Компас – простейший и самый древний навигационный прибор. Ориентироваться на местности с помощью компаса просто: намагниченная стрелка всегда указывает на север. Известное каждому школьнику приспособление имеет очень продолжительную и интересную историю.
Глядя на современные астрономические или радиокомпасы, трудно себе представить, что их прототип – кусочек магнитной руды, который люди придумали использовать для поиска направлений – появился задолго до Рождества Христова.
И вновь китайцы
Как и многие другие изобретения, которыми человечество пользуется и по сей день, компас изобрели древние китайцы. По некоторым данным, доисторические компасы появились за три тысячелетия до нашей эры, по другим – не ранее 2-го века до н.э.
Первая версия основывается больше на мифах, чем на исторических фактах. В Китае почитают императора Хуан-ди, который правил страной примерно в 2600 году до Рождества Христова. Ему приписывается изобретение первого компаса, с помощью которого правитель нашел путь в пустыне и спас свое войско от верной гибели. Впрочем, исторически достоверных сведений об этом человеке не существует.
Другая гипотеза гласит, что в эпоху династии Хань (в 1-2-м веке до н.э.) китайцы уже пользовались компасом. Этот компас представлял собой намагниченный предмет с полукруглым основанием, который поворачивался, всегда указывая на одну сторону света.
Достоверно известно, что во времена династии Сун (в 10-13 веках н.э.) у китайцев были компасы, которыми они пользовались для ориентации в пустынях.
Дальнейшее распространение компаса
От китайцев компас попал к арабам. Арабы были неплохими мореходами, они нуждались в средствах навигации, поэтому идея компаса пришлась им по душе. Арабский компас 13-го столетия – это намагниченный предмет, который опускали в сосуд с водой. Минимальная сила трения позволяла предмету свободно двигаться, поворачиваясь в одну из сторон света. В таком виде прототип современного компаса и попал к европейцам.
Европейским мореплавателям навигационный прибор был жизненно необходим, и они быстро усовершенствовали арабское приспособление. Изобретателем европейского компаса, который не просто указывает направление север-юг, но позволяет более точно ориентироваться по сторонам света, является итальянец Флавио Джойя. Он разделил циферблат компаса на 16 делений.
Кроме того, Джойя окончательно установил стрелку на тонкую шпильку (эта идея и прежде использовалась в некоторых моделях компасов), а для снижения силы трения в оси налил в чашу воду. Это произошло в 14 веке. С тех пор конструкция компаса претерпела значительные изменения, но сам замысел Джойя используется во всех современных магнитных компасах и по сей день.
Современные разновидности компасов
Для использования в различных отраслях разработано несколько разновидностей компаса.
Магнитные компасы основаны на действии магнитного поля Земли. Намагниченный элемент всегда занимает положение, параллельное меридианам, и показывает на магнитные полюса планеты. Удачной моделью магнитного компаса является компас, изобретенный нашим соотечественником, талантливым инженером Адриановым и названный его именем.
Это всем известный компас со стрелкой, которую можно остановить с помощью стопора. Для точного ориентирования компас Адрианова снабжен шкалой и двумя дополнительными стрелками (мушка и целик).
Электромагнитный компас использует явление электромагнитной индукции. В таких компасах статором (неподвижной частью) является Земля, а ротором (подвижной частью) – рамка с обмоткой. Электромагнитные компасы применяются в самолетах и судах, поскольку позволяют избежать эффекта намагничивания от металлического корпуса и минимизировать погрешность.
Гирокомпас
основан на использовании особого устройства – гироскопа, и отличителен тем, что указывает не на магнитный, а на географический полюс. Изобретение немецких инженеров начала 20-го века.
Электронные компасы
созданы в последние десятилетия. По сути это не компасы, а приборы, улавливающие сигнал от спутников и показывающие направление по системе спутниковой навигации.
Компас Простейшее механическое устройство - магнитный компас состоит из магнитной стрелки, которая свободно вращается в горизонтальной плоскости и под действием земного магнетизма устанавливается вдоль магнитного меридиана. Компас служит для ориентирования относительно сторон горизонта. История компаса начинается в Китае. В III веке до н. э. китайский философ Хэнь Фэй-цзы так описывал устройство современного ему компаса, который назывался сынань, что означает “ведающий югом”: он имел вид разливательной ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Этой выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или деревянной пластине, так что черенок не касался пластины, а свободно висел над ней, и при этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания. На пластине были нанесены обозначения стран света в виде циклических зодиакальных знаков. Подтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. Успокоившись, компас указывал черенком (который играл роль магнитной стрелки) точно на юг. Форма ковшика была выбрана не случайно. Она копировала форму созвездия Большой Медведицы, называемого в Китае “Небесным Ковшом” (Тянь доу) . Таким был самый древний прибор для определения сторон света. Недостатком такого компаса было то, что магнетит плохо обрабатывается и очень непрочен. К тому же “ведающий югом” был недостаточно точен, по причине сильного трения между ковшиком и поверхностью доски. В XI веке в Китае появилась плавающая стрелка компаса, изготовленная из искусственного магнита. Китайцы обнаружили, что эффект намагничивания наблюдается как при соприкосновении железа с магнитом, так и при охлаждении разогретого до красноты железного куска. Изготавливался намагниченный компас в виде железной рыбки. Она нагревалась докрасна и опускалась в сосуд с водой. . Здесь она свободно плавала, указывая своей головой в ту сторону, где находился юг. При вторичном нагревании рыбка теряла свои магнитные свойства. Упоминание о таком компасе имеется в трактате “Основы военного дела” (“У цзинь цзуняо”), написанном в 1044 г. Несколько разновидностей компаса придумал в том же XI веке китайский ученый Шэнь Гуа (1030-1094), который много работал над исследованием свойств магнитной стрелки. Он предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем прикрепить ее с помощью воска в центре корпуса к свободно висящей шелковой нити. Этот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при своем повороте. Другая конструкция компаса, предложенная Шэнь Гуа, была еще ближе к современной: намагниченная иголка здесь насаживалась на шпильку. Во время своих опытов Шэнь Гуа установил, что стрелка компаса показывает не точно на юг, а с некоторым отклонением, и правильно объяснил причину этого явления тем, что магнитный и географический меридианы не совпадают между собой, а образуют угол. Ученые, которые жили после Шэнь Гуа, уже умели вычислять этот угол (его называют магнитным склонением) для различных районов Китая. В Европе явление магнитного склонения было впервые подмечено Колумбом во время его плавания через Атлантический океан, т. е. на четыре столетия позже, чем его описал Шэнь Гуа. В XI веке многие китайские корабли были оснащены плавающими компасами. Они устанавливались обычно на носу и на корме кораблей, так что капитаны в любую погоду могли держать правильный курс, сообразуясь с их указаниями. В таком виде китайский компас в XII веке заимствовали арабы. В начале XIII века "плавающая игла" стала известна европейцам. Первыми ее переняли у арабов итальянские моряки. От них компас перешел к испанцам, португальцам и французам, а позднее - к немцам и англичанам. Поначалу компас состоял из намагниченной иголки и кусочка дерева (пробки) , плававшего в сосуде с водой. Вскоре догадались закрывать этот сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра. В середине XIV века
История изобретения компаса уходит далеко в прошлое. Первое описание компаса сделал в III веке до нашей эры китайский философ Хэнь Фэй-цзы. Это была разливательная ложка, сделанная из магнетита с узкой ручкой, по форме похожая на шар. Ее устанавливали на пластину из меди и дерева, на которой была сделана разметка знаков зодиака. При этом ручка находилась на весу и могла крутиться по кругу. Ложку приводили в движение, и она всегда при остановке указывала на юг. Это был самый первый компас в мире.
В середине XI столетия в Китае изготовили из искусственного магнита плавающую стрелку. Чаще всего она имела форму рыбы. Ее опускали вводу, где она плавала. Голова рыбки всегда указывала на юг. В тоже время ученый из Китая Шэнь Гуа придумал несколько вариантов компаса. Он намагничивал швейную иглу и с помощью воска крепил ее к висящей нити из шелка. Это был более точный компас, так как было уменьшено сопротивление, возникающее при повороте. В другом варианте он предлагал эту иголку насадить на шпильку. На основании своих опытов изобретатель Шэнь Гуа заметил, что стрелка показывает на юг с небольшим отклонением. Он смог объяснить это разницей между магнитным и географическим меридианом. Позже ученые научились высчитывать это отклонение для разных частей Китая. В XI столетии на многих китайских кораблях стояли плавающие компасы. Их располагали на носу корабля, чтобы капитан всегда мог смотреть на его показания.
В XII веке китайским изобретением воспользовались арабы, а в XIII веке - европейцы. В Европе первыми узнали о компасе итальянцы, потом испанцы, французы, а затем англичане и немцы. Тогда компас представлял собой пробку и намагниченную иголку, плавающую в емкости с водой. Вскоре, чтобы защитить от ветра, ее стали прикрывать стеклом.
В начале XIV века намагниченную стрелку установили на круг из бумаги, а через некоторое время итальянец Флавио Джойя разделил круг на 16 частей, а затем на 32 сектора. В середине XVI столетия стрелку закрепили на карданном подвесе, для снижения влияния качки, а через столетие в истории компаса отмечено появление вращающейся линейки, что увеличило точность показаний. Компас стал первым прибором навигации для прокладывания пути в открытом море. Это позволило морякам отправляться в далекие плавания через океан.
Моё знакомство с этим нехитрым и загадочным прибором состоялось в далёком прекрасном детстве, когда мы всей семьёй пошли за грибами. Мне был выдан простенький ученический компас и произведён инструктаж по ориентированию на местности . Успешно заблудившись, я вытащил навигационное устройство, освободил заветную стрелочку – и пошёл в указанном ею направлении. Дело, к счастью, закончилось благополучно – меня нашли. Давайте же вместе разберёмся, что же такое этот компас, а также, с его помощью, совершим небольшое путешествие в прошлое.
Что такое компас?
Это специальное устройство, обладающее способностью указывать направление на магнитные полюса Земли независимо от своего местоположения. Моряки, чтобы подчеркнуть своё отличие от сухопутных обывателей, щеголяют произношением «компАс».
Конструктивно компасы бывают:
- магнитные . Самый распространённый и лёгкий в изготовлении компас. Его действие основано на одном из свойств магнита – стрелка устройства всегда располагается параллельно линиям магнитного поля планеты (помните школьные опыты с железными стружками?);
- электромагнитные . Эти компасы работают подобно электрогенераторам и, в отличие от вышеназванных, не подвержены влиянию других магнитов . Впервые такое устройство было успешно опробовано в 1927 году Чарльзом Линдбергом в его знаменитом перелёте через Атлантический океан;
- гирокомпасы . Основанные на принципе гироскопа , такие устройства широко используются в морской навигации. Обладают важной особенностью указывать не на магнитный, а географический полюс .
Изобретение компаса
Есть несколько теорий относительно появления компаса (например, последователи самофракийских мистерий ещё в III веке до н.э. знали о свойствах магнита и использовали его в своих ритуалах, а раскопки становищ кочевых народов Средиземноморья свидетельствуют об их знакомстве с «волшебной стрелкой»), но, тем не менее, пальму первенства в данном вопросе удерживает . Первый магнитный компас увидел свет во времена правления династии Сун (960-1279 гг. н.э.) . Несмотря на подробное описание его устройства учёным Шэнь Ко, настоящий изобретатель гениального устройства, увы, неизвестен.
Изобретение компаса, вероятно, произошло во время правления династии Цинь (221-206 н.э.) от китайских гадалок, которые использовали удивительную способность металлизированного предмета поворачиваться на север.
Китайское изобретение
Точно сказать в каком месте был изобретен компас практически невозможно, ведь это было слишком давно и история об этом факте до нас не дошла. Тем не менее многие считают что изобретение создали именно в Китае. Подобие устройства работало для ориентирования во всех местностях, в том числе и в пустынях Китая.
Про изобретение компаса есть только одна древняя запись, когда дневнекитайский идеолог Хэнь Фэй-цзы описал предмет, который сильно похож на устройство, облегчающее ориентирование на местности, такое как мы его сегодня знаем. Уже позже в 1 веке была создана запись, тоже в Китае, про устройство с плавающей стрелкой. В ней говорится, что стрелка была в форме рыбы, а создана из специального материала подобного магниту. Стрелку нужно было опустить в воду, и она уже указывала определенное направление.
Изобретение компаса получило дальнейшее развитие в 8 веке нашей эры, когда намагниченная игла стала применяться в навигационных устройствах на кораблях.
Первый человек, использующий изобретение для навигации был Чжэн Хэ (1371-1435) из провинции Юньнань, который прошел семь рейсов в океане между 1405 и 1433 г.
Уже 12 веке китайские странники поделились знаниями об этой невероятной штуковине с арабами. После чего они подарили его в Европу итальянским морякам. Уже из Италии прибор начал постепенно кочевать по всей Европе, начиная с Центральной Европы где сейчас страна Хорватия . В 14 веке стрелка из магнитного материала была помещена в центр катушки из бумаги.
И лишь в 15 веке начал появляться прибор, предшественник сегодняшнего, когда мальтиец Флавио Джоя поместил намагниченную стрелку на шпильку в виде иглы. Кроме этого он разделил табло компаса на 16 частей, тем не менее через столетие его разделили уже на 32 части. Со времени изобретения компаса он никак не изменился внутри, а модифицировался лишь снаружи, ведь поколение меняется, а значит и вещи должны меняться.
Применение устройства
Сейчас компас используется для идентификации направления в авиации, туризме, охоте, путешествиях и просто при передвижении из одного места в другое. Промышленно выпускаются электронные устройства, но в своей основе все равно используется датчик горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с точки зрения наблюдения.