Компас — навигационный прибор¶
Компас — навигационный (геодезический) прибор для определения направлений на местности относительно сторон горизонта, основанный на свойстве магнитной стрелки занимать положение вдоль магнитного меридиана. Широко применяется в мореплавании, авиации, туризме, геодезии, спортивном ориентировании и военном деле.
¶Устройство компаса
Классический магнитный компас состоит из следующих основных элементов:
- Корпус — металлический или пластмассовый, часто в виде круглой или прямоугольной коробки с прозрачной крышкой;
- Магнитная стрелка — тонкая стальная или намагниченная игла, свободно закреплённая на вертикальной оси (пине) так, чтобы она могла вращаться в горизонтальной плоскости;
- Лимб — нанесённая на корпус или отдельную вращающуюся дисковую шкала с делениями в градусах;
- Визирное приспособление — алидада, визирные прорези или коллиматор для взятия направления;
- Стекло — прозрачная крышка, защищающая стрелку от пыли и ветра.
В военных и туристических компасах стрелка обычно закреплена на пине — вертикальной игольчатой оси, изготовленной из твёрдого сплава. Точка соприкосновения стрелки с пиной является осью вращения и обеспечивает минимальное трение. Для уменьшения колебаний стрелки при движении компаса применяют демпфирующее устройство — чаще всего жидкостное (камеру, заполненную вязкой силиконовой жидкостью) или воздушное.
¶Магнитная стрелка и её закрепление
Магнитная стрелка — ключевой подвижный элемент компаса. Она намагничивается постоянными магнитами или электрическим током и всегда стремится установиться вдоль линии магнитного поля Земли. От точности и свободы её вращения зависит правильность показаний прибора.
Стрелка устанавливается на остриё пини — тонкой вертикальной оси, изготовленной из корунда, рубина или закалённой стали. Такое решение обеспечивает почти безтрение качение и долговечность узла. В некоторых конструкциях (например, в гироскопических компасах) вместо магнитной стрелки применяют гироскоп, устойчивое положение ротора которого задаётся вращением Земли.
¶Классификация компасов
По принципу действия компасы делятся на:
- Магнитные — наиболее распространённый тип, использующий намагниченную стрелку;
- Гироскопические — на основе гироскопа, не зависящие от магнитного поля Земли (применяются в авиации и на кораблях);
- Астрономические (солнечные, полюсные) — определяют стороны горизонта по положению светил;
- Электромагнитные и радиокомпасы — определяют направление на радиоисточник;
- Спутниковые — работающие на основе сигналов навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS).
По назначению компасы подразделяются на морские, авиационные, туристические (походные), геодезические, штурманские, спортивные (для ориентирования) и минералогические.
¶Основные характеристики
| Характеристика | Описание |
|---|---|
| Точность | Обычно ±1–2° у магнитных компасов, до долей градуса у гироскопических |
| Диапазон измерений | 0–360° (азимут) |
| Демпфирование | Жидкостное или воздушное, время успокоения стрелки 2–10 с |
| Диаметр лимба | От 40 мм (карманные) до 200 мм (геодезические) |
¶Магнитное склонение
Показания магнитного компаса необходимо корректировать на магнитное склонение — угол между направлением на магнитный и истинный (географический) полюс в данной точке. Величина склонения зависит от места и времени и изменяется со скоростью десятков угловых минут в год. Для точной навигации составляются специальные карты склонений.
¶История
Первые указатели направления на основе намагниченного железа появились в Китае не позднее I века н. э. — изначально в виде «направляющей колесницы» для фэншуй и астрономии. В Европе магнитный компас стал известен к XII–XIII векам; первое достоверное упоминание относится к 1190 году (работа Александра Неккама). Арабские мореплаватели использовали компас раньше — с XII века. В XVI веке появились компасы с вращающейся алидадой (Г. Мальяни), а в XVIII веке — картезианские компасы для морских судов. В России компасы производились с XVIII века на Ижорском и других заводах для нужд флота и геодезических экспедиций.
¶Применение
Компасы применяются в широком спектре областей:
- Морское и речное дело — штурманские компасы на судах;
- Авиация — магнитные и гироскопические компасы как резерв к основной навигационной системе;
- Туризм и спортивное ориентирование — карманные и подвесные компасы;
- Геодезия и картография — для определения азимутов при съёмке местности;
- Строительство — прокладка трасс, ориентация зданий;
- Военное дело — для ориентирования на местности и наведения вооружения;
- Геология и минералогия — для определения ориентировки кристаллов и залегания пород.
В современных условиях магнитный компас остаётся важным резервным средством ориентирования, поскольку не требует источников питания и не зависит от радиоэлектронных систем.
¶Интересные факты
- Магнитное поле Земли меняется, и полюса периодически меняются местами; последняя инверсия произошла около 780 тысяч лет назад.
- Вблизи железобетонных конструкций, линий электропередачи и магнитных пород показания компаса искажаются.
- На российских судах исторически применялся «русский компас» с особой разметкой лимба, унаследованной от XVIII века.
Источники:
- Большая российская энциклопедия — статья «Компас»
- Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона
- Штурманский устав ВМФ России
- Классические учебники по землемерии и навигации