История изобретения компаса

Реферат по предмету Физика, восьмой класс

Компас — устройство, облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас. Слово «компас», по-видимому, происходит от старинного английского слова compass, означавшего в XIII—XIV вв. «круг».

Рассмотрим устройство магнитного компаса на примере широко распространенного в настоящее время компаса Адрианова (магнитный компас с фосфоресцирующей подсветкой, сконструированный российским топографом В.Н.Адриановым в 1907 году). Компас Адрианова состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка. Северный конец стрелки устанавливается (не точно) 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), разделенная на 120 делений. Цена одного деления составляет 3°, или 50 малых делений угломера. 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) и указатель отсчетов.

Предположительно, компас был изобретён в Китае при династии Сун и использовался для указания направления движения по пустыням. 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.

Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов (простейший гироскоп – быстро вращающееся вокруг своей оси симметрии тело; ось гироскопа стремится сохранять первоначально заданное ей положение в пространстве). Гирокомпас 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. Прототип современного гирокомпаса первым создал Герман Аншютц-Кэмпфе (запатентован в 1908 г.), вскоре подобный при-бор построил Э. Сперри (запатентован в 1911 г.). 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.

Электронный компас построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы, 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.