В наше время, имея смартфон или планшет, можно с легкостью определить свое местоположение с помощью GPS. Но не будем забывать, что ориентирование по компасу более интересное и немного захватывающее. Кроме того, работает практически в любом месте.
При использовании компаса, прежде всего, определяют основные направления: север(С), юг(Ю), восток(В), запад(З). После этого необходимо определить свое местоположение по отношению к ближайшим населенным пунктам.
У всех, кто впервые держал компас в руке, возникал вопрос:
Почему стрелка компаса направлена на север?
Вы, конечно, слышали о Северном магнитном полюсе. Именно в направлении к нему устанавливается северный конец магнитной стрелки. Известно, что земной шар представляет собой один огромный магнит с полюсами. Вокруг Земли простирается магнитное силовое поле , и магнитные силовые линии мощным пучком вырываются из одного полюса, огибают Землю и соединяются у другого (рис. 1). Эти линии называются магнитными меридианами. Таким образом, через каждую точку земной поверхности проходит магнитный меридиан, «направляя» стрелку компаса одним концом на север, другим – на юг.
Рисунок 1 — Магнитное силовое поле.
Но знания этих двух направлений недостаточно для ориентирования по компасу.
Более точно определить необходимое направление можно по азимуту. Вы, наверное, знаете, как выдерживает направление своего пути корабль в открытом море. Он идет по курсу, предварительно вычисленному по карте, с помощью компаса и, пересекая моря и океаны, точно приходит в назначенный порт. Например «курс – 90°», «курс – 220°». Таким же образом мы пользуемся компасом и на суше, употребляя вместо слова «курс» слово «азимут» (от арабского «ассумут», что означает: путь, дорога).
(магнитным) называют угол между направлением магнитного меридиана и направлением на предмет, расположенный на данной местности. Магнитные азимуты измеряют в градусах от 0 до 360° и отсчитывают от северного направления магнитной стрелки по ходу часовой. Например, азимут на отдельный дом равен 300°, на отдельное дерево – 120°, на курган – 60° (рис.2).
Рисунок 2 — Магнитный азимут.
Зная азимут своего пути, можно двигаться ночью, в туман, метель или в густом лесу и выйти к намеченной цели. Чтобы определить направление на местности по заданному азимуту, надо стать лицом к предмету. Поворотом крышки устанавливают указатель (желтый треугольник, укрепленный под стеклом против мушки) на заданный отсчет азимута. Затем открепляют стрелку и ориентируют компас, то есть совмещают северный конец его стрелки с нулевым делением градусного кольца компаса и, прицеливаясь (подобно тому, как целятся из винтовки), отмечают в направлении мушки какой-либо предмет: дерево, куст, бугорок (при этом необходимо следить, чтобы стрелка не сходила с нуля). Пока не приобретен навык, лучше класть компас на какой-нибудь столбик, пенек или работать вдвоем: один держит компас, следя за положением стрелки, другой целится через визиры и замечает направление.
Для тренировки определите, по какому азимуту от вашего дома расположены школа, магазин, кинотеатр, по каким азимутам вы идете в школу и возвращаетесь домой.
Научившись определять стороны горизонта и азимуты, очень важно уметь следовать по необходимому направлению. Отправляясь в путь, запомните первоначальное направление север – юг и постоянно следите за отклонениями от него. Например: сначала вы шли на север, а потом от дуба повернули на северо-восток, подошли к большому мшистому валуну и от него, свернув на юго-восток, пошли дальше.
«Проказы» магнитной стрелки компаса
Магнитная стрелка компаса приближенно указывает на север и юг; точнее это направление выражает полуденная линия, то есть линия направления самой короткой тени от вертикально расположенных предметов в астрономический полдень (в 14 часов летом и в 13 – зимой). Земля, вращаясь вокруг своей оси, делает один полный оборот в сутки. Осью вращения является воображаемая линия, проходящая через две противоположные друг другу точки ее пересечения с земной поверхностью, называемые полюсами.
Полюс, обращенный в сторону Полярной звезды, называется Северным географическим полюсом , а противолежащий – Южным географическим полюсом . В географических полюсах пересекаются все меридианы Земли. Следовательно, через каждую точку на земной поверхности проходит географический меридиан, направление которого показывает полуденная линия.
Угол между северным направлением географического меридиана, проходящего через данную точку, и направлением на местный предмет, называется истинным (географическим) азимутом . Величину азимута отсчитывают по ходу часовой стрелки от 0 до 360° (рис. 3).
Рис. 3 — Истинный азимут.
Магнитные полюсы Земли не совпадают с географическими. Поэтому направления географического и магнитного меридианов тоже не совмещаются, а образуют угол, который называют склонением магнитной стрелки, или магнитным склонением. Магнитное склонение не остается постоянным для каждой местности, оно медленно изменяется в пределах 3–8°. За сутки магнитная стрелка может отойти от своего среднего положения на 1°, 5, во время грозы – на 2° и более. На территории СССР магнитное склонение изменяется в пределах от +25° (на Крайнем Севере, вдоль берегов Карского моря) до –13° (Якутская АССР). В Москве оно составляет около 7°, в Киеве –4°.
Установлено, что при увеличении на Солнце пятен на Земле возникают так называемые магнитные бури , во время которых стрелка начинает неравномерно колебаться. В некоторых местах земного шара она неожиданно резко отклоняется в сторону.
Это свидетельствует о том, что в данном месте в недрах Земли находятся большие залежи магнитного железняка, притяжение которого пересиливает магнитные силовые линии постоянного магнитного поля Земли. Такое явление называется магнитной аномалией. Как видим, ориентирование по компасу в некоторых ситуациях может показать неверный маршрут.
Крупнейшая на земном шаре магнитная аномалия находится в Курской области. Здесь в ряде мест склонение магнитной стрелки меняется на 130–170° в пределах одного-двух километров! Известны также Криворожская аномальная зона, зона аномалий от Одессы на Винницу шириной от 50 до 100 км и протяженностью около 400 км; аномалии на Кольском полуострове, на Урале, Дальнем Востоке и др. Компасом в местах магнитных аномалий пользоваться, безусловно, нельзя.
На изменение величины магнитного склонения влияет и такой любопытный факт (сейчас твердо установленный), как смещение магнитных полюсов. За шесть лет (с 1948 по 1954) Северный магнитный полюс сдвинулся к северу и приблизился к географическому полюсу почти на полтораста километров. Со средней скоростью 2 м в час «дрейфует» Южный магнитный полюс по Антарктиде.
Как показали наблюдения магнитологов, общее направление движения полюса северо-западное – от Земли Виктории к Земле Адели. За последние пятьдесят лет Южный магнитный полюс переместился уже на 800 км.
По расчетам геофизиков, в ближайшие годы Южный магнитный полюс покинет Антарктиду и займет место в Индийском океане, а лет через 200 окажется на новом Континенте – на юге Африки. Это общее направление движения полюса подтверждается наблюдаемым в последнее время усилением так называемой Южноафриканской аномалии.
Есть на Земле место между магнитным полюсом северного полушария и Северным географическим полюсом, где магнитной стрелке совершенно нельзя верить, так как она под действием земного магнетизма своим северным концом показывает на юг, а южным – на север.
Ориентирование по компасу и История капитана Гаттераса
Капитан Гаттерас , герой известного романа Жюля Верна «Приключения капитана Гаттераса » (1866 год), посвятил все свои помыслы, всю свою жизнь одной мечте – достижению Северного полюса. На Северном полюсе есть только одна сторона горизонта – юг. Поэтому подойти к нему можно только с юга, оба конца магнитной стрелки будут указывать только на юг. С какой бы стороны ветер ни дул, на Северном полюсе он всегда будет южным. Итак, мысленно проследим часть пути героев Жюля Верна.
Отважный капитан Гаттерас на корабле «Форвард» далеко позади оставил воды Баффинова залива (море Баффина) и, доверясь стрелке компаса, вел корабль строго на запад. Легко лавируя среди небольших льдин в проливе Ланкастер между островами Баффинова Земля, Сомерсет и Дондас-Харбор (Девон), корабль вышел к меридиану 96° западной долготы (рис. 4). Здесь был взят курс строго на север в направлении на полюс.
Рулевой следил, за направлением северного конца магнитной стрелки компаса. Когда небо прояснилось и выглянуло Солнце, капитан корабля воспользовался этим для проверки курса и, к своему изумлению, установил, что корабль шел с ошибкой в 180° на юг к берегам полуострова Бутия.
Во время путешествия Гаттераса место, где магнитная стрелка своим северным концом показывала на юг, а южным – на север, имело координату 96° западной долготы.
Часто приходится слышать, что магнитный полюс находится близко от Северного географического полюса.
Действительно ли эти два полюса такие близкие соседи? Если бы нам сказали, например, что Симферополь находится близко от Москвы, мы приняли бы это за шутку. Ведь между ними приблизительно 1600 км. Однако расстояние между Северным географическим и Северным магнитным полюсами значительна большее. И настоящий момент оно составляет 2230 км. Мы говорим «в настоящий момент», так как положение магнитных полюсов постоянно изменяется.
В 1831 году координаты Северного магнитного полюса были: 70°05′ северной широты и 96°53′ западной долготы, а Южный магнитный полюс в 1841 году по определению Джемса Росса находился на 73° южной широты и 150° восточной долготы. По данным, полученным Амундсеном в 1903 году, Северный магнитный полюс был на 70°30′ западной долготы, то есть на полуострове Бутия в Северной Америке. В настоящее время Северный магнитный полюс находится на одном из островов Канадского Арктического архипелага – на Земле Принца Уэльского и имеет такие географические координаты: 74° северной широты и 100° западной долготы, а Южный магнитный полюс расположен на побережье Антарктиды на Берегу Короля Георга V (68° южной широты и 143° восточной долготы).
Наука и механика, Июнь 1935
"Верно, как и то, что стрелка компаса направлена на полюс" - поётся в старой песни, это означает, что моряк может доверять компасу, стрелка которого указывает на истинный север. Но когда Христофор Колумб совершил свой знаменитый первый рейс, он узнал, что в различных частях мира компас не указывает в одном и том же направлении. В Европе компас указывал на север, а в Америке он указывал другое направление. В наше время стрелка компаса указывает на север в Америке, но не в Европе. Кроме того, существуют некоторые места, в которых стрелка компаса так же указывает неверное направление.
Верно также и то, что компас не всегда указывают в одном и том же направлении даже в том же самом месте, время от времени в течении дня оно немного меняется. И сила магнитного поля Земли притягивает стрелку компаса сильнее то в одно, то в другое время. Короче говоря, Земля является постоянным магнитом, но параметры и положение которого время от времени слегка изменяются.
Земля имеет два магнитных полюса, но они находятся не совсем точно друг напротив друга. Один из них находится на севере Соединённых Штатов, на берегах Ледовитого океана, а другой находится в Антарктиде. Эти полюса медленно перемещаются, со временем они поменяются местами. Но если бы стрелку компаса притягивал огромный кусок железа в Земле на глубине пару тысяч километров, то можно было бы ожидать, что магнитное поле было бы достаточно однородным.
В настоящее время учёные обращают своё внимание на космическое пространство над нами и его влияние на стрелку компаса. Мы знаем, что, солнечная активность влияет на радиоволны, что в ионосфере протекают электрические токи, вызванные солнечным ветром - электрическими частицами, летящими от Солнца. Эти токи, порождающие магнитное поле и отклоняют стрелку компаса. Электрические волны, постоянно идущие по всему Земному шару, сильнее около трёх часов дня и они перемещаются по всей планете, находясь между наблюдателем и Солнцем. Однако мы не можем использовать токи, протекающие в ионосфере для своих целей, хотя если бы это удалось, то они обеспечили бы всю нашу потребность в необходимой электроэнергии.
Компас — это прибор который определяет стороны света с намагниченной стрелкой, всегда указывает на север. С помощью компаса человек может ориентироваться на местности и определять направление.
Еще в древнем Китае люди пользовались примитивным компасом. Древний китайский компас назывался сыпануть, что в переводе означает «ведающий югом». Это чудо-техники того времени выглядело как ковш с тонким черенком. Ковш находился на медной, хорошо отполированной пластине. На краях пластины были высечены специальные знаки, которые обозначали стороны света. Если дополнительно ковш вращать вокруг точки его соприкосновения с пластиной, то в момент остановки черенок будет указывать на юг. Форма ковша была выбрана совсем не случайно. Она была скопирована с формы созвездия Большой Медведицы, что называлось в Китае «Небесным Ковшом».
Современный компас
Современный компас намного точнее. В нем используются свойства магнита. Магнит, это сделанный из железа или других специальных материалов, предмет обладающих магнитными свойствами, имеет два полюса. Если приподнести два магнита друг к другу, то полюса, имеющие одинаковые заряды, будут отталкиваться, а полюса с противоположными зарядами притягиваться.
Стрелка компаса — это магнит, и Земля тоже является магнитом. Максимальное количество магнитных зарядов Земли находится на Северных и Южном магнитных полюсах (они не совпадают с Северным и Южным полюсами географической зоны). Стрелка компаса привлекается к противоположным магнитным зарядам полюсов Земли, и, таким образом, стрелка компаса всегда показывает на север, а другой ее конец — всегда на юг.
Когда я была маленькая, мы с папой часто ходили в лес за грибами, ягодами, да и просто погулять. С собой мы всегда брали компас. Еще тогда папа объяснил мне принцип его работы. Сначала я восприняла новую для себя информацию на веру, а через некоторое время задумалась, почему стрелка компаса направлена именно на север, и может ли она изменить свое направление?
Каким образом работает компас
Это устройство оснащено магнитом. Принцип его работы основан на притяжении-отталкивании магнитных полюсов. Попробую объяснить на доступном языке. Стрелка в компасе – это очень легкий магнит . Планета, на которой мы с вами живем, - тоже магнит, но уже огромный и массивный. Еще со школьной скамьи известно, что полюса магнитов с разными зарядами имеют особенность притягиваться друг к другу . Именно этим и объясняется тот факт, что стрелка компаса направлена на север.
Может ли стрелка компаса изменить направление
Вот еще один вопрос, заинтересовавший меня: может ли компас обмануть? Любой механический прибор может подвести, компас не исключение…
Однако, компас указывает неверное направление только в нескольких случаях:
- Если в непосредственной близости от него имеются сторонние магниты , способные отклонить стрелку.
- Если рядом расположен какой-либо электронный гаджет , создающий вокруг себя электромагнитное поле, влияющее на показания компаса.
- Высокая солнечная активность : магнитные бури, солнечный ветер.
- Если попытаться воспользоваться им в зонах с магнитными аномалиями .
На Земле есть несколько таких зон. Наверно, каждый из вас слышал о Курской магнитной аномалии, где напряженность магнитного поля в несколько раз превышает норму. Здесь компасы попросту сходят с ума!
Менее известная, но, на мой взгляд, еще более интересная такая зона расположена в Волгограде. Она называется Медведицкая гряда . Это действительно аномальное место. Его особенность не только в том, что тут врут компасы. Гряда обладает способностью притягивать молнии, а под землей на глубине около 30 метро, неизвестно кем вырыты широкие тоннели.
Стрелка магнитного компаса указывает на магнитные полюса Земли, а если быть точным, то располагается в магнитном поле Земли параллельно его магнитным силовым линиям. Это явление наблюдается как в северном, так и в южном полушариях. Но бывают и исключения, причем не так уж и редко.
Как правило, конец стрелки, указывающий на северный магнитный полюс, окрашивают в контрастный цвет.
Из чего сделана стрелка
Любая стрелка магнитного компаса сделана из ферромагнетика.
Ферромагнетик - это материал, который способен обладать намагниченностью даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В нем устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов и ионов, благодаря чему он и приобретает магнитные свойства. В видео объясняется это явление:
Однако при нагревании ферромагнетика до температуры Кюри указанный порядок разрушается и ферромагнетик становится парамагнетиком. Нагретый над огнем магнит утрачивает свои магнитные свойства. Именно на этом основан простейший способ размагничивания разнообразных магнитов, не исключая стрелки магнитного компаса.
Для того, чтобы намагнитить ферромагнетик заново, его температуру нужно понизить ниже точки Кюри и поместить его в магнитное поле - либо положить рядом с другим магнитом, либо намагнитить, сделав его сердечником электромагнита.
Почему магнитная стрелка поворачивается
Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить, что такое магнитное поле. А магнитное поле - это силовое поле, которое может воздействовать на электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом.
Таким образом два магнита способны взаимодействовать друг с другом, при этом их одинаковые полюса будут отталкиваться, а противоположные - притягиваться. Так, северный и южный полюса будут стремиться соединиться, а вот южный с южным и северный с северным наоборот - будут мешать соединить два магнита.
Теперь рассмотрим стрелку магнитного компаса и нашу планету. Оба этих объекта являются магнитами, а значит и взаимодействуют друг с другом по вышеуказанному принципу. То есть северный конец стрелки тянется к южному полюсу Земли, а южный - к северному.
Но как же так? Ведь нам говорили, что северный конец стрелки показывает на север? В чем подвох?
Объясняется все очень просто: северный и южный магнитный полюса Земли переименовали и назвали в честь тех географических полюсов, какие находились в непосредственной близости к ним. Таким образом получается, что вблизи географического северного полюса на самом деле находится южный магнитный полюс Земли, который для удобства был назван северным магнитным полюсом, а в южном полушарии все в точности наоборот.
Взаимодействие между этими двумя магнитами не очень сильное. Если стрелку просто положить на землю, то она вряд ли сдвинется с места. Поэтому, чтобы не мешать ей поворачиваться в относительно слабом магнитном поле Земли, ее «садят» на шпиль, который выступает в роли оси, или, как в первых европейских моделях компасов, опускают на воду, уменьшая тем самым сопротивление при вращении до минимума.
Чтобы не спутать северный и южный концы стрелки, их обычно делают разными. Чаще всего концы стрелки могут отличаться по форме и цвету. Как правило, красным цветом выделяют северный конец стрелки, но бывают и исключения. О том, какими цветами и формой выделяют северную часть стрелки, а также о том, как определить северный конец стрелки самостоятельно, есть материал в отдельной статье (Устройство компаса).
Почему стрелка не показывает на истинный север
Как уже было сказано, стрелка магнитного компаса показывает направление на магнитные север и юг Земли. Однако местоположение магнитных полюсов не совпадает с местоположением истинных полюсов Земли. Кроме того, положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, причем скорость изменения непостоянна во времени и отличается у северного и южного магнитных полюсов, что связано с процессами, происходящими в недрах планеты.
Таким образом, утверждение о том, что стрелка магнитного компаса всегда показывает на истинный север, ошибочно.
Часто доводилось слышать, что на Аляске - самом крупном штаты США - стрелка магнитного компаса показывает не на север, а на восток. Это не совсем так. Если рассмотреть карту изогон магнитного склонения, то видно, что наибольшее отклонение стрелки на восток не достигнет даже 40°, а это не восточное направление, а северо-восточное. А вот если говорить о том, где стрелка компаса вместо севера покажет на запад, то такая территория есть - это Нунавут, недавно ставший частью Канады.
Карта изогон представлена ниже:
Однако при необходимости все же можно по показаниям магнитного компаса определить направление на истинные полюса Земли. Для этого нужно знать величину магнитного склонения, о которой мы рассказывали
Почему иногда стрелка не показывает на магнитный север
Если быть точным, то стрелка магнитного компаса не показывает точно даже на магнитные полюса Земли. Ее показания в этом случае являются приблизительными.
На самих магнитных полюсах стрелка магнитного компаса будет стремиться занять вертикальное положение, поскольку линии магнитного поля Земли, параллельно которым располагается стрелка, на этих территориях расположены перпендикулярно к плоскости горизонта. Таким образом, северная часть стрелки будет смотреть вниз на северном полюсе, а южная - на южном.
Однако бывают ситуации, когда показания магнитной стрелки достаточно сильно отклоняются от «нормы», и тогда без дополнительных поправок в расчетах можно получить большие ошибки.
Такие отклонения могут быть связаны с рядом причин. Рассмотрим некоторые из них.
Это, например, происходит в областях магнитных аномалий, где направление силовых линий магнитного поля Земли сильно отличается от направления силовых линий магнитного поля в соседних областях. Карты с такими участками иногда имеют заметку о том, что изображенная местность относится к магнитным аномалиям.
Иногда при некорректной работе на показания магнитной стрелки могут влиять различные ферромагнетики, находящиеся рядом. Обычно их влияние присутствует всегда, но из-за их удаленности от стрелки такое влияние ничтожно мало по сравнению с влиянием магнитного поля Земли. Если же источник постороннего магнитного поля (ферромагнетик или проводник, по которому течет электрический ток) оказывается слишком близко к стрелке, то его влияние может оказаться заметным, а зачастую и стать преобладающим, что негативно скажется на результатах проводимых с помощью компаса измерениях.
В конце концов, на ошибку в показаниях магнитного (да и не только магнитного) компаса может повлиять его неисправность. Это не такая уж редко встречаемая ситуация, поэтому к ней нужно отнестись со всей ответственностью, .
Вспомогательные «стрелочные» элементы компаса
Для обеспечения корректной работы основного элемента компаса - магнитной стрелки - в этом устройстве предусмотрен ряд вспомогательных элементов. Ознакомимся с некоторыми из них.
Колба. Она позволяет защитить стрелку от механических повреждений, утери и от влияния ветра и дождя.
Жидкость в колбе. Она служит для быстрой стабилизации стрелки. Компасы, колба которых заполнена специальной жидкостью, называются жидкостными. В «воздушных» моделях для этой цели использовался латунный корпус, уменьшающий колебания стрелки за счет возникновения индукционных токов. Однако, если сравнивать два варианта стабилизации, то в случае с жидкостью любые колебания стрелки затухают намного быстрее.
Арретир. Это специальный стопор для остановки стрелки, чаще всего представляющий собой небольшой рычажок-фиксатор. Он позволяет удерживать стрелку в неподвижном состоянии, предотвращая ее хаотичные колебания во время движения человека по маршруту.
Как сделать стрелку для компаса своими руками
В аварийной ситуации, которая произошла за пределами цивилизации, может понадобится сконструировать примитивный компас.
В качестве стрелки для такого компаса допустимо использовать любые небольшие изделия из ферромагнетиков. Чаще всего в качестве стрелки для самодельного компаса используют намагниченную швейную иглу, хотя с тем же успехом в этой роли выступают и другие предметы, например, английская булавка или рыболовный крючок.
Подробнее о том, как сделать компас из подручных материалов, можно прочитать в
Кстати, в древнем Китае, где был изобретен первый магнитный компас, в качестве стрелки использовали специальную намагниченную ложку, свободно вращающуюся на гладкой доске.
Как сориентироваться по стрелке компаса
С помощью работающей магнитной стрелки можно решать разные задачи, но для ориентирования важны в первую очередь две - определение сторон света и определение направления, в котором нужно двигаться.
Для того, чтобы определить стороны света, нужно с помощью стрелки найти направление на север и стать к нему лицом. Теперь позади окажется юг, справа - восток, а слева - запад.
Чтобы по стрелке компаса выбрать направление дальнейшего движения, зная азимут, нужно определить по показаниям стрелки направление на север, а затем от него по часовой стрелке отмерить угол, соответствующий нужному магнитному азимуту.
Как видим, в работе магнитной стрелки, как и самой стрелке нет ничего загадочного и противоречивого. Все вполне объясняется законами физики и знаниями об окружающем нас мире. Именно эти знания, накопленные предыдущими поколениями, позволяли людям выживать и привели к расцвету человеческую цивилизацию, и именно эти знания в наши дни становятся на помощь тем, кто оказались в аварийных условиях вдали от цивилизации или попросту заблудился в лесу, отправившись за грибами.