Компас и история его открытия

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: История создания и Принцип действия

 

 

 Гирокомпас: История создания и Принцип действия

 

 Электронный компас: История создания и Принцип действия 

 

 Электронный компас: История создания и Принцип действия 

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.

Принцип действия такого компаса весьма прост:

1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта)
2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.
3. Выжидается некоторый интервал времени.
4. Повторно определяется местоположение объекта.
5. На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения и из него:
6. направление движения
7. скорость движения

5. Осуществляется переход к шагу 2. 

• 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).