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.
Одним из величайших открытий человечества является изобретение компаса . Трудно переоценить его значение, он произвел настоящий переворот в истории мореплавания. Компас стал первым навигационным прибором, который позволил отважным морякам оставить морские берега и выйти в открытое море. Уже в III веке до н. э. в Китае был изобретен прибор, указывающий стороны света. Древний компас имел вид ложки с тонким черенком и шарообразной выпуклой частью, сама ложка была изготовлена из магнетита. Хорошо отполированная выпуклая часть ложки устанавливалась на медную или деревянную пластину, которая была также тщательно отполирована. Черенок ложки свободно висел над пластиной, а сама ложка свободно вращалась вокруг оси установленного выпуклого основания. На пластине были обозначены страны света в виде циклических знаков Зодиака. Роль магнитной стрелки выполнял черенок ложки. Если черенок привести во вращательное движение, а затем немного подождать, то остановившаяся стрелка (ее роль играет черенок ложки) будет указывать точно на юг. Это был самый первый древний компас, названный сынань — «ведающий югом» и описанный китайским философом Хэнь Фэй-цзы. Конечно, такой компас был далек от совершенства, 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.
В ХI веке в Китае изобрели плавающую стрелку компаса, ее делали из искусственного магнита. Намагниченный железный компас, обычно в форме рыбки, нагревался до красноты, а затем опускался в сосуд с водой.
Здесь она начинала свободно плавать, а ее голова поворачивалась в сторону юга. Ученый Шэнь Гуа, живший и творивший в Китае в том же ХI веке, долгое время изучал свойства магнитной стрелки. Им было предложено несколько разновидностей компаса. Используя намагниченную иглу, которую нужно прикрепить 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 не совпадением географических и магнитных меридиан, они образуют угол, который позже научились вычислять и назвали магнитным отклонением. На многих китайских кораблях уже в ХI веке были установлены плавающие компасы.
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 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 14 веке магнитную стрелку разместили на острие в середине бумажного круга, названного картушкой. Позже итальянец Флавио Джулио сделал огромный шаг на пути усовершенствования компаса, поделив картушку на 16 частей (румбов). Позже круг разделят на 32 сектора. В 16 веке стрелку начали крепить на кардановый подвес, что уменьшило воздействие качки, а в 17 веке компас усовершенствовали вращающейся линейкой с визирами для более точного расчета направления.
Предположительно, компас был изобретён в Китае при династии Сун и использовался для указания направления движения по пустыням. 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 впервые 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. 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). 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. Слово «компас», по-видимому, происходит от старинного английского слова compass, означавшего в XIII-XIV вв. «круг».
Несмотря на полумифические упоминания о навигационном приборе у древних китайцев, самофракийцев и греков, более интересен вопрос - кто изобрел компас и когда в его современном виде? Если в XII – XIII веках данное устройство представляло собой намагниченную иголку, вставленную в кусок коры пробкового дерева, плавающего в воде, то около 1300 года житель итальянского города Амальфи, известный в то время капитан Флавио Джойя, придал этому навигационно-географическому аксессуару вид, максимально приближенный к современному. Он одел намагниченную стрелку на острие иглы и разместил эту конструкцию в круглой коробке, на днище которой были нанесены 16 румбов. Два века спустя мореплаватели стали использовать компасы с тридцатидвухрумбовой разбивкой. Для повышения точности навигационных наблюдений в XVII веке прибор оснастили «прицелом», который представлял собой два диаметрально противоположных визира, закрепленных на свободно поворачивающейся линейке, которая имела центр вращения над иглой магнитной стрелки.
В это же время компас получил множество полезных дополнений, одним из которых считается кардановый подвес, снижающий влияние качки корабля на
показания стрелки прибора.
Где изобрели компас гироскопического типа
Первый гироскопический компас был запатентован в 1908 году немецким инженером Германом Аншютц-Кемпфе. Его показания не зависят от расположения магнитных полюсов Земли, и он не подвержен действию магнитных бурь и геомагнитных аномалий. Сегодня гироскопические навигационные
Про компас для детей написано немало, мы же постараемся разобрать этот вопрос с ребенком 6 лет. Сделаем рисунок компаса при помощи линейки. Посмотрим видео о компасе для детей, узнаем для чего применяется данный прибор и историю его создания. Сделаем компас своими руками. Задача данного занятия – понимание сторон света.
- Немного информации
- Рисунок компаса с ребенком
- Делаем компас своими руками
- Видео для детей по теме
Здравствуйте уважаемые читатели, в прошлый раз мы говорили путем самодельной игры, которая дала возможность ребенку понять, что по карте можно прийти к желаемому месту. В случае с нашей игрой, это был водопой для животных саванны. Сегодня же мы с сыном разберем такой незаменимый прибор как компас.
Определение компаса для детей
Компас – это прибор, с помощью которого человек может определить направления света: север, юг, запад, восток.
В давние времена кораблям приходилось плавать, не удаляясь далеко от берега, чтобы знать где они находятся. Моряки находили свой путь используя ориентиры. Однажды люди обнаружили, что если подвесить магнит (кусок магнитного железняка), он всегда будет показывать на север. Магнит прозвали путеводным камнем, и именно так появился первый компас. Теперь моряки могли отплывать далеко от берега и открывать новые земли.
На первых картах рисовали компасы, показывающие на Восток – или, как его называли по-латыни, Ориентус, – считавшийся в то время центром мира. Умение находить путь с помощью компаса и карты называется ориентированием. Для этого нужно знать, как называются стороны света. Чтобы их запомнить, мы сделаем рисунок.
Рисунок компаса ребенком
Во время занятия про компас для детей, постарайтесь провести информацию по разным каналам. В данном случае мы это делаем через руки. И раз уж мой мальчик, неполных 6 лет, учится во 2 классе, то мне нужно формировать у него навык пользования линейкой, определение градусов углов. Для рисунка нам потребовалось:
- лист плотной бумаги;
- линейка для измерения углов;
- стакан (можно использовать транспортир);
- цветные карандаши.
У нас дома есть простенький компас, который я положила перед ребенком и сначала мы обсудили его предназначение. Затем я предложила нарисовать этот прибор, спросив чем мы могли бы сделать большой круг и еще один поменьше? Сначала Александр предложил крышку от банки, но разные крышки были почти одинакового размера, что не оставляло нам места для обозначений. Перед сыном стоял стакан с водой и осматривая свою комнату в поисках кругов, он предложил оба конца стакана.
Конечно можно воспользоваться транспортиром и мы обязательно изучим этот инструмент впоследствии, но на данный момент меня больше интересует развить умение “выходить из положения разными путями”. Это для нас взрослых, подобные вещи являются чем-то обыденным, но не для дошкольника . Итак, ребенок рисует 2 круга, один в другом.
Теперь, определяем при помощи линейки, 90 градусов и расчерчиваем внутренний круг на 4 части. Я решила объяснить сыну сразу и промежуточные направления, для этого он отмерил середину от 90, то есть 45 градусов. Имея компас перед глазами, мне было легко объяснить ребенку стороны света: СВ (северо-восток), ЮВ (юго-восток), ЮЗ (юго-запад) и СЗ (северо-запад).
Осталось только раскрасить и рисунок компаса для детей – готов. На старинных картах конец стрелки, указывавший на север, был украшен узором в виде лилии. Я помогла Александру изобразить ее, а мой мальчик аккуратно раскрасил прибор выбранными цветами и подписал направления.
Компас своими руками – эксперимент
Конечно все мы помним с детской скамьи, этот легкий эксперимент, для которого нам понадобится:
- емкость с водой;
- 2 иголки;
- магнит;
- поплавок из кусочка пробки.
Сначала мы прочли замечательную книгу на английском языке “What makes a magnet” из серии Let’s read and find out science. Если у вас есть возможность приобрести книги данной серии, обязательно это сделайте, я заказывала в Амазон. Чтение мы начали еще во время проведения . А на этот раз, мы повторили информацию о том, что планета Земля имеет магнитное поле и провели эксперимент, который показывает мышонок .
Про компас для детей не объяснишь лучше чем во время проведения эксперимента, когда ребенок своими глазами увидит как это работает. Итак:
- Одну иголку откладываем в сторону, а острый кончик второй проводим в одном направлении по магниту 30-50 раз.
- Подносим намагниченный конец иглы к другой иголке и проверяем если та притягивается.
- Надеваем поплавок – протыкаем плавающий кусочек предмета намагниченной иголкой.
- Опускаем в воду посередине миски.
Теперь осталось только наблюдать как острый конец, остановится смотря четко на север. Для наглядности мы положили вниз наш рисунок. Также дайте ребенку возможность сравнить показания иглы с реальным компасов – они должны совпадать.
Теперь осталось только дать магнит и предложить поднести его поближе к поплавку. Дитя само поймет, что показания компаса могут быть нарушены если поблизости есть еще один магнит. Александру это так понравилось, что он гонял “стрелку” как кораблик в разные стороны, добрых полчаса .
Видео про компас для детей
Не секрет, что дети прекрасно усваивают информацию из мультиков. По теме компаса я нашла несколько видео подходящих нам по возрасту. На первое место я поставлю неповторимых Фиксиков, которые с чувством юмора расскажут о данном приборе.
Второе место займет развивающий мультфильм “Почему компас показывает на север?”. И хотя меня откровенно раздражает произношение рассказывающего, но более информативного видео я не нашла.
И третий о всем известных Новаторах, ставлю его так как он понравился моему сыну. Но лично я считаю, что ребенку сложно получить информацию из видео о том, где был изобретен компас. Хотя создатели старались показать именно это.
Загадки про компас для детей
Я люблю разнообразить занятия чтением книг, стихов по теме, а иногда загадками. Все ответы в предоставленных четверостишиях – компас.
На ладонь он ляжет весь.
Не часы - а стрелка есть.
Он в дороге пригодится,
С ним нигде не заблудиться.
Мне везде найти дорогу
Помогает верный друг.
Точно он всегда покажет:
Это - север, это - юг.
И в тайге, и в океане
Он отыщет путь любой.
Умещается в кармане,
А ведет нас за собой.
Качается стрелка туда и сюда,
Укажет нам север и юг без труда.
Под стеклом всегда сидит,
Во все стороны глядит:
В лесу и в поле пригодится –
не позволит заблудиться.
Кроссворд это интересно ребенку и дает возможность родителю проверить усвоенные знания. Когда мы с Александром проходили , я уже делала кроссворд и знаю, что мой мальчик любит подобные вещи . Все ответы были даны верно после проведенных нами занятий и просмотра развивающих мультфильмов .
Вопросы:
- Компас указывает направление на… (север)
- Что может испортить показания компаса? (магнит)
- Это направление находится справа от севера (восток)
- Вращающаяся часть компаса (стрелка)
- Есть южны, северный и магнитный (полюс)
- В какой стране появились первые компасы? (Китай)
Ну что же уважаемые читатели, надеюсь, что вам интересно путешествовать с нами в этот разнообразный мир географии. Сегодня я постаралась показать, как легко можно объяснить детям компас. А в следующий раз мы постараемся составить первую карту с ребенком. Чтобы не пропустить новости блога, подписывайтесь на рассылку, уверена, что будет не только познавательно, но и интересно.