Магнитный компас – одно из величайших открытий в истории человечества. Именно благодаря этому прибору стали возможны Великие географические открытия.
Что представляет собой компас и для чего он нужен?
Компас – это удивительный прибор, используя который вы всегда сможете определить ваше точное местоположение относительно сторон света. Бесспорно, его изобретение – это одно из величайших достижений человечества, благодаря которому были совершенны все великие географические открытия. Изобретение этого прибора имеет для мореплавания такое же значение, как начало использования пороха в военном деле. Благодаря компасу, на новый уровень поднялась картография.
Чтобы точно прокладывать маршруты (прежде всего по морю), необходимо знать, где вы находитесь и в какую сторону направляетесь. Древние мореходы определяли свое месторасположение с помощью солнца и звезд. Но далеко не всегда они были видны. В старину корабли старались не выходить в открытое море и держаться неподалеку от берегов. По ориентирам на берегу, мореходы и определяли свое положение.
Только изобретение компаса и секстанта дало возможность совершать дальние путешествия и открывать далекие земли. Кто изобрел компас - точно неизвестно. Считается, что этот прибор был изобретен в древнем Китае. Однако потом он был неоднократно усовершенствован, и тот прибор, который существует сегодня, очень мало похож на своего далекого предка.
Принцип работы компаса заключается в том, что магнитная стрелка взаимодействует с магнитным полем Земли и располагается вдоль силовых линий планеты.
Проще говоря, магнитная стрелка всегда будет повернута вдоль магнитной линии Земли. Один ее конец будет указывать на Северный магнитный полюс нашей планеты, а второй – на Южный полюс.
Изобретение компаса
Какой же народ первым догадался использовать магнитное поле Земли для определения своего точного положения относительно сторон света? Ученые считают, что это были китайцы.
Историки предполагают, что первый компас был изобретен в Китае во время династии Хань. Именно китайцы обнаружили удивительные свойства магнитного железняка. Правда, использовали они этот минерал сначала не для навигации, а для гаданий. Их описание можно найти в старинном китайском трактате «Луньхэн».
Китайцы первыми придумали использовать намагниченное железо для определения сторон света. Даже называется имя ученого - Шень Гуа, который жил при династии Сун. Сначала из магнитного железа отливались специальные формы, которые потом помещали в сосуд с водой. В 1119 году Чжу Юй предложил использовать компас с иглой. Об этом сообщается в китайском трактате «Застольные разговоры в Нинчжоу».
Есть описание еще одного древнего китайского компаса, выполненного в виде ложки с тонким черенком. Ложку изготавливали из магнитного материала. Ее устанавливали на полированную поверхность, так чтобы черенок ложки не касался поверхности. Именно он и показывал стороны света. Полированная поверхность часто была украшена знаками Зодиака или обозначениями стран мира.
Этот прибор причисляют к четырем великим китайским изобретениям: пороха, бумаги, книгопечатания и компаса. Но, как вы понимаете, информация о той далекой эпохе довольно туманна и неопределенна, поэтому многие ученые сомневаются в этом.
Компас в Европе и на Востоке
Считается, что древние китайцы использовали компас для путешествия по пустыням. Также им были оснащены китайские корабли.
В XII веке подобный прибор появился у арабов. Остается не совсем понятным: сами они изобрели его или позаимствовали у китайцев. В Европе компас появился в XII или XIII веке. Некоторые ученые считают, что европейцы позаимствовали его устройство у арабов, другие доказывают, что они додумались до этого изобретения самостоятельно. Первыми использовать компас стали итальянские моряки.
Упоминания об этом приборе можно встретить у Кипчаки в 1282 году и у ал-Макризи. Оба они описывают использование компаса на море. От итальянцев его переняли испанцы и португальцы, а затем англичане и французы. Именно использование данного прибора позволило европейцам открывать новые континенты, пересекать океаны и совершить первое кругосветное путешествие.
Как выглядели первые приборы?
В то время компас сильно отличался от того прибора, который мы привыкли видеть сегодня. Сначала он представлял собой емкость с водой, в которой плавал кусочек дерева или пробки, в него была вставлена магнитная стрелка. Чтобы защитить сосуд от ветра и воды, его стали накрывать стеклом.
Такой прибор был не очень точен. Магнитная стрелка напоминала толстую иголку. Стоит добавить, что первые приборы стоили весьма дорого, и приобрести их имели возможность только очень состоятельные люди. Затем произошло усовершенствование этого прибора.
В XIV веке итальянский ученый Флавио Джойя предложил посадить магнитную стрелку на вертикальную ось, а к стрелке прикрепить катушку, разбив ее на 16 румбов. Это нововведение очень понравилось морякам. Через столетие катушку разбили уже на 32 румба, и она стала еще более удобной. Сам же компас стали помещать в специальный подвес, чтобы уменьшить на него влияние морской качки.
В XVII столетии появился пеленгатор – специальная линейка с визирами, которая была закреплена на крышке. Прибор стал еще более удобным.
Современные приборы
В наши дни, несмотря на появление спутниковой навигации, гирокомпаса, обычный магнитный компас продолжает верой и правдой служить людям. Конечно, современные приборы мало напоминают своих средневековых предшественников. Они сделаны с использованием новейших технологий и материалов.
Сегодня обычным магнитным компасом чаще всего пользуются туристы, геологи, альпинисты, путешественники и просто любители экскурсий и походов. Корабли и самолеты уже давно используют другие, более совершенные приборы. Электромагнитный компас, который исключает помехи от металлического корпуса судна, гирокомпас, точно указывающий на географический полюс или приборы спутниковой навигации.
Но из всех приборов, которые указывают направление и стороны света, обычный компас является самым простым и неприхотливым. Для него не нужно электричество, он прост, удобен и надежен. И всегда укажет вам нужное направление в надежную гавань.
Моё знакомство с этим нехитрым и загадочным прибором состоялось в далёком прекрасном детстве, когда мы всей семьёй пошли за грибами. Мне был выдан простенький ученический компас и произведён инструктаж по ориентированию на местности . Успешно заблудившись, я вытащил навигационное устройство, освободил заветную стрелочку – и пошёл в указанном ею направлении. Дело, к счастью, закончилось благополучно – меня нашли. Давайте же вместе разберёмся, что же такое этот компас, а также, с его помощью, совершим небольшое путешествие в прошлое.
Что такое компас?
Это специальное устройство, обладающее способностью указывать направление на магнитные полюса Земли независимо от своего местоположения. Моряки, чтобы подчеркнуть своё отличие от сухопутных обывателей, щеголяют произношением «компАс».
Конструктивно компасы бывают:
- магнитные . Самый распространённый и лёгкий в изготовлении компас. Его действие основано на одном из свойств магнита – стрелка устройства всегда располагается параллельно линиям магнитного поля планеты (помните школьные опыты с железными стружками?);
- электромагнитные . Эти компасы работают подобно электрогенераторам и, в отличие от вышеназванных, не подвержены влиянию других магнитов . Впервые такое устройство было успешно опробовано в 1927 году Чарльзом Линдбергом в его знаменитом перелёте через Атлантический океан;
- гирокомпасы . Основанные на принципе гироскопа , такие устройства широко используются в морской навигации. Обладают важной особенностью указывать не на магнитный, а географический полюс .
Изобретение компаса
Есть несколько теорий относительно появления компаса (например, последователи самофракийских мистерий ещё в III веке до н.э. знали о свойствах магнита и использовали его в своих ритуалах, а раскопки становищ кочевых народов Средиземноморья свидетельствуют об их знакомстве с «волшебной стрелкой»), но, тем не менее, пальму первенства в данном вопросе удерживает . Первый магнитный компас увидел свет во времена правления династии Сун (960-1279 гг. н.э.) . Несмотря на подробное описание его устройства учёным Шэнь Ко, настоящий изобретатель гениального устройства, увы, неизвестен.
Реферат на тему:
«Компас, история его открытия»
Выполнила:
Ученица 8 «В» класса
МОУ «СОШ» №90
Брусова Анна.
Проверила:
Валентина Васильевна Пчелинцева
Златоуст 2010 год
КОМПАС, прибор для определения горизонтальных направлений на местности. Применяется для определения направления, в котором движется морское, воздушное судно, наземное транспортное средство; направления, в котором идет пешеход; направления на некоторый объект или ориентир. Компасы подразделяются на два основных класса: магнитные компасы типа стрелочных, которыми пользуются топографы и туристы, и немагнитные, такие, как гирокомпас и радиокомпас.
ИСПАНСКИЙ МОРСКОЙ КОМПАС, 1853
Картушка компаса. Для определения направлений в компасе имеется картушка (рис. 1) – круговая шкала с 360 делениями (соответствующими одному угловому градусу каждое), размеченными так, что отсчет ведется от нуля по часовой стрелке. Направлению на север (норд, N, или С) обычно соответствует 0, на восток (ост, O, E, или В) – 90, на юг (зюйд, S, или Ю) – 180, на запад (вест, W, или З) – 270. Это главные компасные румбы (страны света). Между ними расположены «четвертные» румбы: норд-ост, или С-В (45), зюйд-ост, или Ю-В (135), зюйд-вест, или Ю-З (225) и норд-вест, или С-З (315). Между главными и четвертными расположены 16 «основных» румбов, таких, как норд-норд-ост и норд-норд-вест (некогда было еще 16 румбов, таких, как «норд-тень-вест», называвшихся просто румбами).
МАГНИТНЫЙ КОМПАС
Принцип действия. В приборе, указывающем направление, должно быть некое опорное направление, от которого отсчитывались бы все другие. В магнитном компасе таким направлением служит линия, соединяющая Северный и Южный полюса Земли. В этом направлении сам собой устанавливается магнитный стержень, если его подвесить так, чтобы он мог свободно поворачиваться в горизонтальной плоскости. Дело в том, что в магнитном поле Земли на магнитный стержень действует вращающая пара сил, устанавливающая его в направлении магнитного поля. В магнитном компасе роль такого стержня играет намагниченная стрелка, которая при измерении сама устанавливается параллельно магнитному полю Земли.
Стрелочный компас. Это самый распространенный вид магнитного компаса. Он часто применяется в карманном варианте. В стрелочном компасе (рис. 2) имеется тонкая магнитная стрелка, установленная свободно в своей средней точке на вертикальной оси, что позволяет ей поворачиваться в горизонтальной плоскости. Северный конец стрелки помечен, и соосно с ней закреплена картушка. При измерении компас необходимо держать в руке или установить на штативе так, чтобы плоскость вращения стрелки была строго горизонтальна. Тогда северный конец стрелки будет указывать на северный магнитный полюс Земли. Компас, приспособленный для топографов, представляет собой пеленгаторный прибор, т.е. прибор для измерения азимута. Он обычно снабжен зрительной трубой, которую поворачивают до совмещения с нужным объектом, чтобы затем считать по картушке азимут объекта.
Жидкостный компас. Жидкостный компас, или компас с плавающей картушкой, – это самый точный и стабильный из всех магнитных компасов. Он часто применяется на морских судах и потому называется судовым. Конструкции такого компаса разнообразны; в типичном варианте он представляет собой наполненный жидкостью «котелок» (рис. 3), в котором на вертикальной оси закреплена алюминиевая картушка. По разные стороны от оси к картушке снизу прикреплены пара или две пары магнитов. В центре картушки имеется полый полусферический выступ – поплавок, ослабляющий нажим на опору оси (когда котелок наполнен компасной жидкостью). Ось картушки, пропущенная через центр поплавка, опирается на каменный подпятник, изготовляемый обычно из синтетического сапфира. Подпятник закреплен на неподвижном диске с «курсовой чертой». В нижней части котелка имеются два отверстия, через которые жидкость может переливаться в расширительную камеру, компенсируя изменения давления и температуры.
Рис. 3. ЖИДКОСТНЫЙ (СУДОВОЙ) КОМПАС, самый точный и стабильный из всех видов магнитного компаса. 1 – отверстия для перелива компасной жидкости при ее расширении; 2 – заливочная пробка; 3 – каменный подпятник; 4 – внутреннее кольцо универсального шарнира; 5 – картушка; 6 – стеклянный колпак; 7 – маркер курсовой черты; 8 – ось картушки; 9 – поплавок; 10 – диск курсовой черты; 11 – магнит; 12 – котелок; 13 – расширительная камера.
Картушка плавает на поверхности компасной жидкости. Жидкость, кроме того, успокаивает колебания картушки, вызываемые качкой. Вода не годится для судового компаса, так как она замерзает. Используется смесь 45% этилового спирта с 55% дистиллированной воды, смесь глицерина с дистиллированной водой либо высокочистый нефтяной дистиллят.
Котелок компаса отлит из бронзы и снабжен стеклянным колпаком с уплотнением, исключающим возможность протечки. В верхней части котелка закреплено азимутное, или пеленгаторное, кольцо. Оно позволяет определять направление на различные объекты относительно курса судна. Котелок компаса закреплен в своем подвесе на внутреннем кольце универсального (карданного) шарнира, в котором он может свободно поворачиваться, сохраняя горизонтальное положение, в условиях качки.
Котелок компаса закрепляется так, что его специальная стрелка или метка, называемая курсовой, либо черная линия, называемая курсовой чертой, указывает на нос судна. При изменении курса судна картушка компаса удерживается на месте магнитами, неизменно сохраняющими свое направление север – юг. По смещению курсовой метки или черты относительно картушки можно контролировать изменения курса.
ЖИДКОСТНЫЙ КОМПАС
ПОПРАВКА КОМПАСА
Поправкой компаса называется отклонение его показаний от истинного норда (севера). Ее причины – девиация магнитной стрелки и магнитное склонение.
Девиация. Компас показывает на т.н. компасный, а не на магнитный норд (северный магнитный полюс), и соответствующая угловая разность направлений называется девиацией. Она обусловлена наличием местных магнитных полей, налагающихся на магнитное поле Земли. Местное магнитное поле могут создавать корпус судна, груз, крупные массы железных руд, расположенные неподалеку от компаса, и другие объекты. Правильное направление получают, учитывая в показаниях компаса поправку на девиацию.
Судовой магнетизм. Местные магнитные поля, создаваемые корпусом судна и охватываемые понятием судового магнетизма, делятся на переменные и постоянные. Переменный судовой магнетизм наводится в стальном корпусе судна магнитным полем Земли. Напряженность переменного судового магнетизма изменяется в зависимости от курса судна и от географической широты. Постоянный судовой магнетизм наводится в процессе постройки судна, когда под влиянием вибрации, вызываемой, например, операциями клепки, стальная обшивка становится постоянным магнитом. Напряженность и полярность (направление) постоянного судового магнетизма зависят от местоположения (широты) и ориентации корпуса судна в период его сборки. Постоянный магнетизм частично теряется после спуска судна на воду и после того, как оно побывает в бурном море. Кроме того, он несколько изменяется в процессе «старения» корпуса, но его изменения существенно уменьшаются после эксплуатации судна в течение года.
Судовой магнетизм можно разложить на три взаимно перпендикулярные компоненты: продольную (относительно судна), поперечную горизонтальную и поперечную вертикальную. Отклонения магнитной стрелки, обусловленные судовым магнетизмом, корректируют, помещая возле компаса постоянные магниты, параллельные этим компонентам.
Нактоуз. Судовой компас обычно устанавливается в универсальном шарнире на специальной подставке, называемой нактоузом (рис. 4). Нактоуз жестко и надежно прикрепляется к палубе судна, обычно на средней линии последнего. На нактоузе устанавливаются также магниты, компенсирующие влияние судового магнетизма, и закрепляется защитный колпак для компаса с внутренним осветителем картушки. Ранее нактоуз выполнялся в виде резной фигуры из дерева, но на современных судах это просто цилиндрический стенд.
Рис. 4. НАКТОУЗ, подставка для судового компаса. Четвертные сферы и курсовой магнит компенсируют влияние судового магнетизма. 1 – курсовой магнит; 2 – маркер курсовой черты; 3 – защитный колпак; 4 – четвертная сфера; 5 – котелок компаса; 6 – магниты.
Магнитное склонение. Магнитное склонение – это угловая разница между магнитным и истинным нордом, обусловленная тем, что магнитный северный полюс Земли смещен на 2100 км относительно истинного, географического.
Карта склонений. Магнитное склонение изменяется по времени и от точки к точке на земной поверхности. В результате измерений магнитного поля Земли получены карты склонения, которые дают величину магнитного склонения и скорость его изменения в разных районах. Контуры нулевого магнитного склонения на таких картах, исходящие из северного магнитного полюса, называются агоническими линиями или агонами, а контуры равного магнитного склонения – изогоническими или изогонами.
Учет поправки компаса. В настоящее время находит применение целый ряд разных способов учета поправки компаса. Все они одинаково хороши, а потому достаточно привести для примера лишь один, принятый в ВМС США. Девиации и магнитные склонения к востоку считаются положительными, а к западу – отрицательными. Вычисления производят по следующим формулам.
Самое древнее устройство, облегчающее ориентирование на местности – это компас. Его стрелки указывают на магнитные полюса Земли. Каждый школьник знаком с этим нехитрым прибором. Удивительно, но он был изобретен задолго до нашей эры.
История компаса
Предположительно, история компаса начинается с III века до Рождества Христова. Древние китайцы первыми догадались об удивительном свойстве магнетита показывать полюса Земли.
Для передвижения по пустыне они изобрели прибор, мало похожий на современный компас, но принцип действия его был таким же. Древний компас напоминал ложку, лежащую на отполированной пластине. Черенок этой ложки из магнетита свободно вращался, и, останавливаясь, указывал на юг.
Намного позже, в XI веке нашей эры китайцы придумали компас с плавающей стрелкой в виде рыбы. Арабам очень понравился этот прибор, и они стали применять его для нахождения верного направления в далеких морских путешествиях.
В XIII в. похожим устройством стали пользоваться и европейцы. А в XIV в. компас приобрел вид, схожий с современным. Магнитную стрелку закрепляли шпилькой на дне сосуда или на бумажном основании.
Итальянец Флавио Джойо усовершенствовал прибор, снабдив его круглой картушкой с 16-ю ромбами (по 4 на каждую сторону света). Еще позже круг разделили на 32 части. К XVIII в. компас уже представлял собой сложное устройство, которое показывало не только направление движения, но и время.
А что сейчас
Сейчас существует множество разновидностей компаса:
- электромагнитный,
- электронный,
- гирокомпас.
Они более совершенные и используются на кораблях и самолетах. Однако, старый добрый магнитный компас продолжает жить, являясь самым удобным и надежным прибором для геологов, альпинистов и простых любителей путешествий.
Компас, как и бумагу, еще в глубокой древности изобрели китайцы. В III веке до Р.Х. китайский философ Хэнь Фэй-цзы так описывал устройство современного ему компаса: он имел вид разливательной ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Этой выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или деревянной пластине, так что черенок не касался пластины, а свободно висел над ней, и при этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания. На пластине были нанесены обозначения стран света в виде циклических зодиакальных знаков. Подтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. Успокоившись, компас указывал черенком (который играл роль магнитной стрелки) точно на юг. Таким был самый древний прибор для определения сторон света. В XI веке в Китае впервые появилась плавающая стрелка компаса, изготовленная из искусственного магнита. Обычно она делалась в форме рыбки. Эту рыбку опускали в сосуд с водой. Здесь она свободно плавала, указывая своей головой в ту сторону, где находился юг. Несколько разновидностей компаса придумал в том же XI веке китайский ученый Шэнь Гуа, который много работал над исследованием свойств магнитной стрелки. Он предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем прикрепить ее с помощью воска в центре корпуса к свободно висящей шелковой нити. Этот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при своем повороте. Другая конструкция компаса, предложенная Шэнь Гуа, была еще ближе к современной: намагниченная иголка здесь насаживалась на шпильку. Во время своих опытов Шэнь Гуа установил, что стрелка компаса показывает не точно на юг, а с некоторым отклонением, и правильно объяснил причину этого явления тем, что магнитный и географический меридианы не совпадают между собой, а образуют угол. Ученые, которые жили после Шэнь Гуа, уже умели вычислять этот угол (его называют магнитным склонением) для различных районов Китая. В XI веке многие китайские корабли были оснащены плавающими компасами. Они устанавливались обычно на носу и на корме кораблей, так что капитаны в любую погоду могли держать правильный курс, сообразуясь с их указаниями. В таком виде китайский компас в XII веке заимствовали арабы. В начале XIII века «плавающая игла» стала известна европейцам. Первыми ее переняли у арабов итальянские моряки. От них компас перешел к испанцам, португальцам и французам, а позднее - к немцам и англичанам. Поначалу компас состоял из намагниченной иголки и кусочка дерева (пробки), плававшего в сосуде с водой. Вскоре догадались закрывать этот сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра. В середине XIV века придумали помещать магнитную стрелку на острие в середине бумажного круга (картушки). Затем итальянец Флавио Джойя усовершенствовал компас, снабдив его картушкой, разделенной на 16 частей (румбов) по четыре на каждую часть света. Это нехитрое приспособление стало большим шагом в усовершенствовании компаса. Позже круг был разделен на 32 равных сектора. В XVI веке для уменьшения воздействия качки стрелку стали крепить на кардановый подвес, а век спустя компас снабдили вращающейся линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направления. Компас произвел такой же переворот в мореплавании, какой порох - в военном деле, а переделочный процесс - в металлургии. Он был первым навигационным прибором, позволившим прокладывать курс в открытом море. Вооружившись компасом, испанские и португальские моряки в конце XV века отважились на далекие плавания. Они оставили морские берега (к которым мореплавание было привязано на протяжении нескольких тысячелетий) и пустились в плавание через океан.