К техническим средствам, служащим для определения основных направлений в море, относятся также магнитные компасы. В магнитных компасах используют свойство намагниченной стрелки располагаться вдоль магнитных силовых линий магнитного поля Земли в направлении север-юг. На судне на магнитную стрелку, кроме магнитного поля Земли, действуют магнитные поля, создаваемые судовым железом и электроустановками. Поэтому магнитная стрелка компаса, установленного на судне, будет располагаться в так называемом компасном меридиане.
Простота устройства, автономность, постоянная готовность к действию и малые размеры - преимущества магнитного компаса по сравнению с гироскопическим.
Но показания магнитного компаса необходимо исправлять поправкой, величина и знак которой изменяются в зависимости от курса судна, местоположения его на земной поверхности и других причин. В высоких широтах точность показаний магнитного компаса уменьшается, а в районе магнитного и географического полюсов Земли он вообще перестает действовать.
Все суда морского флота снабжаются морскими магнитными 127-миллиметровыми (5-дюймовыми) компасами (рис. 131).
Основными частями компаса являются: котелок 1 с картушкой, нактоуз 2, пеленгатор 3 и девиационный прибор 4.
Котелок (рис. 132) представляет собой латунный цилиндрический резервуар, разделенный на две камеры, которые сообщаются между собой. В верхней камере 1 помещается картушка компаса, нижняя 2 служит для компенсации изменения объема компасной жидкости при колебаниях температуры окружающего воздуха.
В качестве компасной жидкости употребляется раствор этилового спирта (43% по объему) в дистиллированной воде, замерзающей при температуре -26°С. Для уменьшения колебаний котелка во время качки к нижней части его корпуса прикреплена латунная чашка со свинцовым грузом 3.
Котелок снабжен кардановым кольцом, которое позволяет сохранять в горизонтальном положении азимутальное кольцо котелка.
Картушка (рис. 133)-главная часть компаса, состоит из системы магнитных стрелок 1, поплавка 2, агатовой топки 3, винта для крепления топки 4, шести кронштейнов 6, поддерживающих слюдяной диск 5, на который наклеивается бумажный диск, разделенный на румбы и градусы.
Рис. 131.
Рис. 132.
Пеленгатор - специальное приспособление для определения направлений на видимые предметы и небесные тела. Он состоит из основания, предметной и глазной мишеней и чашки для дефлектора.
Нактоуз изготовляется из силумина. Основные части нактоуза: корпус, верхнее и нижнее основания, амортизирующий подвес, девиационный прибор и защитный колпак.
Рис. 133.
Девиационный прибор помещается внутри нактоуза и представляет собой латунную трубу с двумя подвижными каретками для установки магнитов-уничтожителей. Комплект магнитов для уничтожения полукруговой девиации придается в специальном деревянном футляре.
Все выпускаемые 127-миллиметровые компасы имеют донное освещение картушки. В систему освещения входят: умформер, блок питания и патрон с лампочкой (в случае питания от судовой сети постоянного тока).
Система освещения может работать на судовом переменном токе, но в этом случае вместо умформера в цепь питания включается трансформатор, понижающий напряжение тока до 6,12 или 24 в.
Наряду с развитием теории девиации совершенствовался и сам прибор. Были разработаны МК для различного типа судов, которые отличались друг от друга типом чувствительного элемента, точностными характеристиками, компенсаторами его девиации и устройствами отображения информации. Исторически сложилось так, что на морском флоте преимущественное распространение получили МК с подвижным чувствительным элементом (картушкой) , которые часто называют стрелочными . Их несомненным достоинством является то, что наличие картушки, самостоятельно устанавливающейся в меридиан, позволяет снимать значение курса судна непосредственно со шкалы этой картушки, что обеспечивает возможность ориентации даже при отсутствии электропитания. Относительная простота конструкции такого МК повышает надежность курсоуказания.
В последнее время на судах стали применять индукционные МК, которые не имеют картушки. Вместо нее используются специальные датчики, измеряющие параметры судового магнитного поля. Эти датчики определенным образом ориентированы относительно диаметральной плоскости судна и неподвижны относительно нее. Названные компасы являются дистанционными, имеют меньшие габариты чувствительного элемента, допускают бòльшую свободу в выборе места их установки. Однако, они требуют электропитания и наличия специальных указателей курса, которые называются репитерами .
Современные стрелочные компасы, предназначенные для использования на судах дальнего плавания, также снабжаются устройствами для дистанционной передачи информации. Эти устройства могут быть оптическими, электромеханическими или электронными (цифровыми). Информация о курсе может отображаться как в аналоговом, так и в цифровом виде и, как правило, на нескольких указателях курса (репитерах). Различают главные и путевые МК. Главный магнитный компас устанавливается на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна или, как исключение, вблизи её и может использоваться для пеленгования различных ориентиров. Информация с главного МК может сниматься непосредственно с его картушки или, при наличии системы дистанционной передачи информации, в ходовой рубке. Если главный компас не имеет дистанционной передачи, то в ходовой рубке устанавливается путевой МК.
При размещении на судне МК любого типа необходимо обеспечить легкий доступ к их информации, минимальное влияние на их работу качки судна и судового магнитного поля, позаботиться о строгой ориентации корпуса МК относительно диаметральной плоскости.
| вые репитеры |
| МАГНИТНЫЕ КОМПАСЫ |
На рис. 1.4. в наглядном виде приведена классификация МК. Здесь под смешанными дистанционными передачами понимаются такие, в которых обеспечивается выработка как цифровых так и аналоговых сигналов о курсе судна. Под цифроаналоговыми репитерами понимаются репитеры, отображающие информацию как в аналоговом виде, так и в цифровом.
Имеются другие признаки классификации, которые будут рассмотрены ниже.
. Состав комплекта магнитного компаса
Как уже отмечалось выше, магнитные компасы с картушкой в настоящее время наиболее широко распространены на флоте. Основным элементом такого компаса является котелок 1 (рис. 2.1), в котором собрана его измерительная система. Для определения пеленгов и курсовых углов на котелке компаса устанавливается пеленгатор 2 . Сам котелок размещается в специальной подставке (нактоузе) 7 , в которой также размещаются устройства 6 для компенсации девиации МК, обусловленной влиянием судового магнитного поля. С внешней стороны нактоуза устанавливаются компенсаторы 3 девиации магнитного компаса, порождаемой полем, создаваемым судовыми магнитомягкими материалами, а также коробка 5 , содержащая тумблер включения подсветки прибора и регулятор её яркости. Непосредственно под котелком устанавливаются компенсаторы 4 девиации от индукции. Наряду с указанным, на нактоузе могут устанавливаться компенсаторы широтной девиации и элементы систем дистанционной передачи информации.
На рис. 2.2 в качестве примера приведен внешний вид нактоуза дистанционного МК “Сектор”, на котором видны упомянутые выше компенсаторы 3 , регулятор яркости подсветки 5 и колпак 1 , которым накрывается котелок для защиты его от непогоды. Откидывающиеся крышки 2 позволяют производить измерения без удаления колпака. Съемные крышки 4 закрывают окна, обеспечивающие доступ к элементам, установленным внутри нактоуза.
В шлюпочном или яхтенном варианте котелок снабжается осветительными устройствами, рассчитанными на работу при отсутствии бортовой сети питания. Такими устройствами могут быть масляные фонари и осветители, потребляющие постоянный ток от сухих элементов или аккумуляторов.
Указанные компасы используются, как правило, без 
| Рис. 2.3 |
На следующий день фрегат "Звенящий" снова беспечно бежал под парусами в открытом океане, а на его палубе продолжались занятия.
– Прежде всего хочу вам сказать, что моряки говорят не "ко мпас", а "компа с", – сообщил Яков Платонович, потому что пришла очередь познакомиться с этим мореходным инструментом. -
Доказательство тому еще одна морская песня писателя Александра Грина, она мне очень нравится.
Южный Крест там сияет вдали,
С первым ветром проснется компа с.
Бог, храня корабли,
Да помилует нас…
Чтобы Бог действительно хранил корабль в дальнем плавании, моряки сами должны умело управлять своим судном. И компас в этом деле – их главный и надежный помощник.
Конечно, морской компас отличается от сухопутного компаса не только ударением в названии…
– Еще и величиной, да? – спросил Вася.
– Величина – это само собой. – Но есть и принципиальная разница в конструкции.
В обычном туристическом или школьном компасе на игле ходит магнитная стрелка. Ходит своим концом над круглой шкалой с делениями и буквами.
А в морском компасе на игле устроилась сама шкала.
Называется она КАРТУ ШКА. Похоже на слово «карточка». Такая круглая карточка с делениями градусов, из непромокаемого картона или пластмассы.
– Разве компас заливает волнами? – удивился Антон.
– Нет, конечно. Он закрыт сверху водонепроницаемым стеклом с резиновой прокладкой. Непромокаемость картушке нужна для другого… Давайте разберем устройство морского компаса подробнее, тогда вы все поймете.
Яков Платонович открыл шкаф и достал небольшую черную посудину. Вместо ручек у посудины вокруг верхней части располагалось кольцо.
– Котелок! – удивился Антон. – На костре закоптился…
– Ты прав. Этот корпус корабельного магнитного компаса так и называется – котелок. Дно у него тяжелое. Поэтому, когда котелок подвешивают в этом кольце (оно называется к а р д а н о в о е к о л ь ц о), компас сохраняет ровное горизонтальное положение при любой качке.
Но, конечно, котелок не закопченый, а покрашен в черный цвет. Вообще-то он латунный. Железным его делать нельзя, магнитные стрелки сразу сбились бы с толку.
На дне котелка устанавливаетя ш п и л ь к а с острием из очень прочного металла. На шпильке и сидит картушка.
Картушка компаса устроена так. В центре ее укреплен пустотелый, из тонкой латуни, поплавок. Он похож на приплюснутый шарик. В нижней части его – маленькая перевернутая чашечка из твердого камня (обычно из агата). Называется она т о п к а (похоже на слово "топ", не правда ли?). Топкой поплавок и надевается на острие шпильки. Сидит на шпильке он очень легко. В котелок налита специальная жидкость, а в жидкости поплавок делает картушку почти невесомой…
– Так вот зачем картушка непромокаемая! Потому что в жидкости! – догадался Антон.
– Невесомая картушка, конечно, легче вертится на игле, – заметил Слава.
– И кроме того, – сказал Яков Платонович, – жидкость служит для картушки тормозом: не дает ей крутиться без цели и слишком сильно болтаться…
Но, если говорить точно, картушка внутри компаса и не вертится. Почти. По крайней мере, она всегда старается остаться неподвижной. А вертится вокруг нее компасный котелок. Вместе с кораблем. Да-да!.. Дело в том, что внизу к поплавку прикреплены стрелки – намагниченные стальные полоски в свинцовых пенальчиках. Их несколько. В некоторых компасах бывает две, а вот в этом, российского образца, целых шесть…
– Для равновесия? – спросил Слава.
– Не только. Несколько стрелок точнее, чем одна, выдерживают направление "север – юг".
Сохраняя такое положение, стрелки удерживают и поплавок с картушкой. Поэтому картушка своей северной отметкой (там цифра 0 и буква N) всегда смотрит на север, в какую бы сторону ни шло судно.
Видите, что получается? Корабль меняет курс, корпус его поворачивается, с ним поворачивается и котелок компаса с натянутой в нем черной проволочкой – курсовой нитью. А картушка-то благодаря стрелкам всегда в одном положении. Курсовая нить ходит перед ее краем и показывает курс. Потому что на картушке нанесены обозначения стран света и все 360 градусов. Ноль градусов точно совпадает с севером.
Устройство компаса
Когда надо определить, куда идет судно, смотрят на компас и докладывают, что показывает курсовая нить. Например: "Курс сорок пять градусов" или "курс норд-ост"…
– А что такое "норд-ост"? – спросила Ксеня.
– Северо-восток. Но об этом чуть позже. Закончим вопрос об устройстве компаса.
Смотрите, в жидкости под стеклом плавает пузырек. Дело в том, что этот компас старый, мне подарили его, когда он уже отслужил свой срок. А вообще-то в жидкости пузырьков быть не должно. Для этого на дне компаса есть специальная упругая пластина – м е м б р а н а, а под ней маленькая к а м е р а с воздухом. Мембрана за счет упругости воздуха подпирает жидкость и выдавливает пузырьки.
Компасы бывают разных размеров. Они различаются по диаметру (то есть поперечной ширине) картушки. Этот вот – большой, 127-миллиметровый. Он ставится на крупных судах. Бывают поменьше – 100-миллиметровые. А есть шлюпочные компасы, у них картушка 75-миллиметровая.
– Прямо как калибр у снарядов, – заметил Вася.
– Да. Но компас – вещь мирная, служит для безопасности плавания. Без него в открытое море не пойдет ни один капитан.
– А что за жидкость в котелке? – спросил любознательный Слава. – Она не замерзнет, если корабль поплывет среди льдов, у полюса?
– Она не замерзает даже в крепкий мороз. Иногда это смесь глицерина и спирта. А в компасах вот этой системы – просто раствор этилового спирта, иначе говоря, винного…
Вася хихикнул. Яков Платонович тоже усмехнулся:
– Да, существует на этот счет немало анекдотов: о штурманах, которые вылили в себя содержимое котелка и перепутали север с югом… Помните, я рассказывал о празднике Нептуна, который устроили на баркентине практиканты? Был в их спектакле и такой эпизод: во время экзамена Нептун задает вопрос:
Ну а кто теперь мне скажет,
что такое л и с е л ь – с п и р т?
Вы-то, конечно, помните, что это деталь рангоута для дополнительного паруса л и с е л я. Но в спектакле "бестолковым" курсантам это неизвестно. И один храбро отвечает:
Но это, разумеется, ради смеха. Я встречал в жизни всяких моряков, в том числе и тех, кто любил хлебнуть лишка. Но таких дурней, которые пытались бы для этого использовать содержимое компасного котелка, не видел ни разу… Ну, посмеялись и поехали дальше.
На большом судне обычно несколько компасов. Главный из них так и называется – г л а в н ы й. Он устанавливается на верхнем мостике, по нему назначается курс судна и проверяются показания других компасов. П у т е в о й компас стоит перед штурвалом – по нему рулевой ведет судно. В разных местах корабля могут стоять еще несколько компасов – запасные и для дополнительного контроля.
В одном морском музее я видел старинный компас специально для капитана. Он – перевернутый. Вместо дна в котелке стекло, и через него видно картушку. Такой компас привинчивался к потолку каюты. Капитан мог следить за курсом, не вставая с койки. Поспал, приоткрыл глаза, убедился, что все в порядке и – можно смотреть сны дальше, пока опытные помощники на вахте…
Но обычно компасы крепят не на потолке, а на специальных тумбочках – деревянных или из немагнитного сплава.
Такая тумбочка называется НАКТОУЗ. В переводе с голландского – "ночной домик". Потому что на такой тумбочке компас всегда под специальным чехлом или колпаком – как в домике под крышей. И по ночам там горит лампочка. В тихую погоду это выглядит уютно – словно огонек в лесной избушке. Помню, в одной книжке я прочитал такие стихи:
Мы без огней плывем во тьме,
Уйдя от всех погонь.
И лишь украдкой на корме
Горит, как свечка на окне,
Нактоузный огонь…
Нактоузы бывают разных форм. У нас на "Меридиане" у штурвала стоял деревянный, а колпак над компасом походил на медный шлем водолаза с цилиндрическими приставками по бокам. Это были запасные масляные лампы для подсветки картушки – на тот случай, если испортится двигатель, не станет электричества и погаснет лампочка в донышке компасного котелка…
А внутри любого нактоуза есть специальное устройство с магнитами, чтобы устранять ошибки компаса.
– Разве в компасе бывают ошибки? – удивился Вася.
– Конечно. На каждом судне, даже на деревянном, немало всякого железа. Оно очень влияет на магнитные стрелки под картушкой… Те, кто читал книгу "Пятнадцатилетний капитан", помнят, как злодей Негоро сунул под компас железный брус. Картушка сбилась, и бригантина "Пилигрим" проплыла мимо Америки… Ну, сейчас таких громадных ошибок быть не может, но мелких досадных погрешностей – сколько угодно.
Кстати, отклонение компасной картушки под влиянием корабельного железа называется д е в и а ц и я. Чтобы уменьшить ее, и стоят в нактоузе магниты-регуляторы.
Но совсем убрать девиацию удается редко. Поэтому штурман всегда должен учитывать ее при прокладке курса – прибавлять или вычитать градусы поправки.
А еще необходимо учитывать м а г н и т н о е с к л о н е н и е.
Дело в том, что географические полюса Земли – Северный и Южный – не совпадают с магнитными полюсами, которые управляют компасными стрелками. Например, Северный магнитный полюс находится в Гренландии. Магнитные полюса отклоняют стрелки от настоящего севера и юга. Вдали от полюсов это не очень заметно, а в полярных водах разница велика. Вот эта разница между направлениями на магнитный и географический полюс называется м а г н и т н ы м с к л о н е н и е м. Оно измеряется в градусах и бывает восточным или западным – в зависимости от того, куда магнитная сила тянет картушку от географического полюса. Вернее, от меридиана, который через этот полюс проходит.
Надо сказать, что через магнитные полюса тоже можно провести меридианы. Они так и называются – м а г н и т н ы е. А меридианы, идущие через географические полюса, носят название – и с т и н н ы е.
Магнитное склонение – это угол между истинным и магнитным меридианом.
Чтобы облегчить работу штурманов, на морских картах печатают компасные картушки и на них указывают – какое склонение в этом районе моря.
Со склонением и девиацией всегда много возни, и чтобы избежать ее, инженеры придумали компасы без магнитных стрелок, – сообщил Яков Платонович.
– Как же эти компасы работают? – изумился Слава.
– Сейчас объясню… Ксеня, я вчера чинил твой велосипед и снял переднее колесо. Пожалуйста, принеси его из прихожей.
Конечно, Вася опередил Ксеню и принес колесо сам.
– Слава, держи его за ось, с двух сторон, – велел Яков Платонович. – А остальные постарайтесь раскрутить… Осторожнее… Осторожнее, но посильнее… Вот так. А теперь, Слава, попробуй быстро повернуть ось, изменить наклон колеса…
Слава попробовал. Не получилось! Стремительно шуршащее в воздухе колесо не слушалось мальчишки! Оно со своей осью желало остаться в прежнем положении.
– Вот видите! – обрадованно сказал Яков Платонович. – Это называется э ф ф е к т г и р о с к о п а.
Г и р о с к о п – это быстро вращающийся диск или волчок. Он всегда старается сохранить положение своей оси в пространстве.
– Как детская юла! – воскликнул Антон. – Она ведь тоже не падает, когда крутится!
– Правильно! Юла – тоже гироскоп… Теперь представьте, что один конец оси направлен на север, а другой, таким образом, смотрит на юг. Раскручиваем диск… Ось – вместо стрелки. И не надо никакого намагничивания.
– Как просто! – воскликнула Ксеня.
– Нет, друзья. Это я стараюсь объяснить попроще. На самом деле ось не будет долго смотреть на полюса: ведь Земля-то меняет положение в пространстве – в отличие от гироскопа. Поэтому компас, который называется г и р о с к о п и ч е с к и м, – очень сложное устройство. В нем целая система волчков-гироскопов, они спрятаны внутри пустотелого шара – г и р о с ф е р ы. Гиросфера обладает удивительным свойством. Когда с помощью электричества в ней запускаются гироскопы, она под их действием, а также под действием вращения Земли с а м а встает в нужную позицию – северной отметкой своего кольца точно на Северный географический полюс.
Правда, делает это гиросфера не сразу, постепенно. И торопить ее не следует. Поэтому гирокомпас перед плаванием включают заранее.
– Вот бы посмотреть, – сказал Слава, который, наконец, опустил колесо (устали руки).
– К сожалению, у меня гирокомпаса нет. Это очень дорогая штука и, к тому же, громоздкая. Размером с бочонок… Гирокомпас устанавливается в глубине корпуса судна, чтобы поменьше было всяких механических влияний.
– И туда, в глубину, штурман каждый раз лазит, чтобы проверить курс? – огорчился Слава.
– Вовсе нет! От этого компаса, который называется м а т к а, тянутся электрокабели к специальным приборам – р е п и т е р а м, в переводе на русский язык "репитер" значит "повторяющий".
Репитеры похожи на магнитные компасы. Только их картушками управляют не магнитные стрелки, а электросигналы, идущие от гирокомпаса. И на всех репитерах – одинаковые показания.
Удобство в том, что репитеров может быть сколько угодно и можно расставить их по всему судну.
– Но, значит, есть и какое-то неудобство? – догадливо спросил Слава.
– К сожалению, есть. Гирокомпас – прибор капризный… У нас на баркентине был штурман, который любил рассказывать одну историю-анекдот, с этаким одесским юмором.
"Плывут по Черному морю два теплохода. Один вахтенный кричит с борта другому:
– Эй, братья-морячки, куда путь держите?!
– Это что же, вы сами не видите, да? Ясно же, что на Одессу-маму!
– Нет, вы послухайте, шо этот человек мне говорит! Это мы идем на Одессу, а вы аккуратным образом наоборот!
– Шо вы мне рассказываете, молодой человек! Де у нас Одесса? На севере! А де у нас солнышко? Обратно на пивдене, потому что сейчас аккуратненько двенадцать часов. Оно нам светит в корму. Значит, мы и движемся на север!
– Та шо же вы хотите сказать? Шо солнце у каждый полдень обязательно бывает на юге?
– Ха! Такой простой астрономии не знаете? Як же вы тогда свое корыто, извините, по морю водите?
– Да у нас же гирокомпас!
– И у нас! Он-то и кажет курс на север!
– Так и у нас на север!.. Хлопцы, кличьте капитана на мостик, с географией полная мамалыга!.."
Оказалось, что на одном судне гиросфера в матке взяла да по собственному капризу и развернулась на сто восемьдесят градусов. То есть задом наперед. Иногда они могут выкидывать подобные фокусы. Поэтому нужен глаз да глаз…
Когда кончили смеяться, Яков Платонович продолжал:
– Ну, а кроме того, гирокомпас зависит от электропитания. А если вдруг авария с машиной и электричества нет? Однажды с нами произошла такая история у Азорских островов – вырубился двигатель. Ну ладно, идем под парусами. А куда идти, если гирокомпас выключен? Вот тут-то и выручил нас магнитный компас. Старый, заслуженный, но надежный – он не выключается никогда.
На самых современных судах магнитные компаса стоят обязательно. Мало ли что бывает в море. Судно не должно терять способность к плаванию, если исчезла энергия. Особенно парусник. Поэтому на судне всегда должны быть инструменты, не зависящие от электричества.
– Закон патефона, – сказала Ксеня.
– Что за закон? – удивился Вася.
– Это дедушка его придумал. Когда мы встречали Новый год, вдруг погас свет, авария в трансформаторной будке. Во всем доме крики и жалобы: люстры не горят, гирлянды на елках погасли, телевизоры не работают. А дедушка зажег свечи и вытащил старый патефон. Ну, знаете, такой чемодан с пружиной внутри и ручкой для завода, и поставил пластинку:
Что ж вы, друзья, приуныли?
Иль песни морские забыли?
И мы хорошо так праздновали. Даже немножко досадно было, когда включилось электричество.
– Раз уж нет гирокомпаса, может, посмотрим патефон? – предложил простодушный первоклассник Антон. – И послушаем пластинки?
Яков Платонович сказал, что это можно.
И скоро потертый патефон, который сохранился у боцмана Пёрышкина с детства, играл пластинку с песенкой из такого же старого фильма "Дети капитана Гранта":
Жил отважный капитан,
Он объехал много стран…
Коты сидели у патефона и слушали, наклонив головы. Синтаксис хотел потрогать блестящую головку мембраны, но Яков Платонович сказал: "Я тебя… " И растопыренная Синькина лапа замерла в воздухе.
– А диск у патефона тоже почти что гироскоп, – заметил Вася, – Вот как вертится!
Пластинка кончилась. И, прежде, чем ее перевернуть, Яков Платонович сообщил:
– С компасом мы еще не закончили. Завтра я расскажу вам про деления на его картушке.
Магнитный компас - устройство, указывающее на магнитные полюса Земли и, таким образом, облегчающее задачу ориентирования на местности.
Классический магнитный компас со шкалой и аретиром.
Слово «компас» заимствовано из итальянского языка, где «compasso» в переводе означает «циркуль». В слове «компас» принято ставить ударение на первый слог, однако в профессиональной речи моряков используется произношение с ударением на последний слог .
Назначение современных компасов - не только показывать основные стороны света: они также служат для определения азимута, а также направления по известному азимуту.
В основе современного магнитного компаса лежит магнитная стрелка, которая располагается вдоль силовых линий магнитного поля Земли, которая по своей сути является постоянным магнитом. Линии магнитного поля Земли, в свою очередь, тянутся от одного магнитного полюса к другому. При этом магнитные полюса находятся на расстоянии от географических полюсов. Кроме того, они находятся в постоянном движении, со временем меняя свое местоположение. Все это обуславливает некоторые погрешности в показаниях.
Стрелка магнитного компаса указывает не строго на Северный Полюс, а немного мимо. Для целей ориентирования это не критично, но в общем это полезно знать.
Именно по этой причине для точных измерений, проводимых с помощью магнитного компаса, следует учитывать разницу между северным направлением, которое показывает стрелка, и направлением на географический северный полюс Земли. О том, как это делается, мы рассказывали в отдельной статье.
История
Считается, что первый компас придумали в Китае во времена династии Сун. Об этом свидетельствует упоминание о нем, сделанное в китайской книге, написанной в 1044 году нашей эры.
Инсталляция в виде самого древнего в мире компаса.
Этот компас представлял собой ложку из природного магнитного минерала - магнетита (магнитного железняка), которая свободно поворачивалась на металлической доске под воздействием магнитного поля Земли.
Спустя какое-то время китайцы усовершенствовали прибор, погрузив намагниченный элемент в воду, где он мог свободно вращаться, не испытывая такого сопротивления, как его предшественник. Так появился первый водяной компас.
Чуть позже магнитный компас был изобретен и в Европе. Его устройство представляло собой магнитную стрелку, прикрепленную к плавающей в воде пробке из легкого материала. В видео показано, как повторить это:
Изобретенный в Европе компас усовершенствовал итальянец Флавио Джойя, прикрепив магнитную стрелку к диску с разметками (картушке) и насадив эту конструкцию на вертикальную шпильку для уменьшения сопротивления.
Освободившись от воды, компас стал значительно легче и надежнее.
На протяжении последующих веков магнитный компас совершенствовался и на сегодняшний день представляет собой довольно точный и удобный в пользовании прибор.
Классификация магнитных компасов
Существует множество различных моделей магнитного компаса. Тяжело перечислить все варианты, поэтому разберем некоторые отличительные черты, комбинации которых делают выбор этих устройств столь широким.
Компас с максимальной разметкой шкалы.
Жидкость внутри колбы
Компасы с герметичной колбой, наполненные специальной жидкостью, называются жидкостными.
Жидкость внутри колбы призвана гасить колебания стрелки, что способствует оперативной работе с таким компасом. Однако нарушение герметичности колбы может привести к попаданию под стекло пузырьков воздуха, что в некоторых случаях влияет на показания прибора.
Прямоугольный планшет
Компасы, у которых колба размещена на прямоугольной основе, называются планшетными.
Такие компасы наиболее удобны для работы, как с картой, так и для ориентирования на местности. На самом «планшете» чаще всего расчерчивается линейка для удобства работы с картой. Иногда на нем же размещается линза, а иногда могут встречаться вырезы различной геометрической формы и дополнительные разметки, например, для быстрого перевода расстояний, измеренных по карте, в расстояния, соответствующие им на местности.
Целик и мушка
Наличие на компасе целика и мушки позволяет проводить измерения азимута на объект более точно и более точно находить направление по известному азимуту.
Зеркало
Оснащенные зеркалом компасы дают возможность человеку, проводящему измерения, одновременно контролировать положение стрелки. Это уменьшает вероятность ошибки, связанной с непроизвольным поворотом прибора относительно вертикальной оси.
Стрелка, закрепленная на диске
Закрепленная на подвижном диске со шкалой стрелка в некоторых ситуациях упрощает процесс ориентирования. В этом случае не нужно следить, чтобы северный конец стрелки совпал с направлением на север на шкале, поскольку стрелка уже зафиксирована в этом положении.
Однако есть у моделей с фиксированной на диске стрелкой два больших минуса. Из-за большего трения о жидкость в колбе стрелка вместе с диском поворачивается значительно дольше. А при попадании в колбу даже небольшого количества воздуха (буквально нескольких пузырьков) компас может плохо работать: воздух, оказавшись под подвижным диском, прижимает его к верхнему стеклу колбы и не дает нормально вращаться.
Светящаяся разметка
Некоторые компасы имеют светящуюся разметку, что весьма удобно для использования этого инструмента в темное время суток.
Опасения о том, что такие компасы радиоактивны, являются мифами.
Ударопрочный корпус
Такой корпус обеспечивает дополнительную защиту компасу от повреждений, вызванных случайными ударами либо падением прибора на землю.
Однако это вовсе не значит, что такой компас можно безнаказанно использовать в качестве пращи: все-таки корпус - это всего лишь дополнительная защита, а не гарантия неубиваемости прибора.
Варианты крепления
Для удобства работы в разных моделях компасов предусмотрены различные варианты крепления.
Для спортивного ориентирования, где точность измерений не очень важна, выпускаются компасы с креплением на большой палец руки.
Классикой жанра могут считаться модели с ремешком на запястье. Многим туристам старшего поколения, да и военным тоже, известен пример «наручного» компаса - компас Адрианова. Наручные модели, подобно приборам с креплением на палец, всегда на виду, что очень удобно для быстрой работы с ними.
Планшетные модели, как правило, слишком громоздки для крепления на руку, поэтому в них обычно предусмотрена тонкая веревочка для подвешивания компаса на шею. Поскольку для работы с ними требуется немногим больше времени (дополнительные затраты времени связаны в основном с доставанием прибора из-под одежды), эти компасы наиболее удобны для ориентирования в длительных походах, где время не играет большой роли, а требования к работе с картой могут быть выше.
В последнее время мне доводилось видеть маленькие китайские компасы, вмонтированные в фастекс так называемых браслетов выживания. Однако, насколько могу судить, вмонтированное в тот же фастекс огниво с кресалом будут влиять на показания такого прибора, вызывая в нем магнитные девиации. А значит такой компас будет давать неправильные показания. То же самое касается и ножей выживания, в которых компас кто-то догадался вмонтировать в рукоять. Лично я не стал бы рекомендовать такие «мультитулы» на замену обычного компаса.
Модели с различной комбинацией вышеперечисленных нюансов широко используются туристами и другими любителями отдыха на природе. Однако существуют и модели, заточенные под иной род деятельности.
Например, на судах устанавливают специальные магнитные компасы, снабженные системой магнитов, уничтожающей магнитные девиации, вызванные конструктивными элементами самого судна. Остаточную же девиацию рассчитывают с помощью специальных таблиц.
Вся эта судовая конструкция весит несколько килограмм и точно непригодна для ориентирования в туризме.
Современные магнитные компасы для судов должны соответствовать стандарту ISO 11606 «Суда и морская технология. Морские электромагнитные компасы”, согласно которого погрешность в измерениях компаса не должна быть больше 0,5°. Такие приборы, несмотря на свою точность, как правило, значительно больше и тяжелее «туристских» вариантов, да и стоят на порядок дороже.
Считается, что некоторые животные, например, птицы, для ориентирования в пространстве используют внутренний геомагнитный компас. На сегодняшний день пока так и не удалось узнать, как именно работает такой механизм. Подозревают, что некоторые белковые структуры могут реагировать на магнитное поле Земли, однако какие рецепторы улавливают сигналы от этих белков, и по сей день остается загадкой.
Не совсем подходит для туризма и так называемый горный (геологический) компас. В отличии от туристских моделей, шкала горного компаса размечена не по часовой стрелке, а против нее. Такой прибор нужен для определения направлений простирания и падения слоя горной породы. Но если другого варианта нет, а сделать компактный компас из подручных материалов не получается, тогда можно пользоваться тем, что есть.
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 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.
Устройство магнитного компаса
Ввиду большого разнообразия компасов, рассмотрим строение этого прибора на примере всего одной модели - советского военного наручного компаса Адрианова. Он показан на фото:
Внутри корпуса компаса имеется магнитная стрелка. Она является основной частью прибора. В рабочем состоянии стрелка может свободно вращаться на оси, выстраиваясь вдоль силовых линий магнитного поля.
Часть стрелки, которая указывает в направлении магнитного севера, в компасе Адрианова покрашена светонакопительной краской, излучающей свет после предварительной «зарядки» на свету. Этой же краской выкрашены и некоторые отметки на самой колбе.
Заряжаясь в течение светового дня, краска на стрелках такого компаса светится в темноте.
Чтобы стрелка не тряслась во время движения человека, этот компас снабжен специальным тормозом. Нажатие на рычажок тормоза приводит к фиксации стрелки, лишая ее возможности совершать движения.
Внутри корпуса под колбой нанесена двойная круговая шкала: внешняя размечена против часовой стрелки, внутренняя - по часовой.
Снаружи корпуса имеется подвижное кольцо с целиком, мушкой и указателем делений.
Данный компас снабжен ремешком для крепления на запястье, не очень удобным, но достаточным для надежного закрепления на руке. Это видно в видео:
Как пользоваться компасом
Современные модели компасов позволяют не только узнать направление на север и юг, но и измерять азимут на объект либо определять направление на местности по известному азимуту.
Для того, чтобы определить направления сторон света, нужно расположить компас горизонтально, привести стрелки в рабочее положение (если она была зафиксирована тормозом) и дождаться, когда колебания стрелки успокоятся. Северный конец стрелки укажет на север, южный - на юг. Зная эти стороны света, можно легко определить другие, о чем мы рассказывали в этой статье.
По сути, с точки зрения физики северный магнитный полюс Земли на самом деле является южным магнитным полюсом, ведь именно к нему тянется северная часть стрелки магнитного компаса (противоположные полюса магнитов притягиваются). Та же самая «беда» и с южным магнитным полюсом, который по сути является северным полюсом магнита. Такое «перекручивание» было сделано для удобства, поскольку в противном случае северный географический полюс соответствовал бы южному магнитному, а южный географический - северному магнитному, что не очень удобно с практической точки зрения.
Если с помощью компаса нужно измерить азимут на объект (ориентир), то тут алгоритм действий будет зависеть от того, какой моделью мы пользуемся. Рассмотрим два основных варианта и способы ориентирования с их помощью.
Вариант №1. Измерение азимута с помощью компаса с фиксированной шкалой и подвижной стрелкой:
- Компас располагается в горизонтальной плоскости.
- Целик и мушка визируются на нужный ориентир.
- При фиксированном положении компаса его шкала (лимб) вращается до тех пор, пока северная часть магнитной стрелки не укажет на значение 0°/360° на шкале. Теперь указатель компаса показывает значение на шкале, соответствующее магнитному азимуту на ориентир. О том, как переводить магнитный азимут в истинный, можно почитать в отдельной статье.
Вариант №2. Измерение азимута с помощью компаса со стрелкой, прикрепленной к шкале:
- Целик и мушка наводятся на объект, на который измеряется азимут.
- Выжидается время, пока шкала и стрелка повернутся и остановятся. Указатель покажет цифру на шкале, соответствующую измеряемому магнитному азимуту.
Теперь рассмотрим, как определить направление по известному азимуту. Рассматривать также будем для двух моделей.
Вариант №1. Определение направления с помощью компаса с фиксированной шкалой и подвижной стрелкой:
- Компас располагается горизонтально.
- Лимб поворачивают до тех пор, пока указатель не укажет на цифру на шкале, соответствующую заданному азимуту, по которому определяется направление.
- Компас поворачивается в горизонтальной плоскости, пока северная часть магнитной стрелки не укажет на значение 0°/360° на шкале.
- Компас удерживается в таком положении. Теперь мушка и целик укажут искомое направление.
Вариант №2. Определение направления с помощью компаса со стрелкой, прикрепленной к шкале:
- Компас удерживается в горизонтальной плоскости.
- Прибор вращается в горизонтальной плоскости до тех пор, пока указатель не укажет на шкале лимба цифру, соответствующую заданному азимуту.
- Компас неподвижно фиксируется, а через мушки и целик отслеживается искомое направление.
Мы рассмотрели, как работать с компасом на местности, а о том, как производить измерения с помощью компаса по карте и как использовать этот инструмент для хождения по азимутам, можно почитать в отдельной статье.
Кроме работы с компасом стоит также сказать об общих правилах эксплуатации его, которые помогут сохранить работоспособность прибора на более продолжительный срок.
Общие правила эксплуатации магнитного компаса
Во время хранения и эксплуатации магнитный компас не должен находиться рядом с объектами, обладающими магнитными свойствами - металлическими изделиями, железосодержащими горными породами, магнитами, электронными устройствами.
Если магнитный компас снабжен тормозом для стрелки, то во время перехода стрелка должна быть зафиксирована.
Компас нужно беречь от падений и ударов. Особенно это важно для жидкостных моделей, нарушение целостности колбы которых может повлечь выход из строя всего прибора.
И конечно же перед выходом на маршрут нужно проверить исправность компаса и по возможности взять запасной. А о том, как именно определяется неисправность компаса, мы рассказывали в отдельной статье.
Погрешность магнитного компаса
Точность измерений, выполняемых с помощью магнитного компаса, зависит от нескольких факторов - цены деления шкалы компаса, магнитного склонения на территории, где производится измерение, а также наличия магнитных аномалий и магнитных девиаций. Коротко рассмотрим каждый из этих факторов.
Цена деления компаса показывает угловое расстояние между соседними засечками на шкале. Таким образом, чем меньше будет «шаг» между двумя засечками, тем точнее можно снимать показания с прибора.
В идеале вся шкала должна быть разбита засечками на 360 секторов. В этом случае цена деления компаса будет равна 1°. Однако чаще всего из-за небольшого диаметра диска, на который нанесена шкала, сделать такое большое количество пометок не представляется возможным, а если и представляется, то пользоваться такой шкалой будет не очень удобно из-за малой толщины засечек. Полагаю, именно поэтому очень часто цена деления компаса составляет не 1°, а увеличивается до 2–5°.
Магнитное склонение, о котором мы подробно рассказывали в отдельной статье, в некоторых случаях может оказывать значительное влияние на результаты измерений из-за отклонения магнитной стрелки компаса. Если не учитывать магнитное склонение, то ошибка в измерениях может достигнуть десятка градусов, а в некоторых случаях - и более того.
Вблизи полюсов Земли магнитный компас практически непригоден для использования из-за того, что нахождение магнитного полюса Земли, на который показывает прибор, может быть в диаметрально противоположном направлении от местоположения географического полюса.
Если магнитное склонение не указано либо указанное значение устарело, а значит с большой долей вероятности неверно, то в некоторых случаях можно найти его самостоятельно, измерив с помощью магнитного компаса азимут на линейный ориентир по карте и на местности и произведя расчет разницы в показаниях.
Магнитная аномалия - это территория, на которой направление магнитного поля имеет существенное отличие от направлений магнитного поля на близлежащих территориях. Это может быть связано, например, с залеганием магнитной руды. Соответственно, в областях с магнитными аномалиями и показания магнитного компаса тоже будут искажены.
На некоторых картах районы с магнитными аномалиями помечаются на рамке там же, где обычно указывается магнитное склонение. В этом случае обычно пишут о границах, в пределах которых может отклоняться магнитная стрелка от направления на истинный меридиан.
Магнитные девиации - это отклонения магнитной стрелки компаса от направления вектора магнитного поля Земли, возникающие при нахождении вблизи прибора намагниченных объектов либо проводника, по которому течет электрический ток. Так, стрелка может отклоняться при нахождении поблизости рации, мобильного телефона, ножа, топора, пилы, транспорта, линии электропередач и даже другого магнитного компаса. Поэтому при выполнении измерений стараются убрать подальше инструменты и электроприборы, а сами измерения проводить в стороне от транспорта, железнодорожных путей и высоковольтных проводов.
По причине магнитных девиаций не стоит покупать нож со встроенным в ручку компасом и браслет выживания, о которых рассказывалось ранее. В них компас сразу встроен в инструмент, который сам может вызывать девиацию, а потому полагаться на точность работы компаса здесь не приходится.
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.
Полезное видео: правила работы с магнитным компасом
Судовой магнитный компас и другие виды судовых компасов
Магнитный компас - незаменимая составляющая навигационного оборудования
Магнитный компас – это навигационный прибор, реализующий физический принцип способности магнитной стрелки ориентироваться вдоль магнитных линий Земли, при помощи которого определяется судовой курс, а также направления на объекты, непосредственно наблюдаемые судоводителем. Идеальный магнитный компас указывает направление на север вдоль магнитного меридиана Земли, проходящего через магнитные полюса. Точность магнитных компасов уменьшается по мере приближения к магнитным полюсам.
При определении направления движения судна учитывается, что магнитный и географический полюс не совпадают, и угол между соответствующими магнитным и истинным меридианами, называемый магнитным склонением, отличен от нуля. Кроме этого, колебания магнитосферы Земли и собственное магнитное поле судов, в конструкции которых присутствуют магнетики, вносят в показания магнитного компаса помехи, именуемые девиацией магнитного компаса . Направление, указываемое магнитным компасом , соответствует компасному меридиану, поэтому девиация магнитного компаса определяется как угол между магнитным меридианом и компасным. Для определения истинного курса учитывается магнитное склонение и девиация магнитного компаса .
Состав судового магнитного компаса:
- Котелок с картушкой
- Нактоуз
- Пеленгатор
- Девиационный прибор
Котелок магнитного компаса представляет собой цилиндрическую ёмкость из двух частей, расположенных друг под другом. Верхняя содержит свободно перемещаемую в растворе этилового спирта картушку - немагнитный диск с нанесенной шкалой и магнитными стрелками, а нижняя - компенсирует изменение объема компасной жидкости, зависящие от внешних причин, например, температуры окружающей среды. Карданный подвес компенсирует судовую качку.
Нактоуз магнитного компаса – по сути, корпус с защитным колпаком, амортизирующим подвесом и подсветкой, внутри него также расположен девиационный прибор, назначение которого – «уничтожение» девиации магнитного компаса . Однако даже с учетом "уничтожения" в расчетах направления учитывается остаточная девиация, изменяющаяся по мере движения судна.
Пеленгатор магнитного компаса определяет угловые направления на видимые объекты. Упрощенно пеленгатор состоит из закрепленных на основании мишеней (глазная и предметная) и чашки дефлектора. Пеленгатор вращается относительно азимутального круга. Предметная мишень имеет откидное зеркало для получения пеленга небесных объектов.
Виды судовых компасов:
Магнитный компас – не единственный вариант конструкции судового компаса . Также производителями предлагаются гироскопические компасы (на основе гироскопа), указывающие направление истинного полюса, а не магнитного, и гарантирующие точность показаний в высоких широтах, однако чувствительные к ускорениям судна; электронные компасы , работающие через интерфейсы передачи данных, передавая информацию на совместимое судовое оборудование ; спутниковые компасы – устройства, работа которых основана на информации спутникового позиционирования – распространенный вид судовых компасов , предлагаемый большим числом производителей и обеспечивающий точность измерений. Выбор конструктивного типа судового компаса зависит от типа судна и оснащения, экономической целесообразности и благосостояния судовладельца.
Чтобы выбрать и купить судовой компас , надо либо понимать отрасль, либо обратиться в компанию « », инженеры которой реализовали десятки проектов оснащения судов любых типов всеми видами судового оборудования, включая магнитные компасы , характерные для маломерного флота.
На страницах каталога Интернет-магазина « » представлены магнитные компасы производителей мирового уровня, а также не уступающие по качеству российские приборы. Компания принимает заказы на оснащение судов магнитными компасами мировых брендов, таких как:
- Магнитные компасы
, купленные в «Маринэк
», проверены практикой и временем.
Рынок судовых компасов широк, поэтому при выборе конкретной модели будет полезным послушать мнение инженеров. Оснащая собственное судно оборудованием, помните, что комфорт на борту складывается из безотказной работы всех судовых систем, включая магнитный компас и прочие "мелочи", без которых невозможно представить современное судно.