Древность: компас
Компас, как и бумагу, еще в глубокой древности изобрели китайцы. В III веке до Р.Х. китайский философ Хэнь Фэй-цзы так описывал устройство современного ему компаса: он имел вид разливательной ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Этой выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или деревянной пластине, так что черенок не касался пластины, а свободно висел над ней, и при этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания. На пластине были нанесены обозначения стран света в виде циклических зодиакальных знаков. Подтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. Успокоившись, компас указывал черенком (который играл роль магнитной стрелки) точно на юг. Таким был самый древний прибор для определения сторон света.
В XI веке в Китае появилась плавающая стрелка компаса, изготовленная из искусственного магнита. Обычно она делалась в форме рыбки. Эту рыбку опускали в сосуд с водой. Здесь она свободно плавала, указывая своей головой в ту сторону, где находился юг.
Несколько разновидностей компаса придумал в том же XI веке китайский ученый Шэнь Гуа, который много работал над исследованием свойств магнитной стрелки. Он предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем прикрепить ее с помощью воска в центре корпуса к свободно висящей шелковой нити. Этот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при своем повороте.
Другая конструкция компаса, предложенная Шэнь Гуа, была еще ближе к современной: намагниченная иголка здесь 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 между собой, а образуют угол. Ученые, которые жили после Шэнь Гуа, уже умели вычислять этот угол (его называют магнитным отклонением) для различных районов Китая.
В XI веке многие китайские корабли были оснащены плавающими компасами. Они устанавливались обычно на носу и на корме кораблей, так что капитаны в любую погоду могли держать правильный курс, сообразуясь с их указаниями. В таком виде китайский компас в XII веке заимствовали арабы.
В начале XIII века «плавающая игла» стала известна европейцам. Первыми ее переняли у арабов итальянские моряки. От них компас перешел к испанцам, португальцам и французам, а позднее — к немцам и англичанам. Поначалу компас состоял из намагниченной иголки и кусочка дерева (пробки), плававшего в сосуде с водой. Вскоре догадались закрывать этот сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра.
В середине XIV века придумали помещать магнитную стрелку на острие в середине бумажного круга (картушки). Затем итальянец Флавио Джулио усовершенствовал компас, снабдив его картушкой, разделенной на 16 частей (румбов) по четыре на каждую часть света. Это нехитрое приспособление стало большим шагом в усовершенствовании компаса.
Позже круг был разделен на 32 равных сектора. В XVI веке для уменьшения воздействия качки стрелку стали крепить на кардановый подвес, а век спустя компас снабдили вращающейся линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направления.
Компас произвел такой же переворот в мореплавании, какой порох — в военном деле, а переделочный процесс — в металлургии. Он был первым навигационным прибором, позволившим прокладывать курс в открытом море. Вооружившись компасом, испанские и португальские моряки в конце XV века отважились на далекие плавания. Они оставили морские берега (к которым мореплавание было привязано на протяжении нескольких тысячелетий) и пустились в плавание через океан.
Источник: Рыжов К.В. 100 великих изобретений. — М.: Вече, 2004.
В каком веке появился компас
И еще раз про магнитный компас
Предположительно, магнитный компас был изобретен 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 была закреплена на пробке и опущена 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 легкий круг — картушку, разбитую по окружности на 16 румбов. В XVI в. ввели деление картушки на 32 румба и котелок со стрелкой стали помещать в кардановом подвесе, чтобы устранить влияние качки корабля на компас. В XVII в. компас снабдили пеленгатором. Казалось бы, идея дальнейшего совершенствования конструкции МК себя исчерпала. Однако и в настоящее время выпускается большое количество моделей компасов, различающихся по конструкции. В современных судовых компасах также как и в VII в. применяется картушка с магниточувствительным элементом, положение которого, относительно корпуса и определяет магнитный курс судна. Однако все эти МК не приспособлены для работы в высоких широтах т.к. чувствительности их магнитной системы не достаточно для создания момента на картушке, что связано с малой горизонтальной составляющей магнитного поля Земли. Это физическое явление сильно ограничивает применение компасов в высоких широтах.
В соответствии с требованиями международной конвенции СОЛАС 74 магнитными компасами должны быть оборудованы все без исключения суда. А что же делать, если маршрут судна как раз и пролегает в высоких широтах? Активизация Российского присутствия в арктической зоне сделала актуальной задачу создания отечественного главного магнитного компаса, работающего в условиях широт выше 70 градусов в широком диапазоне температур. Учитывая ежегодную тенденцию к оттаиванию трассы Северного Морского пути, такой магнитный компас должен работать в условиях качки судна. ОКР по созданию нового МК была заказана Минпромторгом нашему предприятию и проводилась с конца 2017 года.
Решение поставленной задачи потребовало новых идей и научных разработок. Схема работы новой системы коррекции магнитного компаса была предложена В.М. Зиненко. Она была закреплена патентом №2688900 и заключалась в оснащении компаса гироскопическим датчиком угловой скорости, позволяющим после интегрирования сигнала измерить угол рыскания судна. Таким образом, магнитный компас получил дополнительную систему коррекции, благодаря которой приобрел свойства гиромагнитного компаса. Кроме того, предложенное решение позволило уменьшить погрешность компаса на качке.
За основу конструкции нового компаса, получившего название «Азимут КМ–05Д», был взят серийно выпускаемый нашим предприятием магнитный компас «Азимут 125М». С помощью специалистов завода штурманских приборов была переработана магнитная система компаса, ставшая боле чувствительной к магнитному полю. Переделана на отечественную элементную базу и сервисная электроника прибора, который теперь может в автоматическом режиме вводить поправку на магнитное склонение в зависимости от широты места судна. Эту информацию прибор получает от спутниковых систем GPS, ГЛОНАСС. Конструкция прибора упростилась, по сравнению с магнитным компасом «Азимут 125М».
Регулировка нового компаса потребовала создания специальных стендов и организации новых проверок, в том числе проверки работы системы коррекции. В конце 2018 года прошли первые конструкторские испытания, которые подтвердили адекватность принятых технических решений. А осенью 2019 года в акватории Ладожского озера на катере «Азимут» проведены первые натурные испытания, которые показали, что характеристики «Азимут КМ–05Д» соответствуют заданным в техническом задании. Наряду с этим были выявлены особенности работы системы коррекции, которые были учтены в программном обеспечении прибора по результатам первых испытаний.
В 2020 году получено свидетельство регистра о типовом одобрении прибора, что позволяет приступить к его серийному выпуску и поставкам на суда. Сегодня опытный образец изделия прошел все виды стендовых испытаний. Свой труд в создание этого прибора внесли многие сотрудники предприятия, однако основными разработчиками стали А.А. Молочников, И.В. Сергачёв, И.В. Короленко, Ю.В. Матвеев, С.В. Чередниченко. Учитывая особую важность в использовании главного компаса на судне, а также ответственность разработчиков перед моряками, принято решение о продолжении натурных испытаний в 2020 г.
главный конструктор компаса «Азимут КМ–05Д»
История возникновения компаса
Светлана Федина 14 октября 2015
В древности человек понимал, как определять свое местоположение на основании того, что его окружает. Солнце соприкасается с горизонтом, обозначая восток и запад. Юг можно определить по нахождению солнца в зените. Север же располагается в противоположности от юга. При наличии определенных знаний можно разобраться в направлениях по звездам или по другим природным признакам. Но как сориентироваться на местности, если небо затянуто тучами и никаких явных природных указателей нет? В таком случае помогает компас. Этот прибор показывает направление географического или магнитного меридиана. Такие туристические товары, как компас, пользуются большой популярностью у любителей отдыха на природе. Как же появился этот удивительный прибор?
Существует много разновидностей компасов. Но основных видов два: магнитные и немагнитные. Принято считать, что вначале появились магнитные компасы. Их действие основано на взаимном притяжении и отталкивании 2-х магнитов. Но по одной китайской легенде еще до этого появилась «колесница, указывающая на юг». Это был немагнитный компас. Легенда гласит, что два великих императора начали войну. Один из них попросил колдуна создать такой сильный туман, чтобы войска противника потерялись в нем. Но волшебная колесница направила людей на верный путь и привела их к победе. Легенда очень древняя, но данные истории говорят об изобретении механизма в III веке. На колеснице была установлена фигурка, изображающая человека, указывающего южную сторону, вне зависимости от того, в каком направлении ехала повозка. Благодаря особому механизму велся подсчет числа оборотов колес, и указатель разворачивался на юг.
Самый простой магнитный компас включает в себя стрелку, вращающуюся горизонтально в зависимости от магнитного меридиана. В современном приборе точкой отсчета является север. Но каждый из концов стрелки направлен на земной магнитный полюс. Они не идентичны с географическими и неспешно перемещаются. На показание прибора оказывают воздействие предметы из металла, магниты, электронные устройства, металлические руды. Сбивают данные и магнитные бури.
Магнитная модель прибора возникла в Китае. Есть сведения от III века до н. э. о механизме «сынань» или «ведающем югом». Своеобразная ложка, выполненная из магнетита имела узкий черенок. Ее гладкая выпуклая часть в форме шара ставилась на пластину из меди или дерева с указанными сторонами света. Устройство вращалось вокруг своей оси за счет толкания черенка. В итоге он показывал на юг. В 11 веке обнаружили, что намагничивание происходит не только, когда магнит соприкасается с железом. Оно имеет место и при охлаждении железа, предварительно раскаленного до этого. Благодаря этому был создан новый компас в форме рыбки из железа. Ее нагревали и опускали в емкость, наполненную водой. Там рыбка поворачивалась головой к югу. При повторном нагреве магнитные свойства терялись.
В этот же временной период появились несколько видов компаса. Их создал китаец Шэнь Гуа. Одна модель состояла из швейной иголки, намагниченной о природный магнит и подвешенной за середину к висящей шелковой нитке. Это устройство было точнее компаса-рыбки. Точность данных объяснялась отсутствием сопротивления на повороте. Другой прибор этого же ученого был намагниченной иголкой, которая надевалась на шпильку.
На кораблях Китая активно использовался вид компаса, представляющий собой намагниченную иголку и кусок пробки в емкости, наполненной водой. В 12 веке такой компас стал популярен у арабов, в следующем веке – в Европе. Вначале идею позаимствовали моряки из Италии. Они придумали накрывать емкость стеклом, защищающим от ветра. В Европе устройство получило имя, известное нам сейчас. Вероятно, оно произошло от латинского compassare «измерять». В 14 веке магнитную стрелку поставили в центр бумажного круга. Позднее круг распределили на 16 частей, а затем на 32 одинаковых части. В 16 веке стрелка стала закрепляться на кардановом подвесе. Еще 100 лет спустя появился вращающийся пеленгатор для более верного результата. Компас обусловил колоссальные изменения. Благодаря ему стали возможны дальние плавания по океану.
В 20 веке мореходы стали пользоваться немагнитными гирокомпасами. Они точно определяют географические полюса Земли. Магнитные поля на них не влияют. Действие данной модели связано с качествами гироскопа и оборотами планеты Земля. Ротор удерживали горизонтально. Благодаря силе тяжести обеспечивался крутящий эффект. В итоге ротор поворачивался на север. Первый гирокомпас появился в 1885 г. В дальнейшем он несколько раз подвергался усовершенствованию.
Сегодня компас туристический снабжен множеством новых функций. Внешний вид современных приборов сильно отличается от древних моделей, они компактны и стильно выглядят. В основе их действия лежат электронные схемы, определяющие земное магнитное поле. Многие приборы связаны со спутниками. Благодаря этому показания новейших моделей максимально точны, а сами компасы удобны в эксплуатации.
Получите консультацию специалиста по телефону: +7 (495) 923-26-93
Путешествие длиной в 2000 лет: история компаса
В предыдущих выпусках мы рассказали историю путевых указателей: как звёзды, карты, природа и знания помогали путникам в разные времена. Продолжая тему навигации, сегодня мы поговорим об одном из главных и старейших инструментов — о компасе.
О родине компаса и его истории
Компас — древнейшее средство навигации, реагирующее на магнетизм Земли и указывающее направление на стороны света (север, юг, запад, восток). Движущаяся магнитная стрелка всегда поворачивается на север. Стоит отметить, что она указывает не на географический полюс, а на магнитный полюс, но всегда делает это точно.
На морском жаргоне допустима версия с ударением на второй слог — компа́с.
Сегодня за право называться страной, где впервые был изобретён компас, соревнуются три государства: Индия, Греция и Китай. В каждом из них нашлись записи об использовании этого устройства, но определить точное время его появления очень сложно. Ученые продолжают поиски сведений в остальных странах мира до сих пор.
По одной из версий, компас всё‑таки изобрели китайцы в II‑I тыс. до н. э., а китайский философ Хэнь Фэй подробно писал его строение и функции в III в. до н. э. В это время прибор использовали моряки для ориентирования вдали от берегов.
В китайском военном трактате «Уцзин цзунъяо» 1044 года был впервые описан компас — кусок намагниченного железа, отлитый в форме рыбы и помещенный в чашу с водой. В сочинении Шэнь Ко от 1119 года упоминается компас для навигации на море.
Позднее стали делать компасы в форме ложки, выточенной из магнетитовой руды. Ложка имела особую форму и благодаря тщательной обработке поверхностей, свободно вращалась на медной полированной пластине, ее ручка никогда не касалась пластины и указывала направление на юг. На пластину наносились знаки зодиакальных созвездий и обозначения сторон горизонта в виде циклических знаков зодиака.
Это был самый первый древний компас, названный сынань — «ведающий югом». Его в подробностях описал китайский философ Хэнь Фэй. Конечно, такой компас был далек от совершенства и имел много недостатков: магнетит был непрочен и плохо поддавался обработке, а трение между поверхностью доски и выпуклой частью ложки приводило к небольшим отклонениям от направления на юг.
Развитие навигации с помощью компаса
В XI веке китайцы усовершенствовали компас. Китайский ученый Шэнь Гуа доказал, что минерал магнетит намагничивает железо, и собрал водяной компас с намагниченной стрелкой‑рыбкой, плавающей в миске с водой — в воде сила трения меньше, и стрелка крутится почти беспрепятственно. Голова рыбки указывала на юг. Для защиты от ветра сосуд прикрывали стеклянной пластиной. Этот инструмент стал широко использоваться в мореплавании.
Ученый также предложил компас с намагниченной иглой. Используя намагниченную иглу, которая прикреплялась воском в центре корпуса к висящей шелковой нити, он установил, что такой компас более точно указывает направление по сравнению с плавающим. Им была предложена и более усовершенствованная конструкция, в которой намагниченная иголка крепилась на шпильку. Тот факт, что стрелка компаса указывала направление на юг с небольшим отклонением, ученый объяснил несовпадением географических и магнитных меридиан, так как они образуют угол, который позже научились вычислять и назвали магнитным склонением.
К XI веку китайцы использовали уже не только «мокрые», но и «сухие» компасы. «Сухие» компасы были похожи на «мокрые» за исключением того, что вместо рыбы в Китае использовалась черепаха, а в емкости со стрелкой не было воды.
В ХII веке китайская «игла» стала использоваться арабами, от них в ХIII веке она стала известна итальянским морякам, затем испанцам, португальцам и французам. Немцы и англичане начали пользоваться компасом несколько позже. Если вначале компас представлял собой намагниченную иглу и кусок дерева, плавающего в сосуде с водой, то позже сосуд стали закрывать стеклом, чтобы защитить поплавок от воздействия ветра.
В XV веке знаменитый китайский адмирал Чжэн Хэ возглавил серию военно‑морских экспедиций, известных как «Путешествие за сокровищами». Адмирал и его флот достигли Африки и Аравийского полуострова. Компас был жизненно важным инструментом в управлении этим обширным флотом, который состоял из невероятно больших кораблей. Всё это в итоге превратило Китай в морскую сверхдержаву и позволило обмениваться товарами, знаниями и культурой с остальным миром. Благодаря компасу Азия и Европа наконец‑то встретились.
В XIV веке магнитную стрелку разместили на острие в середине бумажного круга, названного картушкой. Позже итальянец Флавио Джулио сделал огромный шаг на пути к усовершенствованию компаса, поделив картушку на 16 частей (румбов). Спустя годы круг разделят на 32 сектора.
Использование компаса произвело и здесь навигационную революцию. Это положило начало эпохе Великих географических открытий.
Компас в эпоху Великих географических открытий
С его помощью мореплаватели могли ориентироваться в открытом море и были способны следовать определенным маршрутам. Ранее мореплаватели полагались на звезды, путевые указатели, и житейскую мудрость. Но моряки искали надежные инструменты, которые можно использовать даже в плохую погоду, поэтому и оценили компас.
Важное значение компас приобрел в эпоху Великих географических открытий. В 1492 году Колумб использовал его для определения направления своего путешествия в Новый свет. Благодаря этому он смог обнаружить Америку и открыть новую эпоху в истории мореплавания.
В то время дизайн компаса представлял собой чашу, обычно вырезанную из дерева, с гвоздем, вбитым в основание. Вместо того, чтобы опираться на поверхность жидкости, железная стрелка компаса была прикреплена к полому латунному конусу, который опирался на кончик гвоздя. К стрелке была прикреплена круглая карточка со сторонами света, а компас был заключен в защитную коробку.
В XV веке также появились первые морские карты с обозначением магнитных северных стрелок. Они использовались вместе с компасами для более точной навигации. Картографы начали отображать компасные розы на картах, чтобы мореплаватели могли определить свое местоположение и направление движения.
В XVI веке иглу со стрелкой закрепили на кардановом подвесе, который был универсальной шарнирной опорой, позволяющей компенсировать резкие движения компаса. Подвес был спрятан в металлический корпус, предохраняющий конструкцию от ударов. Так появился компас для морских судов, на который не действовала качка.
Развитие компаса в XV‑XVII веках сыграло значительную роль в расширении границ исследований и торговли.
Благодаря компасу корабли стали увереннее преодолевать расстояния вдали от суши, в открытом море.
Европейские мореплаватели и торговцы проложили морские пути в Китай, Японию, на Индонезийские острова, наладив поставки чая, шелка и специй. А конкистадоры столкнулись с развитыми цивилизациями ацтеков и инков в Центральной и Южной Америке.
Если вы тоже хотите почувствовать себя отважным мореплавателям и открыть тайны островов, берите компас в руки и отправляйтесь покорять остров Кий. Жемчужина Белого моря впечатляет своей энергетикой, удивительным монастырём XVII века, уникальной природой и умиротворяющей тишиной.
Интересные факты о компасе
В VII столетии компас дополнили линейкой и визиром, с тех пор прибор претерпевал лишь незначительные доработки.
Магнитный компас, каким мы знаем его сегодня, был запатентован в 1908 году и носил название Эйнштейна-Аншютца. Эти приборы отличались от своих предшественников:
- компактностью;
- точностью результата;
- простотой использования;
- дополнительными вспомогательными элементами.
С тех пор они были запущены в массовое производство и пользуются огромным спросом и сегодня. Безусловно, кроме магнитных компасов появились и другие виды, но мы хотим выделить интересные факты именно о них.
Факт №1.
На Земле есть места, где магнитное поле искажено, поэтому магнитная стрелка не показывает магнитные полюсы. Они называются магнитными аномалиями. Естественные магнитные аномалии могут быть вызваны намагниченностью горных пород или механизмом генерации магнитного поля Земли – геодинамо. Но магнитный компас не будет правильно работать также вблизи линий электропередач, трубопроводов, железобетонных конструкций, в метро, в машине, поскольку в этих местах относительно слабое магнитное поле Земли будет искажено воздействием гораздо более сильных магнитных и электромагнитных полей, создаваемых проводами с током или металлическими конструкциями.
А если закрепить стрелку компаса на горизонтальной оси и дать ей возможность вращаться в вертикальной плоскости, то получится инклинометр. Именно таким прибором определяют магнитные полюсы Земли: магнитная стрелка в месте положения полюса должна быть строго вертикальна.
Факт №2.
Компас стабильно работает в районах, близких к экватору, так как они расположены далеко от «магнитного поля». По мере того как он приближается к одному из магнитных полюсов Земли, он становится все более чувствительным к пересечению его силовых линий магнитного поля. В какой-то момент, вблизи магнитного полюса, он перестанет указывать какое-то конкретное направление и начнет дрейфовать.
Кроме того, стрелка начнет двигаться не только по кругу, но и вверх и вниз из-за так называемого магнитного наклона. Дешевые компасы вблизи магнитного полюса вообще могут выйти из строя и перестать работать. Поэтому находясь на северном или южном полюсе определить направление по компасу просто невозможно.
Факт №3.
Термин «компас» был введен в оборот только в XV веке в связи с его круглой формой и центральной точкой, подобной математическому инструменту, используемому для рисования кругов, так как на итальянском языке compasso значит «циркуль».
Факт №4.
Компас используют не только для определения направления. Например, есть компасы фэн-шуй, которые используют при даосской практике символического освоения пространства. С его помощью последователи фэн-шуй определяют, где в доме должны находиться окна и двери (входные двери обычно должны выходить на юг, чтобы захватить как можно больше солнечного света). Компас фэн-шуй также защищает дом от злых духов и привлекает удачу.
Факт №5.
Ни навигатор, ни GPS, ни ГЛОНАСС не смогут полностью заменить компас. Почему? Компас не зависит от источника питания, поэтому сможет подсказать путь в любых дорожных условиях. Например, в самолетах, кроме GPS, используется гироиндукционный компас, так как он является улучшенной версией стандартного магнитного компаса и предназначен для измерения гиромагнитного и истинного курса. Он является резервным, на тот случай, если откажут все другие системы навигации. Аналогичный прибор есть и на борту современных морских кораблей.
Факт №6.
Геральдическая лилия или же Флер-де-Лис – это символ, которым часто отмечают север на циферблате компаса. Использование геральдической лилии в качестве отметки севера было введено португальским картографом Педро Рейнелем и в скором времени стало очень распространено в мире.
Факт №7.
Существует специальный мусульманский компас Кибла, который из любой точки мира укажет направление к Мекке. Кибла – это точно установленное из любой точки земного шара направление в сторону священной Каабы в г. Мекка в Аравии. Кибла имеет значение для строительства мечетей и других исламских культовых сооружений, а также играет важную роль в повседневной жизни мусульман, ведь служит символом их духовного единства, независимо от того, в каком уголке планеты они проживают.
Факт №8.
Компасы и сегодня остаются важным инструментом навигации на суше, в воздухе и на воде. В России этот прибор настолько почитаем, что даже есть Музей магнитных компасов, который входит в Ассоциацию частных и народных музеев России. Его основал коллекционер Михаил Иванов.
В музее представлено уникальное собрание из более 800 компасов разных стран и эпох — с середины XIX века (русские компасы) до середины ХХ века (компасы времён СССР). Их отличительная черта – надписи кириллицей на циферблате.
Изюминкой экспозиции является поморский компас-маточка XVII века, карманный компас дореволюционного торгового дома Павла Буре (один из 300 выпущенных экземпляров), военный компас системы Адрианова, компас-буссоль, а также миниатюрный компас диаметром около 10 мм.
Также в музее можно увидеть курвиметры – приборы для измерения длины извилистых линий на топографических картах.
Если вас всерьез увлекла эта тема, и вы любите бывать в новых местах, то здесь мы собрали все, что поможет в преодолении маршрута, который вам укажет компас.
В следующей статье мы подробнее расскажем о компасах на Руси и в России, о том, какую роль они играли в навигации. Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новую статью и игру.