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.
Ко́мпас (в профессиональной речи моряков: компа́с) — устройство, облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас
Добавлено (12.01.2012, 13:59) --------------------------------------------- История создания Модель китайского компаса периода династии Хань Дорожный компас и солнечные часы, XVIII векПредположительно, компас был изобретён в Китае при династии Сун и использовался для указания направления движения по пустыням (подробнее см. четыре великих изобретения). 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.
Слово «компас», по-видимому, происходит от старинного английского слова compass, означавшего в XIII—XIV вв. «круг».
Рассмотрим для примера компас Адрианова. Компас Адрианова состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка 3. В разарретированном состоянии стрелки ее северный конец устанавливается (не точно) в направлении на Северный магнитный полюс, а южный — на Южный магнитный полюс. В нерабочем состоянии стрелка закрепляется тормозом (арретиром) 6. Внутри корпуса компаса помещена круговая шкала (лимб) 2, разделенная на 120 делений. Цена одного деления составляет 3°, или 50 малых делений угломера (0-50). 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) 4 и указатель отсчетов 5.
[править] Принцип действияПринцип действия основан на взаимодействии поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, стрелка всегда параллельна направлению линии магнитного поля.
[править] Электромагнитный компасЭлектромагнитный компас является «развёрнутым» электрогенератором, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а одна или несколько рамок с обмотками — ротора. Соотношение напряжений, наводимых в обмотках при движении в магнитном поле, показывает курс, либо одна обмотка устанавливается под заранее заданным углом к продольной оси самолёта или корабля, и для поддержания курса пилоту или рулевому следует рулём направления удерживать стрелку на нуле.
Преимущество электромагнитного компаса перед обычным магнитным — в отсутствии девиации от ферромагнитных деталей транспортного средства, так как они неподвижны относительно обмоток и не наводят в них токов.
Для работы простого варианта электромагнитного компаса с индикатором в виде гальванометра требуется быстрое движение, поэтому первое применение электромагнитный компас нашёл в авиации. Был использован Чарльзом Линдбергом при перелёте через Атлантику в 1927 году. См. Earth Inductor Compass
[править] ГирокомпасОсновная статья: Гирокомпас Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов. 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.
[править] История созданияПрототип современного гирокомпаса первым создал Герман Аншютц-Кэмпфе (запатентован в 1908), вскоре подобный прибор построил Э. Сперри (запатентован в 1911). 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.
[править] УстройствоПростейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.
[править] Принцип действияПредположим, что гирокомпас находится на экваторе, а ось вращения его гироскопа совпадает с направлением запад — восток; она сохраняет свою ориентацию в пространстве в отсутствие воздействия внешних сил. Но Земля вращается, совершая один оборот в сутки. Так как наблюдатель, находящийся рядом, вращается вместе с планетой, он видит, как восточный конец (E) оси гироскопа поднимается, а западный (W) опускается; при этом центр тяжести шара смещается к востоку и вверх (позиция б). Однако сила земного притяжения препятствует такому смещению центра тяжести, и в результате ее воздействия ось гироскопа поворачивается так, чтобы совпасть с осью суточного вращения Земли, то есть с направлением север — юг (это вращательное движение оси гироскопа под действием внешней силы называется прецессией). Когда ось гироскопа совпадет с направлением север — юг (N — S, позиция в), центр тяжести окажется в нижнем положении на вертикали и причина прецессии исчезнет. Поставив метку «Север» (N) на то место шара, в которое упирается соответствующий конец оси гироскопа, и, соотнеся ей шкалу с нужными делениями, получают надежный компас. В реальном гирокомпасе предусмотрены компенсация девиации компаса и поправка на широту места. Действие гирокомпаса зависит от вращения Земли и особенностей взаимодействия ротора гироскопа с его подвесом.
[править] Электронный компас Электронный компас в системе навигации NAVSTARЗдесь рассматривается компас, построенный на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы (так называемые цифровые), 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 из себя лишь приборы с индикацией путевого угла в виде компаса.
[править] История созданияИстория создания электронного компаса тесно связана с системами спутниковой навигации.
[править] Устройство[править] Принцип действияПринцип действия такого компаса весьма прост:
1.На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта) 2.Засекается момент времени, в который было сделано определение координат. 3.Выжидается некоторый интервал времени. 4.Повторно определяется местоположение объекта. 5.На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения и из него: направление движения скорость движения 6.Осуществляется переход к шагу 2. Ограничения:
Естественно, если объект не перемещается, направление движения узнать не получится. Исключение составляют достаточно большие объекты (например, самолёты), где есть возможность установить 2 приёмника (например, на концах крыльев). При этом координаты двух точек можно получить сразу, даже если объект неподвижен, и перейти к пункту 5. Ещё одно ограничение обусловлено точностью определения координат спутниковыми системами позиционирования и влияет, главным образом, на тихоходные объекты (пешеходов).
Старый корабельный компас.[править] Ориентирование на местностиОпределение направлений на стороны горизонта по компасу выполняется следующим образом. Мушку визирного устройства ставят на нулевое деление шкалы, а компас — в горизонтальное положение. Затем отпускают тормоз магнитной стрелки и поворачивают компас так, чтобы северный ее конец совпал с нулевым отсчетом. После этого, не меняя положения компаса, визированием через целик и мушку замечают удаленный ориентир, который и используется для указания направления на север. Направления на стороны горизонта взаимосвязаны между собой, и, если известно хотя бы одно из них, можно определить остальные. В противоположном направлении по отношению к северу будет юг, справа — восток, а слева — запад.
Добавлено (12.01.2012, 13:59) --------------------------------------------- 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.
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.
Добавлено (12.01.2012, 13:59) --------------------------------------------- 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.
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.
Добавлено (12.01.2012, 13:59) --------------------------------------------- ПОПРАВКА КОМПАСА Поправкой компаса называется отклонение его показаний от истинного норда (севера). Ее причины – девиация магнитной стрелки и магнитное склонение.
Добавлено (12.01.2012, 14:00) --------------------------------------------- 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.
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:
Магн. напр. = Комп. напр. + Девиация,
Комп. напр. = Магн. напр. + Склонение.
Добавлено (12.01.2012, 14:00) --------------------------------------------- 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. 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).
Рис. 1. КАРТУШКА КОМПАСА. Равномерно разделена на 32 компасных румба.
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.
Рис. 2. СТРЕЛОЧНЫЙ КОМПАС с арретиром для стрелки. При нажатии арретира освобожденная стрелка сама устанавливается параллельно магнитному полю Земли. 1 - намагниченная стрелка; 2 - стеклянная или пластиковая крышка с разметкой компасных направлений; 3 - каменный (часовой) подпятник; 4 - арретир для закрепления стрелки в нерабочем положении; 5 - ось.
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.
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. 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. 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: Магн. напр. = Комп. напр. + Девиация, Комп. напр. = Магн. напр. + Склонение. ЛИТЕРАТУРА Кожухов В.П. и др. Магнитные компасы. М., 1981 Нечаев П.А., Григорьев В.В. Магнитно-компасное дело. М., 1983 Дегтерев Н.Д. Стрелочные магнитные компасы. Л., 1984
Добавлено (12.01.2012, 14:00) --------------------------------------------- Толковый словарь русского языка Д.Н.Ушакова: КОМПАС (компас устар. ), компаса, м. (ит. compasso) (физ. ). Физический прибор для распознавания стран света, состоящий из намагниченной стрелки, всегда показывающей на север.
Новый словарь русского языка под редакцией Т.Ф.Ефремовой: Компас м. 1) Прибор для ориентирования относительно сторон горизонта, указывающий направление географического или магнитного меридиана. 2) перен. разг. Тот, кто определяет направление чьей-л. жизни, деятельности и т. п.
Толковый словарь живого великорусского языка В.И.Даля: КОМПАС м. немецк. , беломорское, матка, магнитная стрелка на шпильке, с бумажною картушкою, на коей означены страны света или 32 ветра, румба (арх. стрика). Горный компас служит для определения направления рудных жил. Компасный, к компасу относящ. Во флоте нашем приняты голландские названия румбов или стриков, но у беломорцев есть свои, прилагаемые здесь с общим руским переводом. Буквы N, S, О, V, означают, по морск. : норд, зюд, ост, вест (север, юг, восток, запад).
Сообщение отредактировал Black_Barty - Четверг, 12.01.2012, 16:44
Роль магнитного компаса в развитии мореплавания переоценить трудно. Это удивительный прибор. История его уходит в глубокую древность, настоящее весьма впечатляюще — без него не обходится ни одно судно, уходящее в море, а будущее видится в дальнейшем его совершенствовании и расширении границ применения.
Компас не только помог мореплавателям, но и дал толчок развитию учения о магнитном поле Земли, способствовал открытию взаимосвязи магнитного и электрического полей, с него начались многие отрасли науки. Другими словами, магнитный компас не только “открыл земной шар”, он открыл человечеству физический мир.
Свой вклад в изучение и совершенствование магнитного компаса вносили самые передовые ученые своего времени. Теорией компаса и методами его использования занимались В. Гильберт и Г. Куломб, А. Гумбольдт и К. Гаусс, А. Эйлер и М. Ломоносов, X. Эрстед и А. Крылов и многие другие.
Честь изобретения компаса оспаривают китайцы и индийцы, арабы и итальянцы, французы и англичане. Много исследований посвящено истории этого прибора, но в результатах и выводах их нет единообразия. Встречающиеся противоречия и неточности во многом можно объяснить тем, что документы и свидетельства далекого прошлого не дошли до нас и многие выводы сделаны лишь на предположениях, а отчасти и тем, что исследователями были историки, археологи, геологи, физики, писатели и, к сожалению, значительно реже моряки, что не могло не отложить свой отпечаток на взгляды и оценку открытий.
Существуют различные версии об истоках изобретения компаса. Наиболее распространенная из них — компас изобретен в Китае в 3000—2500 гг. до н. э. и оттуда он попал в Европу.
Цы-ши (камень материнской любви) — так называли в древнем Китае куски бурой руды, обладающей свойством притягивать к себе и удерживать легкие куски железа.
Китайцы обратили внимание на то, что такой камень обладает и другим удивительным свойством: если придать ему вытянутую форму и подвесить на нити, он устанавливается одним концом в направлении на север (к Полярной звезде), а другим — на юг. Отклоненный от этого равновесного положения, он после нескольких колебаний снова устанавливается в первоначальное положение. Это свойство камня цы-ши указывать направление навело на мысль путешественников через бескрайние пустыни Гоби использовать его для ориентации, когда не видно ни Солнца, ни звезд. Вот как об этом записано в древней китайской летописи:
“...Идут караваны по бескрайним пескам пустыни Гоби. Солнце скрыто желтой пеленой пыли. Далеко от берегов Янцзы до кушанских царств, и нет к ним видимых хоженых троп. Трудно, ох как трудно пришлось бы караванщикам, если бы они не захватили с собой белый глиняный горшок, который они берегут пуще всех своих дорогих грузов, хотя нет в нем ни золота, ни жемчуга, ни слоновой кости. В сосуде на деревянном поплавке лежит коричневый камень, любящий железо. Он, поворачиваясь, все время указывает путникам сторону юга, а это, когда закрыто Солнце или не видно звезд, спасает их от многих бед, выводя к колодцам и направляя по верному пути”.
Если верить древним летописям, то именно этот глиняный горшок с цы-ши и следует, по-видимому, считать первым прообразом компаса.
Однако в научно-популярной и нередко в специальной литературе за первый компас принимают изобретение чи-нана — указателя юга. Из одной книги в другую путешествует версия о том, что в древнем Китае были известны конные двухколесные повозки чжинаньчэ с установленными на них фигурками человека с вытянутой вперед рукой. Фигурка из нефрита высотой около 40 сантиметров, украшенная изящными узорами, устанавливалась на передней части колесницы и благодаря якобы встроенному в нее магниту всегда обращалась лицом к югу. Такие колесницы с “указателем юга”, согласно книге “Ку-кэнгжу” (“Объяснение старых и новых фактов”) некоего Цзуй Бао, помогли императору Хуангти в 2364 г. до н. э. в густом тумане и облаках пыли одержать победу над своим противником ЧЖИСу.
В возможность управления фигурой магнитом верили многие, в том числе и такой авторитет, как знаменитый кораблестроитель академик А. Н. Крылов. Именно на указания этого факта А. Н. Крыловым чаще всего ссылается большинство авторов работ, посвященных истории магнитного компаса. Однако исследования последних десятилетий показали, что “Путеводная повозка” древних китайцев никакого отношения к магнитному компасу не имеет.
По древнекитайским документам удалось установить, что механизм действия фигурки основан на системе зубчатых передач, с помощью которых фигурка связывалась с колесами повозки. Перед отправлением в путь фигурку выставляли так, чтобы вытянутая рука указывала на юг. При поворотах фигурка сохраняла свое положение, и по отклонению колес определяли изменение направления движения.
Для установки первоначального положения использовались Солнце, звезды и другие ориентиры. Правда, известный русский географ А. А. Тилло утверждает, что устанавливали первоначальное положение повозки по магнитной стрелке, которая плавала в сосуде с водой, возимом сзади повозки. Однако никаких доводов к своему утверждению он не приводит.
На судах, согласно некоторым древним китайским литературным источникам, магнит для определения стран света стал использоваться значительно позже — где-то между 400 и 300 гг. до н. э. Назывался он чи-нан-тином и представлял собой натертую магнитным камнем, т. е. намагниченную, железную иглу, подвешенную на тонкой нити из некрученого шелка. Такой компас, якобы, применялся восточными мореходами. Но это также вызывает сомнения.
Если компас в Китае стал использоваться на судах еще в IV—III вв. до н. э., то почему он не проник уже тогда в Европу? Ведь уже с начала VII в. до н. э. китайские порты начали регулярно посещать купеческие суда из далекой Индии, а в Индию уже во II в. до н. э. плавали греки, которые в начале нашего тысячелетия и сами проникли в Южно-Китайское море. Мало вероятно, чтобы мимо их внимания прошло такое великое изобретение, как “указатель юга”. А если бы греки что-то узнали о компасе, об этом непременно написали бы Плиний и Страбон — древние писатели, которые в своих изысканиях и описаниях были столь обстоятельны, что наверняка упомянули бы о таком важном для мореплавания предмете.
В связи с этим большего доверия заслуживают литературные источники, в которых сообщается о появлении на китайских судах компасов в I—III вв. н. э. Они представляли собой сосуд с водой или маслом, в котором плавал магнит в виде иглы на стебле камыша. На сосуде было обозначено 24 циклических знака, характеризующих 24 направления. Иногда применяли и “рыбешки”, вырезанные из тонкого листа железа и изогнутые в виде лодочки, чтобы они лучше держались на воде. “Рыбки” специально не намагничивались, они приобретали магнетизм при закалке.
Описание такого компаса обнаружено в сочинениях китайского ученого XI в. Шэнь-Гуа (1030—1094). Он же впервые сообщил о сделанном им открытии, что магнитная стрелка не точно совпадает с направлением север — юг, а несколько отклоняется от него, т. е. магнитный и географический меридианы не совпадают. Однако тогда мало кто обратил на это внимание — небольшое отклонение никого не беспокоило.
Упоминания о компасе обнаружены и на арабском Востоке. Известный советский арабист, специалист по истории арабского мореплавания Т. А. Шумовский считает, что арабские моряки стали пользоваться магнитной стрелкой еще в первые века хиджры, т. е. в первые столетия после 622 г., и что проник он в западную часть Индийского океана в VII в. Полезно в связи с этим отметить, что именно в этот период арабские посольства часто посещали Китай (651, 711, 712, 798 гг.), после чего между этими народами укрепились торговые отношения. Не в это ли время арабские лоцманы и муллимы (капитаны) познакомились с чи-нан-тином? На такую же мысль наводит и тот факт, что арабские суда, тяжело груженные товарами, возвращаясь из Китая и пройдя Маллакский пролив, шли, как правило, не вдоль берега, а напрямую, пересекая Бенгальский залив через открытое море.
О применении арабскими мореходами компаса с магнитной иглой, проткнутой сквозь пластинку, плавающую в воде, писал в своем сочинении “Сокровище купцов” (1282—1283) каирский ученый Бай-лак аль-Кабайаки. Такой компас он видел в 1242 г. во время своего путешествия по восточной части Средиземного моря. Индийские мореходы и персы, добавляет Байлак, пускают на воду жестяную рыбку.
Более интересные данные находим мы у арабского лоцмана, замечательного ученого-навигатора Ахмад ибн-Маджида, о котором мы упоминали в гл. 1. Он написал свою знаменитую “Книгу польз об основах и правилах морской науки”, основываясь как на собственном опыте, так и на опыте предшествующих поколений, кропотливо собрав наиболее общие, авторитетные данные из литературных источников X и XI вв. и старых рукописей знаменитых лоцманов XII в., прозванных за свое навигационное искусство “львами моря”, Мухаммеда ибн-Шазана, Сахла ибн-Абана и Лайса ибн-Кахлана. И вот что важно отметить: ни один из этих опытных мореходов не упоминает о времени изобретения компаса и появления его на судах, иначе Ахмад ибн-Маджид непременно отметил бы это и не приписывал бы ему библейское происхождение: “Что касается магнита, на котором основываются и лишь с которым это ремесло (навигация) совершенно, ибо он указывает на оба Полюса, его добыл Давид, мир ему: это камень, которым Давид сразил Голиафа... Что касается изобретения дома иглы с магнитом, то говорят, что она от Давида, мир ему, так как он основательно знал в железе и его свойствах. Еще, говорят, от Хидра (покровитель мореплавателей) , мир ему: когда вышел на поиск воды, вступил во Мрак с его морем (Южный Ледовитый океан) и уклонился к одному из Полюсов настолько, что Солнце исчезло, говорят, что он руководился магнитом (другие говорят, свечением). Магнит — камень, притягивающий только железо; магнит — это так же всяк предмет, притягивающий железо к себе. Говорят, что семеро небес и Земля подвешены посредством мощного магнита”. Ахмад ибн-Маджид описывает компас, в котором игла для защиты от ветра помещена в коробочку — “дом иглы”, имеющую 32 “гнезда”, т. е. 32 румба.
Устройство компаса, применявшегося арабами, описано также у придворного географа и писателя короля Роджера Сицилийского ал-Идриси в “Утехе для жаждущего пересечения горизонтов” (XII в.). Оно мало чем отличается от устройства китайских компасов — та же магнитная игла или пустотелая “рыбка”, плавающие в воде.
По поводу появления компаса в Европе существует несколько версий. Наиболее реальны, на наш взгляд, две: компас или попал в Европу через арабских мореплавателей Средиземного моря, или явился результатом самостоятельного европейского развития науки и техники.
Большинство ученых склоняются к тому, что о секретах компаса европейцы узнали от мусульманских моряков и ученых, которые и до крестовых походов и в течение нескольких последующих столетий в культурном и научном отношении стояли выше христиан. В то время как Европу раздирали религиозные и междуусобные войны, арабские географы тщательно собирали и изучали все, что накопила человеческая мудрость и опыт к началу нашего тысячелетия. Мимо компаса, с которым они познакомились в Китае и позже в Индии, они, конечно, пройти не могли, а вступив в общение с европейцами, они передали секрет этого прибора им.
Сторонники второй версии ссылаются на следующие данные. В XIII в. была обнаружена книга, которую приписывают древнегреческому ученому и философу Аристотелю (384—322 до н. э.). В ней есть такие слова, позволяющие предположить о раннем использовании компаса европейскими мореплавателями: “Один угол магнита имеет силу обращать железо к северу и сим пользуются мореходы. Другой же угол магнита, тому противоположный, смотрит к югу”.
Ссылаются также на скандинавского историка Ара Фроде (868— 1100). Он сообщает, что скандинавам была известна магнитная игла, которая, возможно, использовалась и на море. Ссылаются и на крупного немецкого ученого по горнометаллургическому производству Г. Агрикола (1494—1555), утверждающего в своей книге по металлургии об использовании в Европе свойств магнита еще в ранние средние века при закладке копий.
Как бы то ни было, во время крестовых походов западно-европейских феодалов на Ближний Восток (1096—1270) компас был уже достаточно хорошо известен средиземноморским мореходам. Одно из наиболее ранних описаний его встречается в стихах некого Романа Розы, написанных трубадуром Гийо из Прованса, жившим около 1180 г.: “Смотри, как звезда кажется неподвижною. Видящие и знающие мореходцы через посредство сей звезды ходят во все стороны и направляют путь свой; они называют ее загорною. Все прочие звезды движутся, переменяют места свои и обращаются; но сия звезда неподвижна, отчего и происходит посредством магнита, некрасивого и темноватого камня, к которому железо пристает удобно, такое явление, которое обмануть не может. Она держит камень сей всегда в прямом положении, потому что, когда потрут им стрелку, положат ее на кусок дерева или пробки, и пустят на воду, то дерево держит ее на верху, и острие совершенно оборачивается к звезде, так что никакой человек в том не усомнится, и нисколько через сие не ошибется. Когда же море темно и мрачно, когда не видно ни Луны, ни звезды, тогда у стрелки засвечивается огонь, и опять дороги потерять не можно: к звезде острие смотрит”.
Более подробное описание компаса того времени привел в 1190 г. в своем труде “О природе вещей” английский ученый монах, получивший образование во Франции, Александр Неккам (1157—1217). Сам он к мореплаванию не имел никакого отношения, но его молочный брат Ричард — король Англии по прозванию Львиное Сердце — непосредственно участвовал в первых крестовых походах 1190— 1192 гг., и не исключено, что сведения о путеводной игле любознательный монах получил от него. Причем о компасе Неккам пишет бегло, не как о чем-то новом, а как о предмете, довольно распространенном и хорошо известном читателю, “не являющемся тайной, в которую посвящены избранные”.
По описанию ученого монаха, он представлял собой железную иглу, продетую через соломинку, плавающую в воде. Перед каждым употреблением игла требует подмагничивания с помощью естественного магнита. Чтобы игла дольше сохраняла магнетизм, Неккам советовал изготавливать ее не из железа, а из стали.
Пользоваться такими компасами постоянно было, конечно, невозможно. От качки и ветра игла болталась как ей заблагорассудится, поэтому компас извлекали из каюты при относительно тихой погоде, когда небо заволакивалось туманом, облаками или дымкою и исчезали ориентиры. Выбирали момент, когда игла успокаивалась, и замечали направление.
Несмотря на интенсивное развитие торговли и мореходства компас, как мы видим, распространялся по миру довольно медленно — несколько столетий. Это можно объяснить, в частности, двумя обстоятельствами. Во-первых, обладание таким инструментом давало преимущества мореплавателям, которыми они делиться ни с кем из-за опасения конкуренции не хотели, а во-вторых, все непонятное тогда моряки относили к нечистой силе и нередко больше доверяли всевозможным приметам, чем “плавающим камням” и иглам. Поэтому кормчие и капитаны, чтобы не прослыть колдунами, пользовались компасом тайно. Наглядной иллюстрацией сказанному может служить письмо наставника Данте Брунетто Латини своему другу Гвидо Кавальканти о его посещении философа Роджера Бэкона, написанное в 1258 г.: “Парламент собирался в Оксфорде, мне удалось сразу по приходе повидать монаха Бэкона, и (среди прочих вещей) он показал мне черный невзрачный камень, называемый магнитом, который обладает удивительным свойством притягивать к себе железо: если о сей камень потереть иглу и после этого, укрепив ее на соломинке, пустить плавать по воде, игла будет постоянно поворачиваться к Полярной звезде; поэтому, будь ночь так темна, что не видно ни Луны ни звезд, моряк сможет с помощью этой иглы правильно вести свой корабль. Это открытие, которое кажется столь важным для всех плавающих по морям, должно оставаться до каких-то пор неизвестным, потому что ни один мореход не осмеливается пользоваться им, если только он не хочет прослыть колдуном; матросы тоже не пошли бы в море под его командованием, если бы он взял с собой инструмент, который в такой сильной степени кажется построенным под влиянием какого-то адского духа. Может наступить время, когда эти предубеждения, столь мешающие исследованию тайн природы, будут преодолены, и тогда-то человечество пожнет плоды таких ученых, как монах Бэкон, и отдаст должное тому прилежанию и разуму, за которые он и все ему подобные ныне встречают только клевету и упреки”.
Хорошо известно также, что финикийцы, например, сажали свои корабли на мель или даже топили их, если видели, что преследующий их корабль может выследить маршрут их движения или выведать секреты навигации.
Что касается термина “компас”, то применительно к курсоуказателю он появился значительно позже самого изобретения. Скорее всего он перешел на прибор с названия морских карт (портоланов), которые по-латыни назывались “комес пассус” — указатель пути.
Российский ученый А. Г. Калашников считает, что впервые слово “компас” было употреблено специалистом по солнечным часам Пейербахом в его рукописи “Устройство компаса с планкой для всех климатов”, т. е. устройство солнечных часов с гномоном для всех широт.
А до XV в. компас называли по-разному. У арабов это был “дом иглы”, у китайцев — “копилка звезд”, в странах Средиземноморья — “каламита” (от греч. каламитос — принадлежащее трубке), у русских — “матка”. С КЕМ ХОЧЕШЬ,НО ЗА РОССИЮ!
