Одно из четырех великих китайских изобретений: компасы, которые изобрели еще в III веке до нашей эры сегодня – сложные и высокоточные устройства. Часто их связывают с развитием мореплавания: действительно, прибор для определения сторон света сыграл решающую роль в путешествиях по морям и океанам, хотя исследователи склоняются к тому, что первые компасы использовали для ориентации в пустынях.
Первые компасы выглядели как разливательные ложки из магнетита с шарообразной «чашкой» и тонким легким черенком. Выпуклую часть устанавливали на тщательно отполированную пластину так, чтобы черенок оставался в воздухе. При этом ложка свободно вращалась вокруг свой оси – после того, как устройство раскручивали, оно останавливалось так, что черенок всегда указывал на юг.
Позже, в XII – XIII веках, появилась плавающая стрелка компаса. Намагниченную иголку укрепляли на пробке и опускали в сосуд с водой. В отличие от первых устройств, намагниченный указатель не терся о поверхность, а значит и повысилась точность приборов.
Устройство усовершенствовал итальянец Флавио Джойя. Он привел его практически к тому виду, в котором компасы известны сегодня: магнитную стрелку он насадил на шпильку, чтобы не было необходимости опускать ее в воду. И прикрепил размеченный на 16 секторов диск. В XVI веке картушку разделили уже на 32 сектора, а устройство со стрелкой начали помещать в кардановом подвесе, чтобы устранить влияние корабельной качки на точность прибора.
Классический вид
Белая шкала градусов в корпусе под стеклом, фосфоресцирующие метки на указаниях сторон света и магнитной стрелке, фиксатор – арретир, чтобы стрелку фиксировать. Знакомый прибор мог лежать в ящике стола во время Советского Союза – это компас Адрианова, впервые сконструированный в 1907 году. Сегодня его можно назвать чуть ли не классическим примером магнитного прибора.
Сегодня магнитные компасы в разы точнее предшественников и различаются в зависимости от задач, для которых их используют. Жидкостной компас, предшественником которого и была намагниченная иголка в сосуде с водой – тоже разновидность магнитного компаса. При этом, отчасти превосходящая конструкции на жесткой основе. Привычная магнитная стрелка запаяна в герметичную колбу с незамерзающей смесью. Вязкая жидкость быстрее останавливает стрелку и уменьшает ее колебания и вибрации. Часто такие компасы используют спортсмены.
Сложнее туристических аналогов устроены геологические или горные компасы. Вдобавок к классической шкале, в геологических компасах установлен клинометр – устройство для измерения вертикальных углов. А круговая шкала градусов, в отличие от классических аналогов, размечена не по, а против часовой стрелки. Это связано с другой системой определения азимута. Для его измерения на определённую точку, северную сторону компаса направляют на объект. Компас горизонтально выравнивают и отпускают стрелку из фиксированного положения. Азимутом на объект будет тот отсчет по шкале, на который указывает северный конец стрелки.
Гирокомпас
Гирокомпасы точнее приборов с намагниченной стрелкой. Часто их устанавливают на судах для определения курса и азимута и используют в ракетной технике. Гирокомпасы указывают не на магнитный полюс, который является условной точкой, в которой магнитное поле Земли направлено под углом 90° к поверхности, а на истинный географический: точку, через которую проходит ось вращения Земли. Кроме того на точность гироскопических компасов не влияют намагниченные части судна.
Гироскоп способен реагировать на изменение углов ориентации тела, на котором он установлен. Это свойство и используется в конструкции гирокомпаса. Вращающийся ротор, установленный в кардановом подвесе, способен свободно ориентироваться в пространстве. В современных устройствах кардановый подвес заменяют камерами, которые снижают сопротивление при вращении гироскопа. Например, это герметичные сферы, заполненные водородом, в которых соприкосновение камеры с дном сосуда и крышкой регулируют с помощью водной струи.
Минусом гирокомпасов называют сложность устройства, а также определенную инерционность. То есть при резких маневрах судна гирокомпасу требуется время, чтобы восстановить показания.
Электронный и электромагнитный спутниковый
Спутниковые приборы практически лишены недостатков магнитных компасов и гирокомпасов. Такие приборы определяют оси системы координат, связанной с судном, относительно осей геоцентрической системы координат на основе сигналов спутников.
Спутниковый компас состоит из двух или трех антенн для приема сигналов спутниковой системы. На экран может выводиться информация о курсе и позиции судна относительно дна, скорость и координаты. При этом спутниковые компасы быстро предоставляют информацию после включения, в отличие от магнитных и гироскопических приборов им не нужно время на остановку инерции.
Спутниковые компасы определяют курс с точностью до десятых градуса, вне зависимости от качки на судне или маневров.
По материалам из открытых источников
Иллюстрация: Александр Бурмистров / "Научная Россия"
