Компас — магнитный прибор определения направления¶
Компас — навигационный прибор, предназначенный для определения сторон горизонта и направлений на местности относительно магнитных полюсов Земли. Основной элемент компаса — магнитная стрелка, свободно укреплённая на вертикальной оси или подвешенная на нерастяжимой нити, которая под действием земного магнетизма устанавливается в меридианной плоскости, указывая направление на север. Компас является одним из старейших инструментов ориентирования и применяется в мореплавании, геодезии, туризме, военном деле и ряде других областей.
¶История
¶Древний Китай
Комас в его магнитной форме был изобретён в Китае. Уже в I веке н. э. китайские мастера знали о свойстве естественного минерала магнитного железняка (магнетита) притягивать железо, а в первых веках нашей эры научились изготовлять из него стрелки. В III—IV веках в Китае появились первые указатели направления на основе магнитной стрелки — «юй-чжэнь» («южний указатель»), поскольку в китайской традиции основной ориентир — юг, а не север. В XI веке китайские моряки начали применять компас для навигации, а в XII веке он упоминается в морских руководствах.
¶Распространение в Европе
В Европе компас стал известен в конце XII — начале XIII века. Первое достоверное упоминание относится к 1190-м годам: английский поэт Александр Неккам в трактате «De naturis rerum» описал «навигационный камень», притягиваемый к звезде, и «иглу», которая указывает на север после натирания её магнитным железняком. В 1269 году французский учёный Пьер де Марикур (Пьер из Маричи) в письме «Epistola de magnete» дал первое в Европе подробное описание компаса с магнитной стрелкой на поплавке и рекомендациями по его изготовлению. Итальянские моряки первыми начали использовать компас в мореплавании, что позволило расширить范围 дальности морских экспедиций и способствовало Великим географическим открытиям.
¶Усовершенствования
В XVI—XVII веках компас получил печатную компасную розу, картушку и демпфирующую жидкость для гашения колебаний стрелки. В 1819 году шотландский физик Кристиан Фарадей ввёл в практику жидкостной компас, заполненный спиртом, что резко повысило устойчивость показаний на подвижных объектах. В XIX веке появились гирокомпасы, не зависящие от магнитного поля Земли, а в XX веке — электронные и спутниковые системы ориентирования.
¶Устройство и принцип работы
Классический магнитный компас состоит из следующих элементов:
- Магнитная стрелка — стальная или намагниченная игла, уравновешенная на горизонтальной игольчатой опоре или подвешенная на нити. Один конец стрелки (обычно северный, окрашенный в красный цвет) указывает на магнитный северный полюс Земли.
- Компасная роза — диск с разметкой на 360° градусов и обозначениями сторон света: С (север), Ю (юг), В (восток), З (запад).
- Корпус — обычно круглый, с прозрачной крышкой; у полевого компаса снабжён буссолью (визиром) и зеркалом для отсчёта азимута.
- Демпфер — жидкость (керосин, спирт, минеральное масло) или воздушная камера, сглаживающие колебания стрелки.
Принцип работы основан на взаимодействии намагниченной стрелки с геомагнитным полем Земли. Стрелка устанавливается вдоль линии магнитного наклонения, её северный конец отклоняется к магнитному северному полюсу. При этом направление на магнитный север не совпадает с направлением на географический север: угол между ними называется магнитным склонением и зависит от места наблюдения и года. Для точных измерений склонение учитывается по специальным таблицам и картам.
¶Виды компасов
| Тип | Особенности |
|---|---|
| Морской компас | Жидкостной, с картушкой, устойчив к качке; устанавливается на судне с поправкой на девиацию |
| Армейский (военный) компас | Буссоль с визиром и зеркалом, линейкой, светящейся разметкой; позволяет снимать азимуты |
| Туристический компас | Компактный, с буссолью, линейкой, иногда с таблицами склонений |
| Геологический компас | Снабжён наклономером для измерения падения пластов горных пород |
| Штурманский (карманный) компас | Малогабаритный, для определения курса на карте |
| Гирокомпас | Использует гироскоп, указывает на истинный (географический) север; применяется на крупных судах и подводных лодках |
| Электронный компас | Микромагнитометр в смартфонах, навигаторах, беспилотных аппаратах |
¶Применение
Компас традиционно применяется в морском и авиационном деле для определения курса, в геодезии и картографии — при съёмке местности, в военном деле — для ориентирования и наведения оружия, в туризме и спортивном ориентировании. Даже в эпоху спутниковой навигации (GPS, ГЛОНАСС) компас остаётся обязательным резервным средством, поскольку не требует источников питания и не зависит от радиосвязи со спутниками.
В промышленности и научных исследованиях магнитные компасы используются при бурении скважин, прокладке тоннелей и трубопроводов, в магниторазведке. На основе принципа компаса работают датчики ориентации в смартфонах и планшетах.
¶Ограничения
Магнитный компас чувствителен к локальным магнитным аномалиям: железным конструкциям, электропроводам, залежам магнитных руд. Вблизи магнитных полюсов Земли показания компаса становятся ненадёжными, так как стрелка стремится принять вертикальное положение. Для преодоления этих ограничений применяются гирокомпасы и инерциальные системы ориентирования.
¶Источники
- Башмаков И. А., Башмаков А. И. «Компас и карта»
- Космодемьянский А. А. «История науки и техники»
- Большая советская энциклопедия, статья «Компас»
- Неккам А. «De naturis rerum» (около 1190 г.)
- Марикур П. де. «Epistola de magnete» (1269 г.)