Известно, что компас, впрочем как и бумагу, изобрели китайцы. Философ Хэнь Фей-цзы, в 3-м веке до н.э. описал данное устройство так: «Он выглядел как разливная ложка из магнетита, оснащенная тончайшим черенком и тщательно отполированной шарообразной выпуклой частью. Выпуклая часть ложки, монтировалась на отполированной медной, либо деревянной пластине, таком образом, чтобы черенок не прикасался к ней и свободно свисал. При этом сама ложка была способна вращаться по собственной окружности выпуклого основания. На поверхности пластины были указаны страны в виде зодиакальных пометок. Если черенок подтолкнуть, то ложка начинала вращаться. После остановки компас указывал точно на юг». Именно этот прибор и являлся самым древним из известных истории, устройством, для определения сторон света.
В 11 веке, в Китае впервые была создана плавающая стрелка компаса, которую соорудили из искусственного магнита. Достаточно часто ее выплавляли в форме рыбы. Данную рыбу помещали в емкость с водой, где она и «плавала», указывая своей головой в ту или иную сторону, где в этот момент находился юг.
Шэнь Гуа (китайский ученый) примерно в тот же период 11 века разработал несколько вариаций компаса. Он выяснил, что если намагнитить стандартную швейную иглу, а затем присоединить ее посредством воска к шелковой нити в центральной части корпуса, то такой прибор станет показывать направление намного более точно, нежели чем плавающий компас, в силу минимального сопротивления, фиксируемого при повороте. Иной тип компаса, который предложил Шэнь Гуа, очень походил на современный. Здесь намагниченная игла прикреплялась к шпильке. Во всех опытах, которые проводил ученый, выяснилось, что стрелка указывает не точно на юг, а слегка отклоняется в сторону. Он объяснил это тем, что географический и магнитный меридианы образуют угол, вследствие чего не могут совпадать между собой. Потомки Шэнь Гуа сумели вычислить данный угол для всех районов Китая. Его назвали магнитное склонение.
В 11 веке, практически все китайские корабли были оборудованы компасами. Их размещали на корме и на носу судна. Такой подход позволил капитанам беспрепятственно удерживать правильный курс независимо от погодных и сезонных условий.
В 12-м веке, данный компас был заимствован у китайцев арабами. Примерно в этот же период о нем узнали и европейцы. Первыми у арабов компас заимствовали итальянцы. От них он перешел к португальцам, испанцам и французам, а позже к англичанам и немцам. Изначально компас представлял собой кусок пробки и намагниченную иглу, которые плавали в емкости с водой. Чуть позже сосуд стали накрывать стеклом, чтобы устранить внешние явления (ветер). В середине 14-го века магнитную стрелку устанавливали на острие в центре круга из бумаги. Флавио Джойя (итальянец) смог усовершенствовать компас. Он снабдил его бумажным полотном, разделенным на 16-ть румбов (частей), по 4-ре на каждую часть света. В дальнейшем круг уже имел 32-е равные части.
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.
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.
История создания компаса будет интересна не только специалистам. Компас можно смело занести в перечень величайших открытий человечества. Благодаря ему позднее была создана картография, позволившая человеку узнавать о новых Именно компасу мы обязаны Ведь до его появления путешественники ориентировались только по звездам и географическим объектам. Но названные ориентиры сильно зависели от погоды. Обычные облака могли легко обезоружить путника. С момента изобретения компаса указанные проблемы исчезли. Но история создания компаса требует более детального рассказа. Что ж, начнем!
Компас: история его открытия
Само слово «компас» произошло от древнебританского «compass», означавшего «круг». Большинство современных историков утверждает, что компас был изобретен в Китае в I в. до н. э. Хотя есть свидетельства, что данный прибор существовал еще во 2-м тыс. до н. э. В любом случае тогда компас являл собой небольшой кусок намагниченного металла, который был прикреплен к деревянной планке, находившейся в сосуде с водой. Такой компас использовался при движении по пустыням. Также им пользовались астрологи.
История открытия компаса гласит, что в арабском мире он появился в VIII в., а в - только в XII в. Первыми названный прибор переняли у арабов итальянцы. Затем компас начали использовать испанцы, португальцы и французы. Последними о новом приборе узнали немцы и англичане. Но и в то время устройство компаса оставалось максимально простым: магнитная стрелка укреплялась на пробке и опускалась в воду. Именно в воде пробка, дополненная стрелкой, ориентировалась соответствующим образом. В XI в. все в том же Китае появилась стрелка компаса, которую изготовляли из искусственного магнита. Как правило, ее делали в форме рыбки.
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 Их используют для дополнительной проверки или на случай технических неполадок. Таким образом, история создания компаса насчитывает даже не сотни, а тысячи лет.
Создание компаса и его широкое внедрение дало толчок не только географическим открытиям, но и позволило лучше понять взаимосвязь между электрическими и магнитными полями. После начала использования компаса стали появляться новые отрасли научного знания.
Компас с магнитной стрелкой открыл человечеству не только земной шар, но и физический мир во всем его многообразии.
Первенство в открытии свойств компаса оспаривают несколько : индийцы, арабы и китайцы, итальянцы, англичане. Сегодня очень сложно достоверно определить, кому принадлежит честь изобретения компаса. Многие выводы делаются лишь на предположениях, которые выдвигают историки, археологи и физики. К сожалению, многие свидетельства и документы, которые могли бы пролить свет на этот вопрос, не сохранились или дошли до настоящего времени в искаженном виде.
Где впервые появился компас?
Одна из самых распространенных версий гласит, что компас в Китае примерно лет назад («От астролябии к навигационным комплексам», В. Корякин, А. Хребтов, 1994). Куски руды, которые обладали чудесным свойством притягивать к себе мелкие металлические предметы, китайцы называли «любящим камнем» или «камнем материнской любви». Жители Китая первыми обратили внимание на свойства волшебного камня. Если ему придать форму продолговатого предмета и повесить на нить, он занимал определенное положение, указывая одним концом на юг, а другим – на север.
Было удивительным, что отклоненная от своего положения «стрелка» после колебаний вновь занимала первоначальное положение. Китайские летописи содержат указания на то, свойство магнитного камня использовали путешественники, чтобы определять правильное положение при движении по пустыням, когда в небе не было видно дневного светила и звезд.
Первый китайский компас стали использовать при движении караванов через пустыню Гоби.
Значительно позже магнит стал использоваться для ориентирования в мореходстве. Согласно китайским источникам, примерно в V-IV веках до новой эры мореходы стали использовать металлическую иглу, натертую магнитным камнем и подвешенную на шелковой нити. Удивительно, что в то время компас не добрался до Индии и Европы, ведь тогда между Китаем и этими регионами уже налаживалось сообщение. Но греческие тех времен не упоминают о .
Считается, что в Европу компас попал не ранее III века до новой эры через арабских мореходов, которые бороздили воды Средиземного моря. Но отдельные исследователи не исключают, что это полезное приспособление было вновь изобретено , которые самостоятельно открыли эффект, производимый магнитной , подвешенной на тонкой нити.
Компас – удивительно древнее изобретение, несмотря на относительную сложность его устройства. Предположительно впервые этот механизм был создан в Древнем Китае еще в III веке до нашей эры. Позже его заимствовали арабы, через которых этот прибор попал в Европу.
История компаса в Древнем Китае
В III веке до нашей эры в китайском трактате философ по имени Хэнь Фэй-цзы описал устройство прибора сынань, что , как «ведающий югом». Это была небольшая ложка из с довольно массивной выпуклой частью, отполированной до блеска, и тонким небольшим . Ложку ставили на медную пластину, тоже хорошо отполированную, чтобы не было трения. Черенок при этом не должен был касаться пластины, он оставался висеть в воздухе. На пластину наносились знаки сторон света, которые в Древнем Китае были связаны со знаками . Выпуклая часть ложки легко вращалась по пластине, если немного ее подтолкнуть. И черенок в таком случае всегда указывал на юг.
Ученые считают, что форму стрелки магнита – ложку – выбрали не случайно, она символизировала Большую Медведицу, или «Небесный ковш», как называли это созвездие древние китайцы. Работал этот прибор не очень хорошо, так как до идеального состояния отполировать пластину и ложку было невозможно, и трение вызывало погрешности. Кроме того, он был сложен в изготовлении, так как магнетит трудно обрабатывать, это очень непрочный материал.
В XI веке в Китае было создано несколько вариантов компаса: плавающий в виде железной рыбки с водой, намагниченная иголка на и другие.
Дальнейшая история компаса
В XII веке китайский плавающий компас позаимствовали арабы, хотя некоторые исследователи склоняются к мнению, что арабы были авторами этого изобретения. В XIII веке компас попал в Европу: сначала в Италию, после чего он появился у испанцев, португальцев, французов – тех наций, которые отличались развитым мореплаванием. Этот средневековый компас имел вид магнитной стрелки, закрепленной на пробке и опущенной в воду.
В XIV веке итальянский изобретатель Джойя создал более точную конструкцию компаса: стрелка надевалась на шпильку в вертикальном положении, к ней крепилась катушка с шестнадцатью румбами. В XVII веке количество румбов увеличилось, а чтобы качка на корабле не влияла на точность компаса, был установлен кардановый подвес.
Компас оказался единственным навигационным прибором, позволившим европейским мореплавателям ориентироваться в открытом море и отправляться в далекие путешествия. Это послужило толчком к Великим географическим открытиям. Этот прибор также сыграл свою роль в развитии представлений о магнитном поле, о его взаимосвязи с электрическим, что повлекло за собой образование современной физики.
Позже появились новые виды компаса – электромагнитный, гирокомпас, электронный.
Видео по теме
