dlaczego kompasy mogą być niedokładne

zdjęcie: w latach 60.astronauci byli wyposażeni w małe kompasy, takie jak te, jako część ich sprzętu ratunkowego, aby wiedzieli, gdzie się znajdują, gdy wrócili na Ziemię.Zdjęcie dzięki uprzejmości NASA Johnson Space Center (NASA-JSC).

Kompasy są genialnie przydatne, ale czasami mogą nas zwodzić na manowce, ze względu na dwa różne problemy zwane deklinacją (lub wariacją) i deklinacją. Oto dlaczego.,

Deklinacja (odmiana)

Ziemia obraca się wokół osi (Rodzaj niewidzialnego pręta) biegnącej przez biegun północny (czasami nazywany geograficznym biegunem północnym, na „szczycie” planety) i Biegun Południowy (lub geograficzny biegun południowy, na „dole”planety). Ale ziemskie pole magnetyczne jest nieco niestabilne i nie wyrównuje się z osią obrotu. Tak więc magnetyczny biegun północny (miejsce, w które wskazuje Twój kompas) nie pokrywa się dokładnie z rzeczywistym biegunem północnym (to kilkaset km/mil) i to samo dotyczy magnetycznego bieguna południowego.,

w praktyce różnica między „prawdziwą północą” a „północą magnetyczną” jest niewielka i ogólnie (gdy jesteś poza domem z kompasem i mapą) możesz traktować północ za pomocą kompasu, który pokazuje, że chociaż wskazywał na prawdziwy, geograficzny Biegun Północny.Jeśli mamy być dokładniejsi, to różnica między „magnetyczną północą” a „prawdziwą północą” jest różnicą, która zmienia się nieznacznie z miejsca na miejsce (i od roku toyear, ponieważ pozycja magnetycznej północy Ziemi jest stale zmienna) i nazywa się ją deklinacją lub wariacją.,Kiedy ważna jest naprawdę dokładna nawigacja (na przykład na statkach), musisz wziąć pod uwagę deklinację i ją skorygować.

kompas jest zaprojektowany tak, aby reagować na pole magnetyczne generowane przez wirującą gorącą masę tysięcy kilometrów w głąb ziemi, ale dzieje się wiele innych rzeczy, znacznie bliższych kompasowi, które potrafią go dobrze i prawdziwie wypalić. Jeśli jesteś wewnątrz żelaznego statku lub samochodu, na przykład, cały ten metal może zrobić dużą różnicę., Dokładność pomiaru kompasu w pewnej sytuacji nazywa się odchyleniem i jest to kąt między miejscem, w którym kompas byłby punktowany, gdyby był idealnie dokładny (północ magnetyczna), a miejscem, w którym faktycznie punktuje. Jeśli w pobliżu znajduje się jakiś magnes, Albo znajdujesz się w pobliżu magnetycznego fragmentu skorupy ziemskiej, albo występują zmienne prądy elektryczne generujące pola magnetyczne, to igła kompasu zostanie uszkodzona, a jej dokładność zostanie zmniejszona., Najbardziej wyrafinowane kompasy mają wbudowane magnesy kompensacyjne, które można dostosować, aby anulować lokalne efekty magnetyczne.

Photo: A fateful compass: jest to kompas, którego aktor John Wilkes Booth używał do nawigacji po rzece Potomak, gdy uciekł po zastrzeleniu prezydenta USA Abrahama Lincolna w 1865 roku. Zdjęcie dzięki uprzejmości Carol M. Highsmith ' s America, Library of Congress, Prints and Photographs Division.,

Kompasy okrętowe

Deklinacja i odchylenie nie mają większego znaczenia, jeśli jesteś pieszo z mapą lub w acarze; ogólnie rzecz biorąc, są inne rzeczy, których możesz użyć, aby pomóc Ci znaleźć swoją drogę i nie jest to katastrofalne, jeśli skręcisz w złym kierunku lub dwa. Na statku, z dala od lądu i przy złej pogodzie (więc nie można podróżować po niebie), to zupełnie inna sprawa. Zanim nastąpił postęp technologiczny, taki jak GPS andradar, życie ludzi opierało się na precyzyjnej nawigacji za pomocą samego kompasu., Dlatego kompasy okrętowe (czasami nazywane kompasami Marinera) były znacznie bardziej skomplikowane niż te, które ludzie zwykle używali na lądzie. W nowoczesnym kompasie okrętowym karta kompasu jest przymocowana do pływaka z szeregiem igieł magnetycznych pod nim i obraca się swobodnie wewnątrz dużej szklanej szyby wypełnionej mieszaniną alkoholu i wody (w celu zminimalizowania tarcia i pochłaniania wibracji od poruszającego się statku)., Całość montowana jest na gimbalach (obrotach) w stojaku zwanym binnacleso pozostaje pozioma, nawet gdy statek porusza się (porusza się w górę iw dół) i toczy się (kołysze się z boku na bok) w falach.

inne rodzaje kompasów

Żyrokompasy

Jeśli kompasy magnetyczne mogą być trudne w użyciu na statkach, wyobraź sobie, o ile gorsze są w szybko poruszających się samolotach. Dlatego samoloty (plus duże statki i niektóre pojazdy lądowe) opierają się na żyrokompasach., W przeciwieństwie do magneticcompass, który wskazuje w ten sam sposób ze względu na przyciąganie magnetyczne, agyrocompass używa żyroskopu-szybko obracającego się koła, zamontowanego na gimbalach, które obraca się w tym samym kierunku, niezależnie od tego, w jaki sposób go obrócisz. Żyrokompasy lepiej radzą sobie z bardziej „dynamicznym środowiskiem” na statkach i samolotach, a kolejną zaletą jest to, że można je ustawić tak, aby wskazywały prawdziwą północ (Biegun Północny), a nie magnetyczną północ.,

grafika: jak działa żyrokompas: ciężki obrotowy żyroskop (żółty, środkowy) napędzany silnikiem elektrycznym (fioletowy, dolny) obraca się wewnątrz dwóch prostopadłych pierścieni montażowych zwanych gimbalami (czerwonymi i zielonymi). Są one mocowane za pomocą sprężyn do zewnętrznej obudowy (niebieskiej), mocno przymocowanej do korpusu statku lub samolotu. Podstawową ideą jest to, że wirujący żyroskop utrzymuje wskaźnik skierowany w tym samym kierunku, bez względu na to, jak statek lub samolot wije się i dryfuje., Pokazany tutaj model został opracowany przez Hansa Usenera Z Kilonii Niemcy, z jego patentu US 1,136,566: Gyrocompass, opatentowany 20 kwietnia 1915, dzięki uprzejmości US Patent and Trademark Office.

żyrokompas został pomyślnie opracowany na początku XX wieku przez amerykańskiego inżyniera Elmera Sperry ' ego (1860-1930), opatentowany w 1908 roku, a po raz pierwszy zademonstrowany na okręcie w 1911 roku., Jednak gyrocompass Sperry 'ego był w rzeczywistości oparty na wcześniejszym (1906) wynalazku niemieckiego naukowca Hermanna Anschütz-Kaempfe' a (1872-1931), który z powodzeniem pozwał Sperry ' ego za naruszenie patentu w Niemczech z pomocą Alberta Einsteina (1879-1955). Późniejsze przypadki naruszenia patentów w Wielkiej Brytanii i USA znalazły się jednak na korzyść Sperry ' ego, dlatego w dużej mierze przypisuje mu się ten wynalazek dzisiaj.,

Kompasy

podczas gdy kompasy magnetyczne i żyrokompasy są ustawione zgodnie z ziemią,kompasy są wyrównywane z położeniem ciał niebieskich(stałych punktów na niebie, takich jak słońce lub gwiazdy), a następnie wskazują położenie prawdziwej północy. Są one bardziej złożone i trudniejsze w użyciu niż kompasy magnetyczne, ale oferują dobrą alternatywę w miejscach takich jak regiony polarne, w których kompasy magnetyczne i żyrokompasy są niezawodne.

Zdjęcie: Żyrokompas i sprzęt nawigacyjny na ciężarówce. Zdjęcie dzięki uprzejmości US Geological Survey.,

Kompasy radiowe

zwane również radiowymi wykrywaczami kierunku (RDF), odbierają sygnały kierunkowe przesyłane z nadajników radiowych.Podstawową ideą jest to, że antena odbiorcza (na pokładzie czegoś takiego jak statek lub samolot) odbiera silniejszy lub słabszy sygnał w zależności od tego, jak wskazuje na antenę nadawczą.W przypadku oryginalnego sprzętu RDF trzeba było obrócić antenę odbiorczą w jedną lub drugą stronę, aby zmaksymalizować lub zminimalizować sygnał, co pozwoliło dowiedzieć się, gdzie znajduje się Nadajnik. Dzięki sygnałom z więcej niż jednego nadajnika można ustalić własną pozycję., Automatyczne wykrywacze kierunku (ADF) w nowoczesnych samolotach to kompasy radiowe, które automatycznie ustalają i wyświetlają Kierunki za pomocą wskaźnika i pokrętła podobnego do tradycyjnego kompasu magnetycznego.

Kto wynalazł kompas?

nikt nie wie, kiedy i gdzie wynaleziono kompasy, ale to wiemy:

  • ~300–200bce: uważa się, że prymitywne magnetofony zostały wynalezione w Chinach.,
  • XII wiek n. e.: bardziej wyrafinowane kompasy są wynalezione niezależnie w Chinach, świecie arabskim i Europie i po raz pierwszy wyposażone w igły kompasu zamontowane na szpilkach.
  • XIII wiek: Kompasy zawierają karty kompasu oznaczone obecnie znanymi punktami kardynalnymi i podziałami.
  • XV wiek: nawigatorzy zdają sobie sprawę, że kompasy wskazują na magnetyczny biegun północny ziemi, a nie jego prawdziwy (geograficzny) Biegun Północny.
  • XVI wiek: Kompasy morskie są montowane w gimbalach, aby zmniejszyć problemy spowodowane ruchem statków.,
  • XVII wiek: Anglik William Gilbert publikuje obszerny naukowy opis magnetyzmu ziemi i używa go do wyjaśnienia, dlaczego kompasy point north.
  • lata 1880-te: szkocki fizyk William Thompson (Lord Kelvin) opracowuje kompasy, które można dostosować do pracy wewnątrz żelaznych statków.
  • 1880: Holender Marinus Gerardus van den Bos patentuje żyrokompas. Inni rozwijają i udoskonalają wynalazek w ciągu następnych kilku dziesięcioleci.
  • 1900s: Radio direction finding (RDF) zostało opracowane przez włoskich inżynierów Ettore Bellini i Alessandro Tosi.,
  • 1906: Hermann Anschütz-Kaempfe (1872-1931) wynalazł nowoczesny żyrokompas.
  • 1911: ulepszony gyrocompass Elmera Sperry ' ego został po raz pierwszy pomyślnie przetestowany na statku.
  • 1900-1920: powstają radiokompasy( radiokompasy, Radiokompasy).
  • 1973: amerykański projekt nawigacji satelitarnej GPS oznacza początek stałego przejścia od tradycyjnej nawigacji do bardziej zautomatyzowanych, łatwiejszych w użyciu metod znajdowania drogi.,