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.

Уже в глубокой древности люди научились определять свое положение в пространстве, ориентируясь по четырем сторонам горизонта. Известно, что точки соприкосновения солнца с горизонтом во время восхода и захода показывают направления на восток и запад, юг определяется положением солнца в зените, а север находится противоположно югу. По этим четырем направлениям были сориентированы уже жертвенники трипольской культуры VI-III тысячелетий до н. э. Можно определить направление также по положению звезд , кроме того, есть достаточно примет-указателей, основанных на наблюдениях за природой. Но как сориентироваться, к примеру, в пасмурный день в море или в пустыне, где нет ни деревьев, ни муравейников?

В этом случае невозможно обойтись без компаса прибора для ориентирования относительно сторон горизонта, который указывает направление географического или магнитного меридиана.

Компас «колесница, указывающая на юг».

Все многочисленные разновидности компасов можно разделить на магнитные и немагнитные. Традиционно считается, что сначала были изобретены магнитные компасы, действие которых основано на взаимном притяжении или отталкивании двух магнитов. Однако существует китайская легенда об изобретенной гораздо раньше «колеснице, указывающей на юг», первом немагнитном компасе.

Согласно этой легенде, Желтый император Хуан-ди начал войну с племенем императора Янь-ди . Во время боевых действий колдун Чи Ю напустил густой туман, чтобы люди Хуан-ди заблудились. Но с помощью колесницы, указывающей на юг, они нашли правильный путь и в конечном итоге одержали победу. По преданию, это произошло около 2600 г. до н. э., но реальные исторические сведения относят изобретение устройства к III в. Суть его в том, что на колеснице устанавливалась фигурка человека, которая указывала на юг независимо от направления движения. Сложный зубчатый механизм колесницы учитывал разницу в количестве оборотов ее колес при поворотах и разворачивал фигурку лицом к югу.

Простейший магнитный компас состоит из намагниченной стрелки, которая свободно вращается в горизонтальной плоскости и ориентируется вдоль магнитного меридиана. Наша планета также является магнитом. Противоположные полюса магнитов притягиваются, одноименные отталкиваются. При ориентировании с помощью современного компаса за точку отсчета берется север, поэтому традиционно считается, что стрелка компаса как раз и показывает на север, хотя на самом деле это не совсем так. Концы магнитной стрелки указывают на магнитные полюса Земли, которые не совпадают с географическими, да еще и медленно дрейфуют. До сих пор условно полагают, что Северный магнитный полюс находится на острове Сомерсет, в 2100 км от географического Северного полюса, хотя это было справедливо полвека назад. К тому же на точность показаний компаса влияют находящиеся вблизи металлические предметы или магниты, электронные приборы, залежи металлических руд, а также магнитные бури.

Остров Сомерсет в окружении других островов. Спутниковый снимок.

Первый, довольно примитивный, магнитный компас, о котором имеются достоверные исторические данные, был изобретен в Китае. Когда именно это произошло, точно неизвестно, но в III в. до н. э. философ Хэнь Фэй-цзы так описывал устройство современного ему компаса, который назывался «сынань», что означает «ведающий югом»: он имел вид ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или деревянной пластине так, чтобы черенок не касался пластины, при этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания.

На пластину были нанесены обозначения стран света. Подтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. Остановившись, компас указывал черенком, который играл роль магнитной стрелки, в сторону юга.

В XI в. было сделано следующее наблюдение: эффект намагничивания проявляется не только при соприкосновении магнита с железом, но и при охлаждении железа, раскаленного докрасна. Это открытие легло в основу компаса, изготовленного в виде железной рыбки, которую нагревали и опускали в сосуд с водой. Рыбка плавала в воде, поворачиваясь головой в сторону юга. Если же ее нагревали повторно, она теряла магнитные свойства. Такой компас упоминается в трактате «Основы военного дела» («У цзинь цзуняо»), написанном в 1044 г.

Китайские мореплаватели раньше других начали ориентироваться по магнитным компасам.

Китайский магнитный компас.

Если оказаться с магнитным компасом между северным географическим полюсом и северным магнитным полюсом, северный конец стрелки будет показывать на юг, а южный на север. В районе магнитного полюса стрелка, подвешенная на нити, стремится развернуться вниз, вдоль магнитных линий Земли.

Примерно в это же время несколько разновидностей компаса изобрел китайский ученый Шэнь Гуа. Он предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем за середину прикрепить ее с помощью воска к свободно висящей шелковой нити. Этот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при повороте. Другая конструкция компаса, предложенная Шэнь Гуа, была еще ближе к современной: намагниченная иголка в нем 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, а образуют угол (его называют магнитным склонением).

Вскоре большинство китайских кораблей были оснащены компасами, состоящими из намагниченной иголки и кусочка пробки, плававшего в сосуде с водой. В таком виде китайский компас в XII в. заимствовали арабы, а еще через сто лет «плавающая игла» стала известна европейцам. Первыми ее переняли у арабов итальянские моряки. Именно они начали закрывать сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра. Европейское название этого устройства предположительно происходит от вульгарного латинского compassare «измерять».

В середине XIV в. магнитную стрелку поместили на острие в середине бумажного круга картушки. Затем итальянец Флавио Джойя усовершенствовал компас, разделив картушку на 1 б частей (румбов) по четыре на каждую страну света. Позднее круг был разделен на 32 равных сектора. В XVI в. для уменьшения воздействия качки стрелку стали крепить на кардановом подвесе, а еще век спустя компас снабдили пеленгатором вращающейся линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направление. Компас произвел такой же переворот в мореплавании, как порох в военном деле. Вооружившись компасом, испанские и португальские моряки в конце XV в. отважились на далекие плавания через океан.

В настоящее время магнитные компасы используются в основном туристами, топографами, геологами, а также в спортивном ориентировании и в качестве дополнительного средства морской навигации. С начала XX в. в мореплавании начали употреблять немагнитные гирокомпасы. В отличие от магнитных они указывают точно на географические полюса Земли, к тому же не испытывают влияния внешних магнитных полей.

Принцип действия гирокомпаса основан на свойствах гироскопа и суточном вращении Земли. Фактически гирокомпас и есть гироскоп вращающийся ротор, установленный в кардановом подвесе, дающем оси ротора возможность свободно изменять положение в пространстве. При вращении ротор сохраняет свою пространственную ориентацию в силу закона сохранения момента импульса. Сам по себе вращающийся гироскоп не является навигационным средством. Чтобы возникла процессия, ось ротора, например с помощью груза, удерживают в горизонтальном положении по отношению к поверхности Земли. При этом сила тяжести создает крутящий момент, в результате чего ось ротора поворачивается на истинный север.

Гироскоп был изобретен Иоганном Боненбергером предположительно в 1813 г. В 1852 г. французский ученый Фуко усовершенствовал гироскоп и впервые использовал его как прибор, показывающий изменение направления. Первый несовершенный гирокомпас был создан в 1885 г. датчанином Мариусом Герардусом ван ден Босом. Через 20 лет немецкий ученый Герман Аншютц-Кем-пфе на его основе создал и запатентовал свою модель гирокомпаса, рассчитывая использовать его при путешествии к северному полюсу на субмарине.

Еще через пять лет очередной вариант гироскопа запатентовал американец Элмер Сперри, основавший для его производства компанию Sperry Gyroscope. И все бы ничего, но Сперри рискнул предложить свою разработку германскому военно-морскому флоту, после чего Аншютц-Кемпфе обратился

в суд с иском о нарушении американцем патентного законодательства. В качестве патентного эксперта был приглашен сам Альберт Эйнштейн, который, хотя и после некоторых колебаний, подтвердил авторское право Аншютц-Кемпфе. В дальнейшем Эйнштейн участвовал в других разработках немецкого изобретателя, в частности в создании двухроторного гироскопического прибора, названного компасом Эйнштейна Аншютца.

Леон Фуко.

В последние годы широкое распространение получили электронные компасы, оснащенные блоком магниторезисторов микроэлектромеханических систем, определяющих свое относительное положение в магнитном поле Земли. Также к электронным средствам навигации можно отнести устройства, определяющие координаты посредством спутниковых систем (GPS, ГЛОНАСС). Такие навигаторы определяют местоположение объекта, измеряя расстояние до него от точек с известными координатами от спутников, находящихся на околоземной орбите. Строго говоря, эти устройства не являются компасами в классическом смысле, поскольку представляют собой всего-навсего приборы с индикацией путевого угла. Тем не менее ожидается, что развитие навигации в будущем будет происходить именно в этом направлении.

Группа ученых из России и США изобрела световой компас: луч, проходящий через облако атомов рубидия, точно определяет размер и ориентацию магнитного поля. В присутствии магнитного поля ориентация атомов менялась тем или иным способом, и эти изменения были хорошо видны в свете, свидетельствуя и об определенной величине, и о направлении магнитного поля.

Магнитный компас – одно из величайших открытий в истории человечества. Именно благодаря этому прибору стали возможны Великие географические открытия.

Что представляет собой компас и для чего он нужен?

Компас – это удивительный прибор, используя который вы всегда сможете определить ваше точное местоположение относительно сторон света. Бесспорно, его изобретение – это одно из величайших достижений человечества, благодаря которому были совершенны все великие географические открытия. Изобретение этого прибора имеет для мореплавания такое же значение, как начало использования пороха в военном деле. Благодаря компасу, на новый уровень поднялась картография.

Чтобы точно прокладывать маршруты (прежде всего по морю), необходимо знать, где вы находитесь и в какую сторону направляетесь. Древние мореходы определяли свое месторасположение с помощью солнца и звезд. Но далеко не всегда они были видны. В старину корабли старались не выходить в открытое море и держаться неподалеку от берегов. По ориентирам на берегу, мореходы и определяли свое положение.

Только изобретение компаса и секстанта дало возможность совершать дальние путешествия и открывать далекие земли. Кто изобрел компас - точно неизвестно. Считается, что этот прибор был изобретен в древнем Китае. Однако потом он был неоднократно усовершенствован, и тот прибор, который существует сегодня, очень мало похож на своего далекого предка.

Принцип работы компаса заключается в том, что магнитная стрелка взаимодействует с магнитным полем Земли и располагается вдоль силовых линий планеты.

Проще говоря, магнитная стрелка всегда будет повернута вдоль магнитной линии Земли. Один ее конец будет указывать на Северный магнитный полюс нашей планеты, а второй – на Южный полюс.

Изобретение компаса

Какой же народ первым догадался использовать магнитное поле Земли для определения своего точного положения относительно сторон света? Ученые считают, что это были китайцы.

Историки предполагают, что первый компас был изобретен в Китае во время династии Хань. Именно китайцы обнаружили удивительные свойства магнитного железняка. Правда, использовали они этот минерал сначала не для навигации, а для гаданий. Их описание можно найти в старинном китайском трактате «Луньхэн».

Китайцы первыми придумали использовать намагниченное железо для определения сторон света. Даже называется имя ученого - Шень Гуа, который жил при династии Сун. Сначала из магнитного железа отливались специальные формы, которые потом помещали в сосуд с водой. В 1119 году Чжу Юй предложил использовать компас с иглой. Об этом сообщается в китайском трактате «Застольные разговоры в Нинчжоу».

Есть описание еще одного древнего китайского компаса, выполненного в виде ложки с тонким черенком. Ложку изготавливали из магнитного материала. Ее устанавливали на полированную поверхность, так чтобы черенок ложки не касался поверхности. Именно он и показывал стороны света. Полированная поверхность часто была украшена знаками Зодиака или обозначениями стран мира.

Этот прибор причисляют к четырем великим китайским изобретениям: пороха, бумаги, книгопечатания и компаса. Но, как вы понимаете, информация о той далекой эпохе довольно туманна и неопределенна, поэтому многие ученые сомневаются в этом.

Компас в Европе и на Востоке

Считается, что древние китайцы использовали компас для путешествия по пустыням. Также им были оснащены китайские корабли.

В XII веке подобный прибор появился у арабов. Остается не совсем понятным: сами они изобрели его или позаимствовали у китайцев. В Европе компас появился в XII или XIII веке. Некоторые ученые считают, что европейцы позаимствовали его устройство у арабов, другие доказывают, что они додумались до этого изобретения самостоятельно. Первыми использовать компас стали итальянские моряки.

Упоминания об этом приборе можно встретить у Кипчаки в 1282 году и у ал-Макризи. Оба они описывают использование компаса на море. От итальянцев его переняли испанцы и португальцы, а затем англичане и французы. Именно использование данного прибора позволило европейцам открывать новые континенты, пересекать океаны и совершить первое кругосветное путешествие.

Как выглядели первые приборы?

В то время компас сильно отличался от того прибора, который мы привыкли видеть сегодня. Сначала он представлял собой емкость с водой, в которой плавал кусочек дерева или пробки, в него была вставлена магнитная стрелка. Чтобы защитить сосуд от ветра и воды, его стали накрывать стеклом.

Такой прибор был не очень точен. Магнитная стрелка напоминала толстую иголку. Стоит добавить, что первые приборы стоили весьма дорого, и приобрести их имели возможность только очень состоятельные люди. Затем произошло усовершенствование этого прибора.

В XIV веке итальянский ученый Флавио Джойя предложил посадить магнитную стрелку на вертикальную ось, а к стрелке прикрепить катушку, разбив ее на 16 румбов. Это нововведение очень понравилось морякам. Через столетие катушку разбили уже на 32 румба, и она стала еще более удобной. Сам же компас стали помещать в специальный подвес, чтобы уменьшить на него влияние морской качки.

В XVII столетии появился пеленгатор – специальная линейка с визирами, которая была закреплена на крышке. Прибор стал еще более удобным.

Современные приборы

В наши дни, несмотря на появление спутниковой навигации, гирокомпаса, обычный магнитный компас продолжает верой и правдой служить людям. Конечно, современные приборы мало напоминают своих средневековых предшественников. Они сделаны с использованием новейших технологий и материалов.

Сегодня обычным магнитным компасом чаще всего пользуются туристы, геологи, альпинисты, путешественники и просто любители экскурсий и походов. Корабли и самолеты уже давно используют другие, более совершенные приборы. Электромагнитный компас, который исключает помехи от металлического корпуса судна, гирокомпас, точно указывающий на географический полюс или приборы спутниковой навигации.

Но из всех приборов, которые указывают направление и стороны света, обычный компас является самым простым и неприхотливым. Для него не нужно электричество, он прост, удобен и надежен. И всегда укажет вам нужное направление в надежную гавань.

Инструкция

Идея создания компаса принадлежит древним китайцам. В III веке до н.э. один из китайских философов описывал компас того времени следующим образом. Это была разливательная ложка из магнетита, у которой был тонкий черенок и хорошо отполированная шарообразная выпуклая часть. Опиралась ложка своей выпуклой частью на такую же тщательно отполированную поверхность медной или деревянной пластины, при этом черенок пластины не касался, а свободно висел над ней. Таким образом, ложка могла вращаться вокруг своего выпуклого основания. На самой пластине были нарисованы стороны света в виде зодиакальных знаков. Если специально подтолкнуть черенок ложки, она начинала вращаться, при этом, останавливаясь, черенок всегда указывал точно на юг.

Все в том же Китае в XI веке придумали плавающую стрелку компаса. Делали ее из искусственного магнита, обычно в форме рыбки. Ее помещали в сосуд с водой, где она свободно плавала, а остановившись, также всегда указывала головой на юг. Другие формы компаса в том же веке были придуманы китайским ученым Шэнь Гуа. Он предлагал намагнитить обычную швейную иглу о природный магнит, а затем прикрепить эту иглу в центре корпуса к шелковой нити с помощью воска. Так получалось меньшее при повороте иглы, чем в воде, а потому компас показывал более точное направление. Еще одна модель, предложенная ученым, предполагала крепление не к шелковой нити, а к шпильке, что больше напоминает современную форму компаса.

Почти на всех китайских кораблях в XI были установлены плавающие компасы. Именно в таком виде они распространились в мире. Сначала их в XII веке переняли арабы. Позже магнитная игла стала известна и в европейских странах: сначала - в Италии, затем - в Португалии, Испании, Франции, позднее - в Англии и Германии. Сначала намагниченная игла на кусочке дерева или пробки плавала в сосуде с водой, позже сосуд догадались закрыть стеклом, а еще позже магнитную стрелку догадались размещать на острие в центре бумажного круга. Затем компас был усовершенствован итальянцами, к нему была добавлена катушка, которая делилась на 16 (позже - 32) равных секторов, указывающих на стороны света (сначала по 4, а позже по 8 секторов для каждой из сторон).

Дальнейшее развитие науки и техники сделало возможным создание электромагнитного варианта компаса, который более совершенен в том плане, что не предусматривает отклонений из-за наличия ферромагнитных деталей в том транспортном средстве, на котором он используется. В 1908 году немецкий инженер Г. Аншютц-Кэмпфе создал прототип гирокомпаса, преимуществом которого стало указание направления не на магнитный северный полюс, а на истинный географический. Для навигации и управления крупными морскими судами почти повсеместно используется именно гирокомпас. Современная эра новых компьютерных технологий позволила придумать электронный компас, создание которого связано, прежде всего, с развитием системы спутниковой навигации.

«Компас» доклад для детей кратко расскажет Вам историю открытия этого предмета. Также доклад о компасе можно использовать во время подготовки к занятию.

Сообщение о компасе

Компас представляет собой прибор для поиска сторон горизонта при помощи магнитной стрелки, которая указывает направление на юг и север. Его изобрели много столетий назад, и он сразу же стал использоваться путешественниками. Компас был первым навигационным прибором, позволивший морякам выходить в открыто море.

Где и когда появился первый компас?

В III веке до н. э. в Китае изобрели прибор, который указывал на стороны света. Внешне он напоминал ложку с тонким черенком и выпуклой шарообразной частью. Изготавливалась она из магнетита. Отполированную выпуклую часть ложки ставили на деревянную или медную пластину, также отполированную. Черенок свободно висел над пластиной, а вот ложка вращалась вокруг оси выпуклого основания. На пластине были обозначены страны света. Стрелка компаса, находящаяся в покое, всегда показывала точно на юг. Этот древний компас назывался сынань, то есть «ведающий югом».

В ХI веке китайцы изобрели плавающую стрелку компаса из искусственного магнита.Железный компас тогда имел форму рыбки. Вначале его нагревали до красноты, а потом опускали в сосуд с водой. «Рыбка» начинала плавать, и ее голова указывала в южную сторону. Шэнь Гуа, ученый из того же Китая, предложил парочку разновидностей компаса: с намагниченной иглой и шелковой нитью, с намагниченной иголкой и шпилькой. В ХII веке компас с магнитной иглой использовался арабами, а спустя столетие итальянцами, французами, испанцами и португальцами.

В XIV веке магнитную стрелку стали размещать на острие в середине круга из бумаги – картушки. Следующий, кто усовершенствовал компас, был итальянец Флавио Джулио. Он разделил бумажный круг на 16 частей. В XVII веке его усовершенствовали вращающейся линейкой с визирами, которая позволяла более точно рассчитать направление.

Из чего состоит компас?

Устройство прибора зависит от вида компаса. Выделяют следующие его разновидности: гирокомпас, магнитный компас, электронный компас. Основной частью обычного магнитного компаса является компас со шпилем в центре. На конце шпиля находится магнитная стрелка, а сам корпус сверху прикрыт стеклом.

Компас: интересные факты

• До изобретения и распространения компаса, моряка на своих кораблях не выходили в открытое море, чтобы не заблудиться.
• В Европу компас привезли венецианские купцы.
• До китайцев что-то наподобиекомпаса использовали индейцы. В Сан-Лоренцо Теночтилан ученые нашли изделие из гематита, датируемый1000 годом до н.э. Но магнитный железняк все же открыли китайцы.
• Можно самому сделать компас из блюдца с водой и намагниченной иглы.

Надеемся, что доклад про компас помог узнать много полезной информации о нем. А краткий рассказ о компасе Вы можете оставить через форму комментариев ниже.