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

Человек начал путешествовать очень давно. Еще древние племена кочевали с места на место в поисках пропитания. Развиваясь, люди начали передвигаться не только по суше, но и по морю. С возникновением мореплавания, перед путешественниками встал вопрос ориентации в пространстве. Вначале это происходило по звездам и по солнцу, но в пасмурную погоду в океане нет возможности определить направление. Множество первых морских путешественников сбивалось с курса. Человек понял, что без специального прибора он обречен на долгие поиски верного пути, а может быть и на гибель. Сейчас любой ребенок знает, как определить верное направление при помощи компаса. А вот кто изобрел компас, известно далеко не всем.

История возникновения компаса

Примерно 3 тысячи лет назад человек заметил, что намагниченная железная стрелка всегда показывает на север. Предположительно, первый прототип современного компаса появился в древнем Китае во время правления династии Сун. Но эти сведения не точны. По некоторым данным, компас был изобретен гораздо позже – за 100-200 лет до нашей эры, правда, тоже китайцами. Конечно, древний прибор был далек от современных устройств. Но свои функции он исполнял исправно. Кстати, древние китайцы использовали компас для передвижения по пустыням. Несколько позже, моряки стали брать его с собой в плавание. Уже в XI веке н.э. китайцы изобрели прибор с плавающей стрелкой в виде рыбки. Новое изобретение очень понравилось арабам, которые стали использовать компас на своих торговых кораблях.

В Европе компас появился довольно поздно. С ним европейцев познакомили торговцы из восточных стран. Только в XII веке первый примитивный прибор стал использоваться испанцами и итальянцами в мореплавание. Европейский компас представлял собой намагниченную железную полоску, которая крепилась к пробке, плавающей в воде. Затем, стрелку стали закреплять на тонкой шпильке, которая устанавливалась на дно какого-нибудь сосуда. Вскоре ни один мореплаватель не выходил в открытое море без этого прибора.

Приблизительно в XIV веке итальянский ювелир и изобретатель Флавио Джойя придумал, как усовершенствовать компас. Он разделил его на 16 румбов по 4 для каждой из сторон света. Новый прибор позволял легче ориентироваться в пространстве. Сразу же после этого в Португалии и Испании мореходство стало развиваться бурными темпами. Теперь моряки спокойно отправлялись в дальние плавания, не боясь потеряться на просторах океана. Уже к XVIII веку компас становится довольно сложным прибором, указывающим не только направление, но и время.

Современный компас

Современные приборы получили много новых функций, а их внешний вид мало напоминает древних собратьев. Их принцип работы основан уже не на магнитной стрелке, а на сложных электронных схемах, при помощи которых определяется магнитное поле Земли. Многие приборы ориентируются через спутники. Сейчас даже в простых моделях телефонов присутствуют GPS-приемники, которые через спутник определяют точное местонахождение человека с точностью до градуса.

Идея создания спутниковой навигации возникла еще в 50-е годы прошлого века сразу же после запуска первых искусственных спутников. Но реализовать на практике эту мысль удалось только в 1973 году. Изначально, система спутниковой навигации GPS разрабатывалась исключительно для военных. Но постепенно она пришла и в гражданскую жизнь. Современные системы навигации в мореплавании и авиации немыслимы без систем спутниковой связи и ориентации. Такие системы применяют и в других областях. Например, в геодезии и картографии.

Создание компаса и его широкое внедрение дало толчок не только географическим открытиям, но и позволило лучше понять взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. После начала использования компаса стали появляться новые отрасли научного знания.

Компас с магнитной стрелкой открыл человечеству не только земной шар, но и физический мир во всем его многообразии.

Первенство в открытии свойств компаса оспаривают несколько : индийцы, арабы и китайцы, итальянцы, англичане. Сегодня очень сложно достоверно определить, кому принадлежит честь изобретения компаса. Многие выводы делаются лишь на предположениях, которые выдвигают историки, археологи и физики. К сожалению, многие свидетельства и документы, которые могли бы пролить свет на этот вопрос, не сохранились или дошли до настоящего времени в искаженном виде.

Где впервые появился компас?

Одна из самых распространенных версий гласит, что компас в Китае примерно лет назад («От астролябии к навигационным комплексам», В. Корякин, А. Хребтов, 1994). Куски руды, которые обладали чудесным свойством притягивать к себе мелкие металлические предметы, китайцы называли «любящим камнем» или «камнем материнской любви». Жители Китая первыми обратили внимание на свойства волшебного камня. Если ему придать форму продолговатого предмета и повесить на нить, он занимал определенное положение, указывая одним концом на юг, а другим – на север.

Было удивительным, что отклоненная от своего положения «стрелка» после колебаний вновь занимала первоначальное положение. Китайские летописи содержат указания на то, свойство магнитного камня использовали путешественники, чтобы определять правильное положение при движении по пустыням, когда в небе не было видно дневного светила и звезд.

Первый китайский компас стали использовать при движении караванов через пустыню Гоби.

Значительно позже магнит стал использоваться для ориентирования в мореходстве. Согласно китайским источникам, примерно в V-IV веках до новой эры мореходы стали использовать металлическую иглу, натертую магнитным камнем и подвешенную на шелковой нити. Удивительно, что в то время компас не добрался до Индии и Европы, ведь тогда между Китаем и этими регионами уже налаживалось сообщение. Но греческие писатели тех времен не упоминают о компасе.

Считается, что в Европу компас попал не ранее III века до новой эры через арабских мореходов, которые бороздили воды Средиземного моря. Но отдельные исследователи не исключают, что это полезное приспособление было вновь изобретено европейцами, которые самостоятельно открыли эффект, производимый магнитной стрелкой, подвешенной на тонкой нити.

Инструкция

Идея создания компаса принадлежит древним китайцам. В III веке до н.э. один из китайских философов описывал компас того времени следующим образом. Это была разливательная ложка из магнетита, у которой был тонкий черенок и хорошо отполированная шарообразная выпуклая часть. Опиралась ложка своей выпуклой частью на такую же тщательно отполированную поверхность медной или деревянной пластины, при этом черенок пластины не касался, а свободно висел над ней. Таким образом, ложка могла вращаться вокруг своего выпуклого основания. На самой пластине были нарисованы стороны света в виде зодиакальных знаков. Если специально подтолкнуть черенок ложки, она начинала вращаться, при этом, останавливаясь, черенок всегда указывал точно на юг.

Все в том же Китае в XI веке придумали плавающую стрелку компаса. Делали ее из искусственного магнита, обычно в форме рыбки. Ее помещали в сосуд с водой, где она свободно плавала, а остановившись, также всегда указывала головой на юг. Другие формы компаса в том же веке были придуманы китайским ученым Шэнь Гуа. Он предлагал намагнитить обычную швейную иглу о природный магнит, а затем прикрепить эту иглу в центре корпуса к шелковой нити с помощью воска. Так получалось меньшее при повороте иглы, чем в воде, а потому компас показывал более точное направление. Еще одна модель, предложенная ученым, предполагала крепление не к шелковой нити, а к шпильке, что больше напоминает современную форму компаса.

Почти на всех китайских кораблях в XI были установлены плавающие компасы. Именно в таком виде они распространились в мире. Сначала их в XII веке переняли арабы. Позже магнитная игла стала известна и в европейских странах: сначала - в Италии, затем - в Португалии, Испании, Франции, позднее - в Англии и Германии. Сначала намагниченная игла на кусочке дерева или пробки плавала в сосуде с водой, позже сосуд догадались закрыть стеклом, а еще позже магнитную стрелку догадались размещать на острие в центре бумажного круга. Затем компас был усовершенствован итальянцами, к нему была добавлена катушка, которая делилась на 16 (позже - 32) равных секторов, указывающих на стороны света (сначала по 4, а позже по 8 секторов для каждой из сторон).

Дальнейшее развитие науки и техники сделало возможным создание электромагнитного варианта компаса, который более совершенен в том плане, что не предусматривает отклонений из-за наличия ферромагнитных деталей в том транспортном средстве, на котором он используется. В 1908 году немецкий инженер Г. Аншютц-Кэмпфе создал прототип гирокомпаса, преимуществом которого стало указание направления не на магнитный северный полюс, а на истинный географический. Для навигации и управления крупными морскими судами почти повсеместно используется именно гирокомпас. Современная эра новых компьютерных технологий позволила придумать электронный компас, создание которого связано, прежде всего, с развитием системы спутниковой навигации.

У современных людей нет никаких проблем в том, чтобы с высокой точностью определить своё местоположение — можно, например, использовать приборы, оснащённые датчиком GPS или ГЛОНАСС. Однако в древности при путешествиях на большие расстояния у людей возникали проблемы. Особенно сложно было ориентироваться при путешествии по пустыням или плавании в открытом море, где не было каких-то известных ориентиров. В результате путешественники легко могли заблудиться и погибнуть. Уже после начала эпохи великих географических открытий в 16-17 вв. мореплаватели нередко теряли уже открытые острова или наносили их на карту несколько раз, что уж говорить о древних мореплавателях.

Конечно, ещё в древности люди нашли всё-таки способы определять стороны света, в этом помогало прежде всего наблюдение за Солнцем и звёздами. Уже давно было замечено, что, хотя звёзды меняют своё положение, одна из звёзд, а именно Полярная звезда, всегда находится на одном месте. По этой звезде стали определять направление на север. Но как быть, если небо закрыто облаками, и ни Солнца, ни звезд не видно? Направление движения определить нельзя, корабль сбивается с курса и может уплыть совсем не туда, куда нужно. Поэтому далёкие экспедиции были очень опасным делом, пока не появился компас, и не случайно лишь после того, как мореплаватели стали его использовать, были открыты и изучены все уголки нашей планеты. А когда же и кем был изобретён компас?

Принцип действия компаса основан на том, что земля обладает магнитным полем и представляет собой как бы один большой магнит. Компас же имеет магнитную стрелку, которая в магнитном поле Земли всегда указывает направление на магнитные полюса, находящиеся недалеко от географических. Таким образом, при помощи компаса можно определять направление на стороны света. В природе есть материал, обладающий магнитными свойствами, а именно магнетит (магнитный железняк).

магнетит

Свойство кусочков магнетита притягиваться друг к другу, а также к железным предметам было давно замечено людьми. Например, об этом написал в своих трудах ещё древнегреческий философ Фалес Милетсикй в 6 в. до н. э., однако он не нашёл магнитам практического применения. А нашли его китайцы.

Достоверно неизвестно, когда китайцы изобрели компас, но первое его описание, дошедшее до наших дней, относится к 3му веку до н. э. Древний китайский компас представлял из себя что-то вроде ложки из магнетита, установленную на отполированную медную пластинку. Выглядел он так:

древний китайский компас

Ложку раскручивали и она через некоторое время останавливалась так, что её конец указывал на юг. Причём изначально компас в Китае использовали вовсе не для навигации, а в мистической системе фэншуй. В фэншуй очень важно правильно ориентировать предметы по сторонам света, для этого и использовали компас.

Прошло немало времени, прежде чем компас усовершенствовали и стали использовать в путешествиях сначала на суше, а потом и на море. Вместо куска магнетита стали использовать намагниченную железную иглу, которая подвешивалась на шёлковой нити либо опускалась в сосуд с водой, где плавая на поверхности, разворачивалась в направлении магнитного полюса. Важные усовершенствования компаса, а также описание магнитного склонения (т. е. отклонения направления на магнитный полюс и географический) сделал китайский учёный Шень Гуа в 11 в. Именно после этого компас стали активно использовать китайские мореплаватели. От них компас стал известен арабам, а в 13 в. известный путешественник Марко Поло привёз компас из Китая в Европу.

В Европе компас усовершенствовали. Стрелку стали устанавливать на шпильку, добавили шкалу, разделённую на румбы, чтобы более точно обозначать направление. В более поздних версиях компас стали устанавливать на специальном подвесе (т. н. кардановом), чтобы качка судна не влияла на показания.

старинный корабельный компас

Появление компаса дало огромный толчок развитию мореплавания в Европе и помогло европейским мореплавателям пересечь океаны и открыть новые континенты.