточного измерения серьезны (отклонение всего на один градус широты приводит к ошибке в определении местоположения на 60 морских миль), поэтому мореплаватели часто использовали астролябию парами: одна для прицеливания вдоль алидады, другая для стабилизации прибора и измерения. чтения. Однако на берегу астролябия была проще в использовании и точнее.
Одновременно использовался только один поперечник, его выбор основывался на высоте небесного светила в небе — чем выше тело, тем длиннее поперечник. Пользователь поднес конец посоха к глазу, затем надел поперечину на дальний конец и двигал ее вперед и назад, пока ее верхний и нижний края не коснулись, соответственно, наблюдаемого тела и горизонта. Положение трансверсали на шкале переводилось по таблице в градусы широты.
(В начале своей карьеры моряки научились «управлять компасом», то есть перечислять все точки по порядку.) Стрелка вращалась на тонком латунном штифте, чтобы она могла свободно качаться. Карта компаса была подвешена на подвесах (концентрических монтажных кольцах), что позволяло карте оставаться ровной независимо от движения корабля. Механизм хранился в ящике с открытым верхом, прикрепленном к маленькому шкафу под названием 9.0026 нактоуз (позже нактоуз), который крепился к палубе перед штурвалом. Магнитный камень или кусок естественно магнитной железной руды использовался для повторного намагничивания стрелки компаса.
Полярная звезда дает хорошее приближение к истинному северу, поэтому отклонение компаса было легко измерить даже в елизаветинскую эпоху. В инструкциях для атлантического путешествия, запланированного сэром Хамфри Гилбертом в 1582 году, перечислены многие элементы навигационного оборудования, в том числе «Инструмент для изменения компаса». В его «Краткий и правдивый отчет» (1588), Томас Хэрриот, главный научный сотрудник колонии Лейн (1585-1586), упоминает «Математические инструменты», , который, несомненно, включал такое устройство. Некоторые моряки устанавливали стрелку на карточке компаса, чтобы учитывать местные отклонения компаса и заставлять карту указывать истинный север. Эта практика вызывала проблемы, особенно когда моряки пытались управлять незнакомыми судами или когда каботажные суда совершали трансокеанские рейсы. (Например, компасы с поправкой на восточное отклонение, найденные в Великобритании, давали неудовлетворительные показания в частях Северной Америки с западным отклонением.
) Использование нескольких взаимозаменяемых карт со стрелками, установленными под разными углами для разных степеней отклонения, мало помогло уменьшить путаницу.
В конце этой вахты по положению колышков определялся общий курс. Получая информацию о скорости от длинной и прямой, траверсная доска служила грубым вычислителем пути, напоминающим те, которые до сих пор используются на борту самолетов.