Что такое компас кратко

Обновлено: 02.07.2024

Ко́мпас — 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.

Содержание

Описание конструкции

Для определения направления в компасе есть картушка – это круговая шкала с 360 делителями (каждая из них отвечает одному угловому градусу), размеченными так, что отчет ведется от нуля по часовой стрелке.

Обычно направлению на север (норд, N) отвечает 0°, на восток (ост, O, E) — 90°, на юг (зюйд, S) — 180°, на запад (вест, W) — 270°. Это главные компасные румбы (страны мира).

История возникновения

История создания компаса была продолжена в XIV веке. Эстафету принял итальянец Ф. Джойя, который сумел значительно усовершенствовать этот прибор. В частности, он решил надеть магнитную стрелку на вертикальную шпильку. Это нехитрое, на первый взгляд, приспособление помогло значительно улучшить компас. Кроме того, к стрелке была прикреплена катушка, разбитая на 16 румбов. Спустя два столетия деление катушки уже составляло 32 румба, а коробку со стрелкой начали помещать в специальном карданном подвесе. Таким образом, качка корабля переставала влиять на компас. В XVII в. компас оборудовали вращающейся линейкой, что помогло более точно отсчитывать направление. В XVIII в. у него появился пеленгатор.

Но на этом история создания компаса не заканчивается. В 1838 г. был найден способ нейтрализации влияния на данное устройство железных изделий корабля. А в 1908 г. появился гирокомпас, ставший основным навигационным прибором. Именно он всегда указывает на север. Сегодня точное направление движения можно узнать при помощи спутниковой навигации, тем не менее много судов оснащены магнитными компасами. Их используют для дополнительной проверки или на случай технических неполадок. Таким образом, история создания компаса насчитывает даже не сотни, а тысячи лет.

Магнитный компас

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

СТРЕЛОЧНЫЙ КОМПАС с арретиром для стрелки. 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.

Это самый распространенный вид магнитного компаса. Он часто применяется в карманном варианте. В стрелочном компасе 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", 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. 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.

Гирокомпас

Гироко́мпас — механический указатель направления истинного (географического) меридиана, предназначенный для определения курса объекта, а также азимута (пеленга) ориентируемого направления. Его идея была предложена французским учёным Фуко.

Устройство

Простейший 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.

Принцип действия

Предположим, ротор начал вращаться вокруг своей оси, направление которой отлично от земной оси. В силу закона сохранения момента импульса, ротор будет сохранять свою ориентацию в пространстве. Поскольку Земля вращается, неподвижный относительно Земли наблюдатель видит, что ось гироскопа делает оборот за 24 часа. Такой вращающийся гироскоп сам по себе не является навигационным средством. Для возникновения прецессии ротор удерживают в плоскости горизонта, например, с помощью груза, удерживающего ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности. В этом случае сила тяжести будет создавать крутящий момент, и ось ротора будет поворачиваться на истинный север. Поскольку груз удерживает ось ротора в горизонтальном положении по отношению к земной поверхности, ось никогда не может совпадать с осью вращения Земли (кроме как на экваторе).

Что такое компас?

Компас – это устройство для ориентирования на местности путём указания на магнитные полюса Земли, стороны света, и другие объекты.

В настоящее время существуют несколько принципиально различных видов компаса: магнитный компас, гирокомпас, астрономический компас, а также компасы, ориентирующиеся на положение искусственных объектов: радиокомпас, спутниковый компас.

История компаса.

Компас это одно из величайших изобретений человечества. Трудно переоценить значение этого изобретения. Появление компаса произвело настоящий переворот в истории путешествий и мореплавании.

Первым появился магнитный компас.

Согласно историческим данным, изобретение компаса произошло в Китае, в 3-ем веке до н.э., в эпоху правления династии Сун, и использовалось для ориентирования в пустынях.

Китайский философ Хэнь Фэй Цзы так описал устройство компаса данной эпохи: компас представлял собой шарообразную ложку с тонким черенком, изготовленную из магнетита и тщательно отполированную в выпуклой части.

Ложку устанавливали своей выпуклой частью на тщательно отполированную медную или деревянную пластину так, чтобы черенок не касался пластины, а располагался над ней свободно. При этом ложка могла свободно вращаться вокруг оси своего основания.

На пластину были нанесены обозначения сторон света. Ложку приводили во вращение, подталкивая черенок ножки. Когда ложка останавливалась, черенок, выполняющий роль магнитной стрелки, указывал направление на юг.

В 11-ом веке в Китае изобрели уже плавающую стрелку компаса, ее делали из искусственного магнита. Намагниченный железный компас, обычно в форме рыбки, нагревался до красноты, а затем опускался в сосуд с водой. Здесь она начинала свободно плавать, а ее голова поворачивалась в сторону юга.

Ученый Шэнь Гуа, живший и творивший в Китае в том же ХI веке, долгое время изучал свойства магнитной стрелки. Им было предложено несколько разновидностей компаса. Используя намагниченную иглу, которую нужно прикрепить воском в центре корпуса к висящей шелковой нити, он установил, что такой компас более точно указывает направление по сравнению с плавающим. Им была предложена и более усовершенствованная конструкция, в которой намагниченная иголка крепилась на шпильку.

В 12-ом веке китайской иглой (компасом) начали пользоваться арабы, от них в 13-ом веке китайская игла стала известна итальянским морякам, затем испанцам, португальцам, французам, немцам и англичанам.

Если вначале компас представлял собой намагниченную иглу на куске дерева, помещенную в сосуд с водой, то позже сосуд стали закрывать стеклом, чтобы защитить поплавок (стрелку компаса) от воздействия ветра.

В 14 веке магнитную стрелку компаса разместили на острие в середине бумажного круга, названного картушкой. Позже итальянец Флавио Джулио сделал огромный шаг на пути усовершенствования компаса, поделив картушку на 16 частей (румбов). Позже круг разделили на 32 сектора. В 16-ом веке стрелку компаса начали крепить на кардановый подвес, что уменьшило воздействие от качки.

В17-ом веке компас дополнили вращающейся диаметральной линейкой с визирами на концах, укреплённой своим центром на крышке коробки над стрелкой, это дало возможность для более точного расчета направления.

Другая версия истории создания компаса.

В древние времена на острове Самофракия проходили Самофракийские мистерии (богослужения), в ходе которых мореплавателям 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, теперь сказать трудно.

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.

Из этого можно предположить, что хотя официально считается, что использование магнитного компаса в Европе для навигации началось приблизительно в 12-ом веке нашей эры, тем не менее судя по косвенным указаниям античных историков средиземноморья, устройства подобные магнитному компасу использовались для ориентации в пространстве различными народами Средиземноморья и Европы уже во втором тысячелетии до нашей эры.

То, что для такого устройства 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.

Виды компасов и принципы работы.

Магнитный компас. Принцип действия магнитного компаса.

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 других магнитов (в частности, вблизи другого компаса), и ферромагнитных (в частности, железных, стальных) предметов.

Электромагнитный компас. Принцип действия.

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.

Первый электромагнитный компас был использован Чарльзом Линдбергом при перелёте через Атлантику в 1927 году.

Гирокомпас. Принцип действия гирокомпаса.

Гирокомпас - это прибор, указывающий направление на земной поверхности либо в пространстве, в его состав входит один или несколько гироскопов. Гирокомпас используется почти повсеместно в системах навигации и управления крупных морских судов, и летающих аппаратов.

Прототип 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 надёжностью и удобнее в эксплуатации.

В отличие от магнитного компаса показания гирокомпаса 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 орудий боевого корабля.

Морской гирокомпас, как правило, очень тяжел. В некоторых конструкциях вес морского гироскопического ротора превышает 25 кг.

Авиационные гирокомпасы наоборот делают малогабаритными и легкими.

Принцип действия гирокомпаса.

Простейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости, либо расположенного на кардановом подвесе. Ротор гироскопа вращается вокруг оси с большой скоростью (частотой), что обеспечивает фиксацию этого направления в пространстве и измерения отклонений от этой оси.

Ко́мпас (в профессиональной речи моряков: компа́с) — устройство, облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас.

Содержание

Магнитный компас

История создания

Предположительно, 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.

Рассмотрим для примера компас Адрианова. Компас Адрианова состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка 3. В разарретированном состоянии стрелки её 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.

Принцип действия

Электромагнитный компас

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

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.

История создания

Прототип 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.

Устройство

Принцип действия

Электронный компас

Здесь 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 собой лишь приборы с индикацией путевого угла в виде компаса.

История создания

История создания электронного компаса тесно связана с системами спутниковой навигации.

Принцип действия

Принцип действия такого компаса весьма прост:

На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта)
Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.
Выжидается некоторый интервал времени.
Повторно определяется местоположение объекта.
На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения и из него:
- направление движения
- скорость движения
Осуществляется переход к шагу 2.

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).

Ориентирование на местности

Определение 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 её 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.

Компас – это специальное устройство, основой которого является магнитная стрелка, всегда указывающая направление на север. Он является важнейшим прибором из тех, что используются для ориентации на местности.

Чаще всего стрелка закреплена на центральном шарнире и может свободно вращаться вокруг него. У стрелки два конца, обычно красным цветом окрашен тот из них, что указывает на север. Стрелка и шарнир спрятана под прозрачным стеклом, а на периферии круга нанесена шкала, с помощью которой можно измерять углы.

Магнитная стрелка ориентируется вдоль линий магнитного поля Земли. Это значит, что указывает она не на географический, а на магнитный полюс Земли. Вблизи магнитных полюсов (на расстоянии до 200 км от них) стрелка будет стремиться повернуться вниз, к центру Земли, а потому там компас бесполезен. Также он не будет правильно работать в районах магнитных аномалий и вблизи источников магнитного поля.

Компас нужен для того, чтобы в любой момент можно было определить направление на север, а значит, и на все остальные стороны света. Например, вы собрались в поход к озеру и по карте определили, что оно находится на северо-востоке. Именно компас поможет узнать, какое направление соответствует северо-востоку. Конечно, сегодня есть спутниковые навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС) и онлайн-карты, из-за которых значимость компаса уменьшилась. Однако его преимущество заключается в том, что для применения компаса не нужно электричество, а также он не зависит от интернет-покрытия в регионе, а ведь в глухом лесу телефон с мобильным интернетом часто просто не ловит сигнал. Поэтому и сегодня любители турпоходов обязательно берут с собой компас.

Изобрели компас в Китае. Одни источники говорят, что китайцы стали использовать его примерно в 950-1100 г.г., но другие источники сообщают, что компас был им известен ещё в 200 г. до н. э. В Европу же компас привезли венецианцы в XII в. Без этого устройства европейские моряки не смогли бы совершить свои Великие географические открытия.

Читайте также: