Как пользоваться компасом, принцип работы, обозначения и для чего он нужен
Содержание:
Что такое компас?
Для многих профессий и занятий очень важно понимание своего местонахождения и направления движения. Для этой цели еще несколько тысячелетий назад было сконструировано особое устройство – компас
Из школьных уроков географии многие помнят, что компас – это специализированный прибор для горизонтального ориентирования на местности. Он может указывать на магнитные полюса нашей планеты, стороны света и другие объекты.
Как выглядит компас?
Современные компасы могут существенно отличаться друг от друга устройством, однако самый простой прибор выглядит следующим образом:
- В прозрачном корпусе располагается закрепленная подвижная металлическая намагниченная стрелка, которая и указывает на Северный магнитный полюс Земли, свободно вращаясь вокруг своей оси.
- Под стрелкой обязательно располагается картушка. Это подвижный диск с нанесенными по окружности делениями градусов или румбов. Ее еще могут именовать лимбом.
- Каждый компас имеет специальные обозначения сторон света, на которые указывает стрелка север, юг, восток и запад.
- На боковой стороне корпуса имеется металлическая пластина, которую называют тормоз или арретир. Она необходима для фиксации стрелки в неподвижном положении.
Как работает компас?
Для точного понимания того, как работает компас, важно знать о строении магнитного поля нашей планеты. Оно является силовым и возникает из-за постоянного вращения Земли, оказывая воздействие на электрические заряды
На основе этих знаний и был изобретен прибор для ориентирования:
- В наши дни основной материал из чего сделана стрелка компаса – это алюминий, на который нанесено специальное покрытие разнополярного магнита.
- Под воздействием силового поля земли на намагниченную стрелку, она свободно вращается и всегда располагается вдоль магнитных линий.
- Стоит понимать, куда показывает стрелка компаса. Синий ее конец всегда направлен на северный магнитный полюс Земли, а красный – на южный.
Магнитный компас
История создания
Модель китайского компаса периода династии Хань
Дорожный компас и солнечные часы, XVIII век
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 векам, однако устройство его оставалось очень простым — магнитная стрелка, укреплённая на пробке и опущенная в сосуд с водой. В воде пробка со стрелкой ориентировалась нужным образом. В начале XIV века 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 веке ввели деление картушки на 32 румба, и коробку со стрелкой стали помещать в кардановом подвесе, чтобы устранить влияние качки корабля на компас. В XVII веке компас снабдили пеленгатором — вращающейся диаметральной линейкой с визирами на концах, укреплённой своим центром на крышке коробки над стрелкой.
Возможная версия истории создания
Самофракийские мистерии предоставляли защиту в море и выдавали поклоняющимся кольца из магнитного железняка. Служили ли эти кольца всего лишь символом духовной связи с божествами либо в качестве компаса, — увы, сказать трудно. Следующая цитата из «Аргонавтики» Аполлона Родосского (III век до н. э.) обретает дополнительный смысл, если предположить, что во время инициации в Самофракийские мистерии посвященных обучали искусству навигации по компасу. «Вечером по предложению Орфея они пристали к Самофракии, острову Электры, дочери Атласа. Он посоветовал им с помощью священной инициации научится чему-то из тайных ритуалов, что помогло бы им с большой уверенностью продолжить свой путь через необъятное море». Сам Аполлон Родосский знал, о чём идет речь, вероятно, потому, что он был инициирован в Самофракийские мистерии, так как дальше Аполлон добавляет, что ему запрещено раскрывать тайну этих мистерий[источник не указан 319 дней].
Древнегреческий учёный Геродот пишет: «Итак, о гипербореях сказано достаточно. Я не хочу ведь упоминать сказание об Абарисе, который, как говорят, также был гипербореем: он странствовал по всей земле со стрелкой в руке…». И хотя официально считается, что использование магнитного компаса в Европе для навигации началось приблизительно в XII веке нашей эры, тем не менее, судя по косвенным указаниям античных историков средиземноморья, магнитный компас использовался для ориентации в пространстве различными народами Средиземноморья и Европы ещё во втором тысячелетии до нашей эры. То, что для этого прибора не было определенного общепринятого названия в те годы, и авторы вынуждены были описывать этот прибор по разному, говорит о том, что действительно секрет навигации по компасу хранился в строгой тайне и передавался только избранным. Широкому распространению использования компаса, наверное, мешало и то, что намагниченный материал был большой редкостью в то время. Следует добавить, что древние индийцы знали о намагниченном железе, а Ayas-kanta означает на санскрите магнит.
Рассмотрим для примера компас Адрианова.
Компас Адрианова состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка. В разарретированном состоянии стрелки её северный конец (обычно красного цвета) устанавливается приблизительно в направлении на Северный магнитный полюс, а южный — на Южный магнитный полюс. В нерабочем состоянии стрелка закрепляется тормозом (арретиром) Внутри корпуса компаса помещена круговая шкала (лимб) 2, разделённая 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.
Принцип действия
Принцип 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.
Магнитный компас начинает давать неверные значения вблизи магнитов (в частности, вблизи другого компаса), и ферромагнитных (в частности, железных, стальных) предметов.
Устройство магнитного компаса
Ввиду большого разнообразия компасов, рассмотрим строение этого прибора на примере всего одной модели — советского военного наручного компаса Адрианова. Он показан на фото:
Внутри корпуса компаса имеется магнитная стрелка. Она является основной частью прибора. В рабочем состоянии стрелка может свободно вращаться на оси, выстраиваясь вдоль силовых линий магнитного поля.
Часть стрелки, которая указывает в направлении магнитного севера, в компасе Адрианова покрашена светонакопительной краской, излучающей свет после предварительной «зарядки» на свету. Этой же краской выкрашены и некоторые отметки на самой колбе.
Заряжаясь в течение светового дня, краска на стрелках такого компаса светится в темноте.
Чтобы стрелка не тряслась во время движения человека, этот компас снабжен специальным тормозом. Нажатие на рычажок тормоза приводит к фиксации стрелки, лишая ее возможности совершать движения.
Внутри корпуса под колбой нанесена двойная круговая шкала: внешняя размечена против часовой стрелки, внутренняя — по часовой.
Снаружи корпуса имеется подвижное кольцо с целиком, мушкой и указателем делений.
Данный компас снабжен ремешком для крепления на запястье, не очень удобным, но достаточным для надежного закрепления на руке. Это видно в видео:
Как ориентироваться по компасу — по простому
-
- Синий конец стрелки укажет север, красный — юг… Если станешь лицом туда, куда указывает синий конец стрелки, то слева от тебя будет запад, справа — восток… Но главное — это знать направление (азимут), по которому тебе идти, в противном случае компас бесполезен…
- Посмотрите просто природные ориентиры. А потом про компас. Вы ведь не знаете откуда придте и в какую сторону придте. Но компас нужен всегда!
-
- берешь карту, ставишь рядом компас, далее размечаешь местность по направлению градусов в компасе
- Если идти по направлению стрелки, придешь на северный полюс.
- Нужно проверить намагниченность стрелки просто: поднесите к компасу железный предмет стрелка должна отклониться в его сторону.Если у Вас нет подробной карты местности, то ориентироваться только с помощью компаса можно весьма приблизительно, но и этого будет вполне достаточно, чтобы не заблудится.
Для начала надо привязаться к местности, т. е. выбрать объект (ориентир) , к которому Вы будете возвращаться. Этот ориентир обязательно должен быть линейным , т. е. достаточно протяженным: дорога, четкая просека, линия электропередач, речка и т. п. В этом случае Вы не промахнетесь , возвращаясь назад.
От этого объекта Вы можете уходить в любую сторону примерно под прямым углом. Итак, допустим, Вы стоите у дороги и собираетесь углубиться в лес. Отходим немного от ориентира в нужную Вам сторону и поворачиваемся лицом к дороге. Таким образом, чтобы путь возвращения был примерно перпендикулярен направлению дороги. Держа перед собой компас, поворачиваем его до тех пор, пока стрелка не совпадет с линией север-юг. Держать компас надо так, чтобы стрелка могла вращаться свободно, не задевая за стекло или основание компаса, т. е. строго горизонтально. После этого мысленно проводим линию через центр компаса в направлении пути Вашего возвращения. Если поначалу Вам сложно представить себе такую линию, положите на компас линейку или любой предмет с ровным краем. Удобнее, если эта линейка будет прозрачной. Вместо линейки можно использовать прямую проволочку. На краю колбы прибора есть цифры. Эти цифры обозначают градусы, отсчитываемые от 0 (направление на север) по часовой стрелке. Запоминаем ту цифру, через которую прошла Ваша воображаемая линия возвращения. Это будет азимут обратного движения. Азимут это угол между направлением на север и направлением на ориентир.
Теперь запоминаем цифру, расположенную, на другой стороне лимба. Это направление, которого Вы будете придерживаться, углубляясь в лес.
Многие компасы имеют специальную поворотную часть с метками, которую можно установить, зафиксировав эти два направления. Спортивные компасы имеют линейку, облегчающую процесс визирования (прицеливания в нужном направлении) .Все, можно идти собирать грибы, ягоды. Советую, время от времени поглядывать на компас, уточняя, не слишком ли Вы уклонились от первоначально выбранного направления движения.
Собрались назад. Берем опять в руки компас так, чтобы мысленная линия возвращения проходила через его центр и цифру на краю лимба, указывая вперед. Теперь медленно поворачиваемся вокруг своей оси (компас держим неподвижно) до тех пор, пока северный конец стрелки не совпадет с цифрой 0 (буквой С или N на лимбе) . Совпала? , Значит, Вам возвращаться в ту сторону, куда обращен Ваш взгляд.
- В данном случает вам поможет литература данного сайта. Нет более лучшего описания для новичков. Очень советую.
- КАК ОРИЕНТИРОВАТЬСЯ С ПОМОЩЬЮ КОМПАСА И НАХОДИТЬ СТОРОНЫ СВЕТА
Чтобы ориентироваться с помощью компаса, необходимо расположить компас на ровную поверхность как можно дальше от магнитов и металлических предметов, далее дождаться, пока указательная стрелка остановится и покажет сторону света. Туда, куда показывает острая часть стрелки компаса и будет север, а позади, будет юг, слева будет запад, а справа восток. Вот собственно и вся несложная процедура определения сторон света по компасу. Далее расскажем, как ориентироваться по компасу.КАК ОРИЕНТИРОВАТЬСЯ С ПОМОЩЬЮ КОМПАСА И НАХОДИТЬ ДОРОГУ НАЗАД
Чтобы правильно ориентироваться по компасу в лесу и других местах, необходимо хотя бы немного представлять себе и знать карту местности, где вы будете ориентироваться с помощью компаса. Вы стоите у входа в лес, так вот перед тем, как зайти, определите с помощью компаса стороны света и посмотрите в каком направлении вы входите, соответственно, возвращаться нужно будет в противоположенном направлении. Если лес от вас находится на север, то возвращаться надо на юг.
Погрешность магнитного компаса
Точность измерений, выполняемых с помощью магнитного компаса, зависит от нескольких факторов — цены деления шкалы компаса, магнитного склонения на территории, где производится измерение, а также наличия магнитных аномалий и магнитных девиаций. Коротко рассмотрим каждый из этих факторов.
Цена деления компаса показывает угловое расстояние между соседними засечками на шкале. Таким образом, чем меньше будет «шаг» между двумя засечками, тем точнее можно снимать показания с прибора.
В идеале вся шкала должна быть разбита засечками на 360 секторов. В этом случае цена деления компаса будет равна 1°. Однако чаще всего из-за небольшого диаметра диска, на который нанесена шкала, сделать такое большое количество пометок не представляется возможным, а если и представляется, то пользоваться такой шкалой будет не очень удобно из-за малой толщины засечек. Полагаю, именно поэтому очень часто цена деления компаса составляет не 1°, а увеличивается до 2–5°.
Магнитное склонение, о котором мы подробно рассказывали в отдельной статье, в некоторых случаях может оказывать значительное влияние на результаты измерений из-за отклонения магнитной стрелки компаса. Если не учитывать магнитное склонение, то ошибка в измерениях может достигнуть десятка градусов, а в некоторых случаях — и более того.
Вблизи полюсов Земли магнитный компас практически непригоден для использования из-за того, что нахождение магнитного полюса Земли, на который показывает прибор, может быть в диаметрально противоположном направлении от местоположения географического полюса.
Если магнитное склонение не указано либо указанное значение устарело, а значит с большой долей вероятности неверно, то в некоторых случаях можно найти его самостоятельно, измерив с помощью магнитного компаса азимут на линейный ориентир по карте и на местности и произведя расчет разницы в показаниях.
Магнитная аномалия — это территория, на которой направление магнитного поля имеет существенное отличие от направлений магнитного поля на близлежащих территориях. Это может быть связано, например, с залеганием магнитной руды. Соответственно, в областях с магнитными аномалиями и показания магнитного компаса тоже будут искажены.
На некоторых картах районы с магнитными аномалиями помечаются на рамке там же, где обычно указывается магнитное склонение. В этом случае обычно пишут о границах, в пределах которых может отклоняться магнитная стрелка от направления на истинный меридиан.
Магнитные девиации — это отклонения магнитной стрелки компаса от направления вектора магнитного поля Земли, возникающие при нахождении вблизи прибора намагниченных объектов либо проводника, по которому течет электрический ток. Так, стрелка может отклоняться при нахождении поблизости рации, мобильного телефона, ножа, топора, пилы, транспорта, линии электропередач и даже другого магнитного компаса. Поэтому при выполнении измерений стараются убрать подальше инструменты и электроприборы, а сами измерения проводить в стороне от транспорта, железнодорожных путей и высоковольтных проводов.
По причине магнитных девиаций не стоит покупать нож со встроенным в ручку компасом и браслет выживания, о которых рассказывалось ранее. В них компас сразу встроен в инструмент, который сам может вызывать девиацию, а потому полагаться на точность работы компаса здесь не приходится.
Какие еще бывают компасы
Для полноты картины считаю нужным коротко рассказать и про другие виды компасов, в том числе и немагнитных, работа которых строится немного на других принципах.
Эти компасы отличны по своему строению и обладают отличными от магнитного характеристиками, что в ряде случаев обеспечивает их превосходство над классической «туристской» моделью.
Начнем с гирокомпаса. Принцип действия этого прибора основан на работе гироскопа. В некоторых случаях в состав гирокомпаса может входить не один гироскоп, а несколько.
В отличии от магнитного компаса, гирокомпас показывает направление на истинный север. Существенным отличием его является низкая чувствительность к магнитным полям, вызывающим магнитные девиации в магнитном компасе.
Однако девиации в гирокомпасе все же возникают. Это возможно при резкой смене скорости или курса судна, на котором установлен прибор, или быстрой смене широты. Ввиду сравнительно большой массы гирокомпасы не используются в туризме. Их применение связано в основном с морской навигацией и ракетной техникой.
Следующий прибор навигации, о котором хотелось бы рассказать, — электромагнитный компас.
По сути это электрогенератор, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а рамка с обмоткой самого прибора — ротора. Движение в магнитном поле приводит к возникновению токов, по соотношению которых судят о правильности курса движения.
Электромагнитный компас нашел применение в авиации и морском деле. Его могут устанавливать в определенном положении на самолете или корабле для того, чтобы штурману было проще выдерживать определенный курс. Любое отклонение от курса приведет к отклонению в показаниях приборов, и человек сможет подкорректировать направление и вернуться на правильный курс.
Главное преимущество электромагнитного компаса перед магнитным — нечувствительность к находящимся вблизи намагниченным объектам, если только они неподвижны относительно электромагнитного компаса.
И еще одно средство навигации, о котором хотелось бы упомянуть, — спутниковый компас.
Этот прибор не может работать без источника энергии, но при этом очень точен и указывает именно на Северный полюс.
Спутниковый компас, как и гирокомпас, показывает истинный север. Он работает, получая сигналы от спутников, подобно современным навигаторам. Ввиду этого, такому компасу не страшны ни магнитные девиации, ни магнитные аномалии, ни даже изменение положения магнитного полюса.
Программу, использующую связь со спутником для ориентирования виртуального компаса, можно установить на современный смартфон или планшет, работающий без магнитного датчика.
Однако не стоит полагаться на спутниковый компас в местах, где отсутствует связь со спутниками. Так, например, он будет бесполезен для любителей спелеопрогулок.
Кроме того, не стоит забывать, что этот компас зависим от электропитания: нет заряда батареи — нет показаний прибора.
В целом, говоря о средствах навигации, стоит отметить современную тенденцию перехода от компасов к навигаторам. К сожалению, все больше и больше любителей активного отдыха на природе забывают навыки работы с простым и надежным магнитным компасом, полностью заменяя их быстрой, удобной и комфортной работой с современными навигационными устройствами.
Тем не менее, нужно понимать всю опасность такой ситуации, ведь поломка навигатора, разряженная батарея либо отсутствие связи со спутниками могут стать причиной чрезвычайной ситуации. С компасом такое маловероятно, да и починить или сделать его из подручных материалов куда проще.
Говоря о выборе компаса, я бы порекомендовал планшетный магнитный жидкостный компас. Как по мне, это лучший вариант: он достаточно прост в обращении, легок, не занимает много места и совершенно независим от источников электропитания, что делает его незаменимым устройством почти для любого путешественника. Кроме того, купить такой компас, как правило, не составляет большого труда, ведь бюджетные варианты по низкой стоимости на сегодняшний день в большом ассортименте представлены в специализированных магазинах, а качество их работы не сильно отличается от качества работы дорогих аналогов.
Виды компасов
В наши дни существует несколько видов компаса. Каждый из них был сконструирован для использования в тех или иных условиях:
- Магнитный или самый простой прибор.
- Электромагнитное устройство для ориентирования, применяемое в машинах и самолетах.
- Жидкостный прибор.
- Электронный или современный.
- Гироскопический.
- Радиокомпас.
Магнитный компас
Самый простой и древний прибор для определения горизонтальных направлений – это магнитный компас. Еще его именуют Адриановым в честь российского ученого и инженера-изобретателя. Такой прибор состоит из:
- Корпуса из металла или пластика.
- Циферблата с нанесением делений градусов.
- Намагниченной стрелки, которая взаимодействует с магнитным полем Земли.
Такой стрелочный компас считается самым распространенным и часто используемым прибором туристов, путешественников и геологов. Однако стоит помнить, что прибор вблизи скопления металлов, линий электропередач, магнитных полюсов планеты и в зонах магнитных аномалий может указывать неверное направление.
Электромагнитный компас
Более совершенный прибор, указывающий направление и используемый в самолетах, автомобилях и кораблях, – это электромагнитный компас. Его действие основано на явлении магнитной индукции:
- Рамки с обмотками в нем выступают в роли ротора, а магнитное поле планеты – статора.
- Курс движения указывается благодаря соотношению напряжений, наводимых в обмотках в естественном магнитном поле.
К преимуществам прибора можно отнести отсутствие погрешностей вблизи ферромагнитных материалов и электрических приборов. Первым таким устройствам для работы требовалась большая скорость движения, поэтому они и были изначально использованы в авиации. Считается, что впервые его использовал Чарльз Линдберг в своем знаменитом перелете через Атлантику.
Электронный компас
Разобраться с тем, что это такое простейший компас, невозможно без упоминания более современных приборов для ориентирования на местности, к которым относится электронная разновидность. Устройство является неким аналогом знакомых всем навигаторов:
- Это аккумуляторный прибор, который получает специализированные сигналы от спутника.
- Главным преимуществом электронного компаса принято считать его высокую точность работы, так как в устройстве учитывается магнитное склонение и другие особенности, мешающие точно работать другим разновидностям.
- Основным минусом устройства является привязка к заряду аккумулятора, поэтому его не используют в длительных походах без возможности подзарядки.
Жидкостный компас
Популярное устройство магнитного компаса Андрианова имеет существенный недостаток. В нем стрелка в корпусе располагается в воздушной среде. От этого она долго стабилизируется и слабо применяется при постоянном движении. Поэтому туристу необходимо останавливаться и ждать, чтобы определить точное направление движения.
Эта проблема была решена в 1936 году Туомасом Вохлоненом. Он поместил стрелку в специальную незамерзающую жидкость, которая амортизирует колебания стрелки, увеличивая точность и скорость показания. На большой высоте или при экстремально низкой температуре в жидкости могут образовываться пузырьки, которые никак не влияют на точность показаний и исчезают при нормализации атмосферных параметров.
Радиокомпас
Еще одной разновидностью прибора для ориентирования является автоматический радиокомпас, который еще иногда именуют автоматическим бортовым радиопеленгатором. Этот прибор:
- Настраивается на несущую частоту и указывает не на стороны света, а на объект, излучающий радиоволны.
- Он работает вне зависимости от погодных условий и времени суток.
- Используется в основном в авиации для ориентирования и пространственного сканирования, определения точки нахождения радиопередатчика и выполняет функции резервного приемника радиосигнала.
- С появлением более современных GPS устройств постепенно утрачивает свое значение.
Гирокомпас
Еще один самый точный указатель направления – это гироскопический прибор. Его в основном применяют на морских судах и ракетостроении, в самолетах ведь прибор точнее других указывает на географический, а не магнитный полюс планеты, работает даже при сильном раскачивании морского или воздушного судна. В его основу встроен принцип свойств гироскопа и суточного вращения Земли на основе идей французского ученого Фуко:
- В нем в карданном подвесе встроено вращающееся колесо (ротор).
- Для указания направления ротор удерживается в горизонтальном положении относительно горизонта специальными грузами.
- Сила земного притяжения создает крутящий момент под действием вращения планеты, и ось поворачивается строго на географический север.
Разновидности компаса
Кроме магнитного компаса, который используют туристы и другие любители поездок подальше от цивилизации, существует еще и судовой магнитный компас, который применяется в морском деле.
Типичный судовой компас для туризма не подходит из-за очень больших габаритов и массы
Этот прибор оснащен специальной системой устранения магнитных девиаций, вызываемых металлическими элементами судна. Он имеет большие габариты и вес и поэтому пригоден для использования исключительно на судах или других транспортных средствах.
Существуют и другие типы компасов, работающих на других принципах. К таким компасам, в частности, относятся радиокомпас, гирокомпас и спутниковый компас. Об этих и других моделях можно почитать здесь (Гирокомпас) и здесь (Магнитный компас).
Литература
- Краснов В. Н. История навигационной техники: Зарождение и развитие технических средств кораблевождения / Институт истории естествознания и техники им. С. И. Вавилова РАН.. — М.: Наука, 2001. — 312 с. — 420 экз. — ISBN 5-02-013119-9. (в пер.)
- Коваленко А. П. Тайна «дьявольского» камня / Рецензент: канд. географ. наук А. В. Шумилов; Художник Т. В. Иваншина. — М.: Мысль, 1983. — 104, с. — 50 000 экз. (обл.)
- Коваленко А. П. Приключения путеводной стрелки. — Изд. 2-е. — М.: МАИК «Наука/Интерпериодика», 2001. — 256 с. — 5000 экз. — ISBN 5-7846-0068-0. (обл.) (1-е изд. — М., 1991)
- Крылов А. Н., Поленов Б. К. Компас // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
- Приямвада Натараян. Карта Вселенной. Главные идеи, которые объясняют устройство космоса = Mapping the Heavens The Radical Scientific Ideas That Reveal the Cosmos. — М.: Альпина Нон-фикшн, 2019. — ISBN 978-5-00139-052-7..