Компас
и история его
открытия
Новиков
Григорий 8 «М»
- Ко́мпас
(в речи моряков: компа́с) — устройство,
облегчающее ориентирование на местности.
Существуют три принципиально различных
вида компаса: магнитный компас, гирокомпас
и электронный компас.
Магнитный
компас
Предположительно,
компас был изобретён в Китае и использовался
для указания направления движения по
пустыням. В Европе изобретение компаса
относят к XII—XIII вв., однако его устройство
очень простое — магнитная стрелка, укрепленная
на пробке и опущенная в сосуд с водой.
В воде пробка со стрелкой ориентировалась
нужным образом.
Слово «компас»,
по-видимому, происходит от старинного
английского слова compass, означавшего
в XIII—XIV вв. «круг».
Принцип действия
основан на взаимодействии поля постоянных
магнитов компаса с горизонтальной
составляющей магнитного поля Земли. Свободно
вращающаяся магнитная стрелка
поворачивается вокруг оси, располагаясь
вдоль силовых линий магнитного
поля. Таким образом, стрелка всегда
параллельна направлению линии
магнитного поля.
Принцип действия
Гирокомпас
- Гирокомпас
— прибор, указывающий направление
на земной поверхности; в его состав
входит один или несколько гироскопов.
Используется почти повсеместно
в системах навигации и управления
крупных морских судов; в отличие
от магнитного компаса его показания
связаны с направлением на истинный
географический (а не магнитный) Северный
полюс. Обычно гирокомпас применяется
как опорное навигационное устройство
в судовых рулевых системах с
ручным или автоматическим управлением.
Морской гирокомпас, как правило,
очень тяжел; в некоторых конструкциях
вес гироскопического ротора превышает
25 кг. Для нормальной работы гирокомпаса
необходимо устойчивое основание, не испытывающее
ускорений и фиксированное относительно
земной поверхности, причем скорость его
перемещения должна быть мала.
- Прототип
современного гирокомпаса первым создал
Аншютц-Кэмпфе , вскоре подобный прибор
построил Сперри. В последующие годы
разрабатывалось множество гирокомпасов
различных модификаций, но наиболее
удачные из них принципиально
почти не отличались от устройств
Аншютца и Сперри. Приборы современной
конструкции значительно усовершенствованы
по сравнению с первыми моделями;
они отличаются высокой точностью
и надежностью и удобнее в
эксплуатации.
- Простейший
гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного
внутри полого шара, который плавает в
жидкости; вес шара с гироскопом таков,
что его центр тяжести располагается на
оси шара в его нижней части, когда ось
вращения гироскопа горизонтальна.
Электромагнитный
компас
- Электромагнитный
компас является электрогенератором,
в котором магнитное поле Земли
играет роль статора, а одна или несколько
рамок с обмотками — ротора.
Соотношение напряжений, наводимых
в обмотках при движении в магнитном
поле, показывает курс, либо одна обмотка
устанавливается под заранее
заданным углом к продольной оси
самолёта или корабля, и для поддержания
курса пилоту или рулевому следует
рулём направления удерживать стрелку
на нуле.
- Преимущество
электромагнитного компаса перед
обычным магнитным — в отсутствии
девиации (отклонение магнитной стрелки
компаса под влиянием больших
масс металла) от ферромагнитных деталей
транспортного средства, так как
они неподвижны относительно обмоток
и не наводят в них токов.
- Для работы
простого варианта электромагнитного
компаса требуется быстрое движение,
поэтому первое применение электромагнитный
компас нашёл в авиации.
Электронный
компас
- Здесь
рассматривается компас, построенный
на принципе определения координат
через спутниковые системы навигации.
Существуют также компасы (так называемые
цифровые), использующие в качестве
датчика блок магниторезисторов
или элементов Холла. Последние
представляют собой микроэлектромеханические
системы, способные определять своё
относительное положение в магнитном
поле Земли, в отличие от использующих
спутниковый сигнал устройств, которые
компасами в классическом смысле
не являются, так как представляют
из себя лишь приборы с индикацией
путевого угла в виде компаса.
- На основании
сигналов со спутников определяются координаты
приёмника системы спутниковой навигации
(и, соответственно, объекта)
- Засекается
момент времени, в который было сделано
определение координат.
- Выжидается
некоторый интервал времени.
- Повторно
определяется местоположение объекта.
- На основании
координат двух точек и размера временного
интервала вычисляется вектор скорости
движения и из него:
- направление
движения
- скорость
движения
- Ограничения:
- Естественно,
если объект не перемещается, направление
движения узнать не получится. Исключение
составляют достаточно большие объекты
(например, самолёты), где есть возможность
установить 2 приёмника (например, на концах
крыльев). При этом координаты двух точек
можно получить сразу, даже если объект
неподвижен, и перейти к пункту 5.
- Ещё одно
ограничение обусловлено точностью определения
координат спутниковыми системами позиционирования
и влияет, главным образом, на тихоходные
объекты (пешеходов).