Оглавление
- Современные разновидности компасов
- Как выбрать удобную модель
- Дальнейшее распространение компаса
- Преимущества магнитных моделей компаса
- Вариант №3
- Влияние наклона магнитометра на вычисляемое направление
- Какие еще бывают компасы
- Картушка компаса.
- Самодельный компас из подручных средств
- Судовой магнетизм.
- Техобслуживание прибора
- Как скачать компас на телефон бесплатно
- Жидкостный компас.
- Как пользоваться программой
Современные разновидности компасов
Для использования в различных отраслях разработано несколько разновидностей компаса.
Магнитные компасы основаны на действии магнитного поля Земли. Намагниченный элемент всегда занимает положение, параллельное меридианам, и показывает на магнитные полюса планеты. Удачной моделью магнитного компаса является компас, изобретенный нашим соотечественником, талантливым инженером Адриановым и названный его именем.
Это всем известный компас со стрелкой, которую можно остановить с помощью стопора. Для точного ориентирования компас Адрианова снабжен шкалой и двумя дополнительными стрелками (мушка и целик).
Электромагнитный компас использует явление электромагнитной индукции. В таких компасах статором (неподвижной частью) является Земля, а ротором (подвижной частью) – рамка с обмоткой. Электромагнитные компасы применяются в самолетах и судах, поскольку позволяют избежать эффекта намагничивания от металлического корпуса и минимизировать погрешность.
Гирокомпас основан на использовании особого устройства – гироскопа, и отличителен тем, что указывает не на магнитный, а на географический полюс. Изобретение немецких инженеров начала 20-го века.Электронные компасы созданы в последние десятилетия. По сути это не компасы, а приборы, улавливающие сигнал от спутников и показывающие направление по системе спутниковой навигации.
Как выбрать удобную модель
Как выбрать компас, который работает вечно? Подобные вопросы задают люди, недавно вступившие на стезю туризма. Опытные путешественники не полагаются на «авось». Прежде чем выйти на маршрут, они продумывают все действия, которые могут возникнуть при форс-мажорных ситуациях.
К примеру, движущийся по заснеженным просторам автомобиль вышел из строя, а аккумулятор электронного устройства безнадежно разрядился. Оказавшись в подобной ситуации и не имея опыта в альтернативных способах ориентирования, можно заблудиться окончательно и бесповоротно.
Но неприятность покажется пустяком, если под рукой окажется запасной аварийный комплект, состоящий из подробных карт местности и не зависящего от источников энергии магнитного компаса.
Автомобили и мотоциклы
Для совершения мотопробега или автомобильного путешествия по новым местам, можно обратить внимание на электронное устройство. Это гарантирует максимально точные данные
При этом, компас не будет реагировать на металлические части транспорта. А значит, его функциональность не снизится.
Кого-то смутит, что прибор требует регулярной подзарядки. Это является проблемой при пеших экспедициях. Но, пользуясь энергией работающего автомобиля, можно заряжать устройство когда угодно. А это значит, что опасения не имеют оснований.
Велосипедисты
Как правило, велосипедисты катаются недалеко от «цивилизации». Лучшим вариантом станет устройство жидкостного типа. Подцепив на запястье, или подвесив на шейный шнурок, можно контролировать свою точку нахождения, не отвлекаясь от движения. Планируя совершить велопробег в соседний город, лучше захватить резервный электронный компас.
Пешие прогулки
Самый простой компас магнитного типа станет достойным спутником во время пеших прогулок в близлежащем парке. Для прогулок с ребенком приобрести детскую наручную модель и в форме игры обучить подрастающее поколение навыкам ориентирования.
Спорт
Для занятия спортивным ориентированием необходимо особое оснащение. Лучший вариант — жидкостный прибор. Высокоточные показания, быстрота, удобство — основные его характеристики.
Дальнейшее распространение компаса
От китайцев компас попал к арабам. Арабы были неплохими мореходами, они нуждались в средствах навигации, поэтому идея компаса пришлась им по душе. Арабский компас 13-го столетия – это намагниченный предмет, который опускали в сосуд с водой. Минимальная сила трения позволяла предмету свободно двигаться, поворачиваясь в одну из сторон света. В таком виде прототип современного компаса и попал к европейцам.
Европейским мореплавателям навигационный прибор был жизненно необходим, и они быстро усовершенствовали арабское приспособление. Изобретателем европейского компаса, который не просто указывает направление север-юг, но позволяет более точно ориентироваться по сторонам света, является итальянец Флавио Джойя. Он разделил циферблат компаса на 16 делений.
Кроме того, Джойя окончательно установил стрелку на тонкую шпильку (эта идея и прежде использовалась в некоторых моделях компасов), а для снижения силы трения в оси налил в чашу воду. Это произошло в 14 веке. С тех пор конструкция компаса претерпела значительные изменения, но сам замысел Джойя используется во всех современных магнитных компасах и по сей день.
Преимущества магнитных моделей компаса
Несмотря на устаревающий принцип действия, такие приборы продолжают использоваться в том же морском транспорте. К их сильным сторонам относят не только высокую точность, но и надежность. К тому же, современные версии приборов обретают все новые свойства и улучшаются в базовых эксплуатационных качествах. Это в первую очередь относится к технико-конструкционной части, ориентирующейся на многолетнюю эксплуатацию. Конечно, и электронные модели обеспечиваются высокопрочными стойкими корпусами, а также имеют компактные размеры. Но магнитный компас в процессе работы не зависит от погодных явлений и энергообеспечения. Единственное условие сохранения надлежащей работоспособности сводится к качественному выполнению настройки с поправкой и техническому обслуживанию.
Вариант №3
Компас – приспособление, которое помогает ориентироваться на местности потому, что указывает на стороны света и магнитные полюса Земли. На сегодняшний день всем морякам, пилотам и пешеходам помогает определит направление, в котором они должны двигаться именно компас.
Официально компас был создан в Китае, лишь в X веке. Но существует одна легенда, которая повествует первое использование компаса, пять тысяч лет тому назад. Китайский император Хуан-ди одержал победу в одной из стычек с монгольским народом. Противник уже отступал, но император со своим войском хотел догнать противников. Когда же монголы дошли до знакомой им пустыни, начали скакать на своих лошадях, так быстро, что поднятая ими пыль заслонила солнце. Через некоторое время китайцы смогли осмотреть окрестности, но монголы уже были далеко за горизонтом. Долго войско Хуан-ди блуждало по пустыне, но им так и не удалось найти отступивших. Запасы продовольствия уже были на исходе, а китайцы не могли найти путь домой. В какой-то момент Хуан-ди вспомнил о необычном подарке какого-то мудреца. Это был маленькая фигурка человека, сделанная из железа. У этой странной, сперва, казалось бы, ненужной игрушки, одна рука всегда показывала на юг, а вторая – на север. Сориентировавшись по ней, император привел измученное войско на родину.
Изобретения компаса в Европе произошло немного позже, чем в Китае – приблизительно в XII-XIII веке. Но этот компас был очень простым – к пробке прикреплялась магнитная стрелка и вся эта конструкция опускалась в посудину с водой. Но в XIV веке Флавио Джойя усовершенствовал компас. Магнитная стрелка была уже не на пробке, а надета на шпильку, а также Флавио прикрепил к стрелке круг, разделенный на 16 частей – румбов.
Потом компас еще очень много раз усовершенствовали, и на сегодняшний день существует: гирокомпас, цифровой компас, астрономический, спутниковый, горный компас, радиокомпас.
Самый современный из компасов – цифровой. Он определяет координаты путем связи с навигационными системами спутников.
Компас – незаменимый атрибут в жизни многих людей.
2, 3, 8 класс, по физике. История его открытие, окружающий мир
Влияние наклона магнитометра на вычисляемое направление
На очереди проблема номер два. В начале статьи мы уже попробовали вычислить угол между севером и стрелкой компаса. Для этого годится простая формула:
H = atan(Y/X)
где H — угол отклонения стрелки компаса от северного направления; X,Y — калиброванные значения магнитометра.
Представим теперь, что мы фиксируем ось X строго по направлению к северу, и начинаем вращать датчик вокруг этой оси (придаем крен). Получается, что проекция поля на ось X остается неизменной, а вот проекция на Y меняется. Согласно формуле, стрелка компаса будет показывать либо на северо-запад, либо на северо-восток, в зависимости от того, в какую сторону делаем крен. Это и есть, заявленная в начале статьи, вторая проблема электронного компаса.
Решить проблему поможет геометрия. Нам нужно всего лишь повернуть магнитный вектор в систему координат, заданную инклинометром. Для этого, поочередно перемножим две матрицы косинусов на вектор:
Vcal2 = Ry*Rx*Vcal
где Vcal — магнитный вектор, очищенный от Hard и Soft искажений; Rx и Ry — матрицы поворота вокруг осей X и Y; Vcal2 — магнитный вектор, очищенный от влияния крена и тангажа.
Пригодная для программы контроллера формула будет иметь вид:
Xcal2 = Xcal*cos(pitch) + Ycal*sin(roll)*sin(pitch) + Zcal*cos(roll)*sin(pitch) Ycal2 = Ycal*cos(roll) — Zcal*sin(roll) H = atan2( -Ycal2, Xcal2 )
где roll и pitch — наклоны вокруг осей X и Y; Xcal,Ycal,Zcal — вектор магнитометра (Vcal); Ycal2, Ycal2 — калиброванные значения магнитометра (Zcal2 не считаем — он нам не пригодится); H — угол между севером и стрелкой компаса.
(О том, кто такой atan2 можно узнать тут: https://en.wikipedia.org/wiki/Atan2)
Какие еще бывают компасы
Для полноты картины считаю нужным коротко рассказать и про другие виды компасов, в том числе и немагнитных, работа которых строится немного на других принципах.
Эти компасы отличны по своему строению и обладают отличными от магнитного характеристиками, что в ряде случаев обеспечивает их превосходство над классической «туристской» моделью.
Начнем с гирокомпаса. Принцип действия этого прибора основан на работе гироскопа. В некоторых случаях в состав гирокомпаса может входить не один гироскоп, а несколько.
В отличии от магнитного компаса, гирокомпас показывает направление на истинный север. Существенным отличием его является низкая чувствительность к магнитным полям, вызывающим магнитные девиации в магнитном компасе.
Однако девиации в гирокомпасе все же возникают. Это возможно при резкой смене скорости или курса судна, на котором установлен прибор, или быстрой смене широты. Ввиду сравнительно большой массы гирокомпасы не используются в туризме. Их применение связано в основном с морской навигацией и ракетной техникой.
Следующий прибор навигации, о котором хотелось бы рассказать, — электромагнитный компас.
По сути это электрогенератор, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а рамка с обмоткой самого прибора — ротора. Движение в магнитном поле приводит к возникновению токов, по соотношению которых судят о правильности курса движения.
Электромагнитный компас нашел применение в авиации и морском деле. Его могут устанавливать в определенном положении на самолете или корабле для того, чтобы штурману было проще выдерживать определенный курс. Любое отклонение от курса приведет к отклонению в показаниях приборов, и человек сможет подкорректировать направление и вернуться на правильный курс.
Главное преимущество электромагнитного компаса перед магнитным — нечувствительность к находящимся вблизи намагниченным объектам, если только они неподвижны относительно электромагнитного компаса.
И еще одно средство навигации, о котором хотелось бы упомянуть, — спутниковый компас.
Этот прибор не может работать без источника энергии, но при этом очень точен и указывает именно на Северный полюс.
Спутниковый компас, как и гирокомпас, показывает истинный север. Он работает, получая сигналы от спутников, подобно современным навигаторам. Ввиду этого, такому компасу не страшны ни магнитные девиации, ни магнитные аномалии, ни даже изменение положения магнитного полюса.
Программу, использующую связь со спутником для ориентирования виртуального компаса, можно установить на современный смартфон или планшет, работающий без магнитного датчика.
Однако не стоит полагаться на спутниковый компас в местах, где отсутствует связь со спутниками. Так, например, он будет бесполезен для любителей спелеопрогулок.
Кроме того, не стоит забывать, что этот компас зависим от электропитания: нет заряда батареи — нет показаний прибора.
В целом, говоря о средствах навигации, стоит отметить современную тенденцию перехода от компасов к навигаторам. К сожалению, все больше и больше любителей активного отдыха на природе забывают навыки работы с простым и надежным магнитным компасом, полностью заменяя их быстрой, удобной и комфортной работой с современными навигационными устройствами.
Тем не менее, нужно понимать всю опасность такой ситуации, ведь поломка навигатора, разряженная батарея либо отсутствие связи со спутниками могут стать причиной чрезвычайной ситуации. С компасом такое маловероятно, да и починить или сделать его из подручных материалов куда проще.
Говоря о выборе компаса, я бы порекомендовал планшетный магнитный жидкостный компас. Как по мне, это лучший вариант: он достаточно прост в обращении, легок, не занимает много места и совершенно независим от источников электропитания, что делает его незаменимым устройством почти для любого путешественника. Кроме того, купить такой компас, как правило, не составляет большого труда, ведь бюджетные варианты по низкой стоимости на сегодняшний день в большом ассортименте представлены в специализированных магазинах, а качество их работы не сильно отличается от качества работы дорогих аналогов.
Картушка компаса.
Для определения направлений в компасе имеется картушка (рис. 1) – круговая шкала с 360 делениями (соответствующими одному угловому градусу каждое), размеченными так, что отсчет ведется от нуля по часовой стрелке. Направлению на север (норд, N, или С) обычно соответствует 0°, на восток (ост, O, E, или В) – 90°, на юг (зюйд, S, или Ю) – 180°, на запад (вест, W, или З) – 270°. Это главные компасные румбы (страны света). Между ними расположены «четвертные» румбы: норд-ост, или С-В (45°), зюйд-ост, или Ю-В (135°), зюйд-вест, или Ю-З (225°) и норд-вест, или С-З (315°). Между главными и четвертными расположены 16 «основных» румбов, таких, как норд-норд-ост и норд-норд-вест (некогда было еще 16 румбов, таких, как «норд-тень-вест», называвшихся просто румбами).
Также по теме:
ПОЛЮСЫ
Самодельный компас из подручных средств
Если же в наличии есть иголка или рыболовный крючок, то можно сделать примитивный компас, положив их на лист бумаги или закрепив на тонкой ветке, и опустив всю конструкцию на воду. С большой вероятностью они уже будут намагничены и повернутся в направлении север–юг. Если же игла или крючок оказались не намагничены, их можно положить на несколько секунд на нож, пилу, мобильный телефон — все то, что обладает магнитным полем — а после снова опустить на воду.
В некоторых учебниках рекомендуют для намагничивания иглы потереть ее о волосы или шелк с целью намагнитить. Однако ни в одном моем опыте размагниченную иглу не удавалось намагнитить таким образом.
В качестве стрелки импровизированного магнитного компаса можно использовать и более крупные предметы, например, нож. Но в этом случае придется сооружать приспособление, способное удержать нож на поверхности воды. Да и сама конструкция будет достаточно инерционной, и понадобится больше времени, для того, чтобы «стрелка» успокоилась.
Важно обеспечить изоляцию такого компаса от ветра, иначе определить стороны света с помощью такого прибора будет проблематично. Изоляцию можно сделать с помощью каримата, либо используя естественное укрытие — углубление в земле, скалу и тому подобное
Судовой магнетизм.
Местные магнитные поля, создаваемые корпусом судна и охватываемые понятием судового магнетизма, делятся на переменные и постоянные. Переменный судовой магнетизм наводится в стальном корпусе судна магнитным полем Земли. Напряженность переменного судового магнетизма изменяется в зависимости от курса судна и от географической широты. Постоянный судовой магнетизм наводится в процессе постройки судна, когда под влиянием вибрации, вызываемой, например, операциями клепки, стальная обшивка становится постоянным магнитом. Напряженность и полярность (направление) постоянного судового магнетизма зависят от местоположения (широты) и ориентации корпуса судна в период его сборки. Постоянный магнетизм частично теряется после спуска судна на воду и после того, как оно побывает в бурном море. Кроме того, он несколько изменяется в процессе «старения» корпуса, но его изменения существенно уменьшаются после эксплуатации судна в течение года.
Судовой магнетизм можно разложить на три взаимно перпендикулярные компоненты: продольную (относительно судна), поперечную горизонтальную и поперечную вертикальную. Отклонения магнитной стрелки, обусловленные судовым магнетизмом, корректируют, помещая возле компаса постоянные магниты, параллельные этим компонентам.
Техобслуживание прибора
Если сторонних помех не наблюдается и нет оснований для устранения склонений, то некорректная работа устройства может свидетельствовать о его неисправности. В этом случае необходимо произвести комплексное обследование конструкции прибора, выполнить чистку его рабочих элементов и проверить жидкостный наполнитель
Особое внимание уделяется наружным частям и котелку. Их следует протирать ветошью с мягким ворсом при минимальных колебаниях для чувствительной начинки
Если планируется оставлять магнитный компас на длительное время хранения, то его поверхности покрываются защитной смазкой для консервации. Также проверяется и качество работы осветительных элементов, если они предусматриваются конструкцией. Если к прибору подведены электротехнические соединения для питания вспомогательных рабочих компонентов, нужно оценить и качество изоляции проводки.
Как скачать компас на телефон бесплатно
В официальных магазинах Google Play и App Store доступно немало тематических приложений, за которые не взымается плата. Разве что реклама будет отображаться.
Но не спешите устанавливать программы на гаджет. Возможно, нужный функционал по умолчанию встроен в вашу версию Android. На iPhone достаточно зайти в папку «Дополнения» и там увидите необходимый софт (также может быть просто в перечне программ):
На Андроид тоже многие производители смартфонов добавляют подобное ПО. К примеру, на моем Xiaomi Redmi Note 4 есть интегрированная утилита Compass:
Solar Compass. Определение направлений по положению солнца или луны. Учитывает местоположение, дату и время. Приложение очень нужное тем, кто, в силу окружающих обстоятельств (магнитные поля, массивы металла и т.п.) не может использовать обычный компас. Существует достаточно приложений (компасов), определяющих направления, использующих магнитный датчик или изменение координат GPS в движении. Но первые, как и обычные компасы, подвержены влиянию магнитных полей, а для вторых требуется не менее 25м (чем больше, тем лучше) движения по прямой для расчета относительного азимута. Способ расчета, используемый приложением известен давно и применяется в солнечных часах.
Это приложение работает качественно и направление определяет достоверно. Учитывается местоположение: определяется с помощью GPS или можно задать вручную. Учитывается дата и время. Можно выбрать в качестве ориентира солнце или луну. Присутствует шкала азимутов (хоть и не очень удобная, но часто нет и такой). Бесплатно, без рекламы, не использует Internet.
Разработчик: Nebeto Платформа: Android 1.6 и выше Язык интерфейса: Английский Root: Не нужен
Жидкостный компас.
Жидкостный компас, или компас с плавающей картушкой, – это самый точный и стабильный из всех магнитных компасов. Он часто применяется на морских судах и потому называется судовым. Конструкции такого компаса разнообразны; в типичном варианте он представляет собой наполненный жидкостью «котелок» (рис. 3), в котором на вертикальной оси закреплена алюминиевая картушка. По разные стороны от оси к картушке снизу прикреплены пара или две пары магнитов. В центре картушки имеется полый полусферический выступ – поплавок, ослабляющий нажим на опору оси (когда котелок наполнен компасной жидкостью). Ось картушки, пропущенная через центр поплавка, опирается на каменный подпятник, изготовляемый обычно из синтетического сапфира. Подпятник закреплен на неподвижном диске с «курсовой чертой». В нижней части котелка имеются два отверстия, через которые жидкость может переливаться в расширительную камеру, компенсируя изменения давления и температуры.
Картушка плавает на поверхности компасной жидкости. Жидкость, кроме того, успокаивает колебания картушки, вызываемые качкой. Вода не годится для судового компаса, так как она замерзает. Используется смесь 45% этилового спирта с 55% дистиллированной воды, смесь глицерина с дистиллированной водой либо высокочистый нефтяной дистиллят.
Котелок компаса отлит из бронзы и снабжен стеклянным колпаком с уплотнением, исключающим возможность протечки. В верхней части котелка закреплено азимутное, или пеленгаторное, кольцо. Оно позволяет определять направление на различные объекты относительно курса судна. Котелок компаса закреплен в своем подвесе на внутреннем кольце универсального (карданного) шарнира, в котором он может свободно поворачиваться, сохраняя горизонтальное положение, в условиях качки.
Котелок компаса закрепляется так, что его специальная стрелка или метка, называемая курсовой, либо черная линия, называемая курсовой чертой, указывает на нос судна. При изменении курса судна картушка компаса удерживается на месте магнитами, неизменно сохраняющими свое направление север – юг. По смещению курсовой метки или черты относительно картушки можно контролировать изменения курса.
Как пользоваться программой
Невозможно дать краткое описание всего функционала Компас-3D в одной лишь статье. Поэтому можем посоветовать к изучению пособие по работе в данной программе «Азбука Компас» (о нем мы уже упоминали ранее). Также сегодня существует множество различных платных курсов по освоению практически любого приложения. Еще можно найти бесплатные видеоуроки или блоги, специализирующиеся на этой программе. С их же помощью можно научиться работать с графическим редактором.
Если для изучения системы вам больше нравятся печатные издания, можем посоветовать учебники Никонова В.В. «КОМПАС-3D: создание моделей и 3D-печать», Большакова В. и Бочкова А. «Основы 3D-моделирования» или Ганина Н.Б. «Трехмерное проектирование в КОМПАС-3D».
Если же на изучение программы у вас нет времени, на помощь всегда придут профессионалы ФениксХелп. Они помогут даже в самые кратчайшие сроки.
