Компас – прибор для определения направлений на местности. Предположительно это слово произошло от английского «compas», что в XIII—XIV вв. переводилось как «круг». По принципу действия компасы различаются на несколько видов: электронный, магнитный и гирокомпас.
Историки предполагают, что первый компас появился при династии Сун в Китае и использовался для ориентирования в пустыне. Появление первого европейского компаса относят к XII—XIII вв., его устройство отличалось простотой – в сосуде с водой находилась пробка с закрепленной на ней магнитной стрелкой. Пробка плавала на поверхности воды и стрелка занимала определенное положение.
Значительно улучшил работу компаса итальянец Флавио Джойя (начало XIV в.). Именно он предложил делить круг компаса на румбы, а саму стрелку надел на шпильку для ее лучшего вращения. Уже позже, лишь в XVI веке, саму коробку компаса стали устанавливать на подвесе, чтобы во время шторма или сильного волнения на море компас не ошибался в указании направления. В это же время решили более уточнить направление движения и разделили картушку (круг компаса) на 32 румба. И только в XVII веке у компаса появилась вращающаяся диаметральная линейка с визирами на концах, так называемый пеленгатор.
Для того чтобы представить принцип действия этого устройства, рассмотрим в качестве примера компас Адрианова, состоящий из корпуса и магнитной стрелки, закрепленной в центре на острой игле. В своем рабочем состоянии северный и южный концы стрелки указывают, соответственно, на Северный и Южный магнитные полюса. Когда компас находится в нерабочем состоянии, его стрелка закрепляется специальным устройством – арретиром.
Магнитное поле Земли действует своей горизонтальной составляющей на поле от постоянных магнитов компаса, в результате чего магнитная стрелка компаса принимает определенное положение вдоль силовых линий магнитного поля. Благодаря этому, стрелка всегда указывает одним из своих концов на Северный магнитный полюс Земли.
Электромагнитный компас
Работа электромагнитного компаса основана на принципе действия электрогенератора, где роль статора исполняет магнитное поле Земли, вместо ротора используются одна или несколько рамок с обмотками. Образующийся при движении в магнитном поле перепад напряжения между обмотками определяет направление.
Достоинством этого вида компаса, по сравнению с обычным, является его независимость от воздействий расположенных поблизости намагниченных тел или постоянных магнитов. Это объясняется тем, что они не создают дополнительных токов в обмотках компаса.
Гирокомпас
Главным отличием гирокомпаса является то, что он указывает направление на географические полюса Земли, а не на магнитные. Именно поэтому этот вид компаса используется в навигационных системах крупных судов. В состав этого устройства входит один или несколько гироскопов.
Первый гирокомпас, ставший прототипом для современных приборов, был создан и запатентован Германом Аншютц-Кэмпфе в 1908 году. Подобное устройство сконструировал и запатентовал Э.Сперри в 1911 году. Современные приборы гораздо надежнее, имеют более совершенную конструкцию, высокую точность и удобнее в использовании, хотя принцип их работы не изменился.
Самый простой гирокомпас имеет в своем составе плавающий в жидкости полый шар, внутри которого подвешен гироскоп. В случае, когда ось гироскопа горизонтальна, центр тяжести полого шара с гироскопом находится внизу на оси шара. При отсутствии воздействия на систему внешних сил ось вращения гироскопа имеет неизменное положение в пространстве. При суточном вращении Земли ось гироскопа меняет свое положение, чтобы совпасть с осью вращения Земли. Таким образом, стрелка гирокомпаса совпадает с направлением север-юг. Такое изменение в положении оси гироскопа называется прецессией. Работа гирокомпаса находится в зависимости от вращения Земли и особенностей положения ротора гироскопа и его подвеса. В современных гироскопах предусмотрена поправка на широту и компенсация девиации компаса.
Электронный компас
В настоящее время широкое применение нашли электронные или цифровые компасы, где в качестве датчиков используют элементы Холла или магниторезисторы. Особенностью элементов Холла можно считать их способность определять свое положение в магнитном поле Земли, так как они являются микроэлектромеханическими системами.
Алгоритм действия электронного компаса таков:
- Используя сигналы от спутников, устройство определяет координаты объекта.
- Время определения координат сохраняется.
- Повторное определение координат осуществляется спустя некоторый промежуток времени.
- По полученным данным производится расчет скорости и направления движения объекта.
Существуют ограничения по использованию этого вида компаса. Самое основное из них – если объект не движется, то узнать его направление движения не представляется возможным, это сложность распространяется и на объекты, движущиеся с очень малой скоростью - пешеходов. Исключение могут составить крупные объекты, например, самолеты.
Всем известно, что любой корабль прошлых лет имел компас. И капитан этого судна ориентировался на его показания. Мушку визирного устройства устанавливали на шкале таким образом, что оно показывало нулевой штрих (нулевое деление). А компас располагали горизонтально. После отпускания тормоза магнитной стрелки компас начинали поворачивать то тех пор, пока северный конец стрелки не совпадал с нулевой отметкой. Все стороны горизонта взаимосвязаны друг с другом, и за счет этого можно было определять направления.
