Jak działa kompas?

Zasadniczo, kompas jest urządzeniem, które służy do określenia kierunku pola magnetycznego w danym miejscu. Istnieje kilka różnych typów kompasów, w tym kompas słoneczny i Gyrocompass. Ważne jest, aby zrozumieć różnice w tych urządzeniach kompasowych.

Historia kompasu

W całej historii kompas był używany do wielu celów. Jest instrumentem do nawigacji, wróżenia i Feng Shui. Jest również symbolem inspiracji.

Kompas jest instrumentem nawigacyjnym, który dostosowuje się do pola magnetycznego Ziemi. Służy do określania kierunku magnetycznej północy i południa. Kompas jest również wykorzystywany do wróżenia. Po raz pierwszy został opracowany w Chinach za czasów dynastii Han.

Pierwszy kompas używany w Chinach był wykonany z lodestonu. Lodestone ma czarny kolor i jest naturalnie namagnesowany. Lodestony były używane we wczesnej chińskiej geomancji do wróżenia i przepowiadania przyszłości. Były one również używane w starożytnej chińskiej praktyce feng shui.

Kompasy były również używane w chińskim wojsku do nawigacji. Chińskie wojsko używało suchego kompasu do wskazywania kierunku. Była to igła magnetyczna, która była przymocowana do korka. Następnie została umieszczona w misce z wodą, aby wskazać kierunek. Miała również 32 punkty kardynalne, które reprezentowały osiem półwiatrów. Igła czasami wskazywała na północ, a czasami na południe.

Wczesne kompasy były używane do wróżenia i feng shui. Igła była oznaczona punktami kardynalnymi dla północy, wschodu i południa. Igła posiadała również kartę wskazującą zachód i południe. Karta ta była również zamontowana nad igłą. Igła była następnie zawieszana na jedwabiu.

Lodestones później odkryto, że są dokładniejsze przy wskazywaniu prawdziwych kierunków. Igła była wtedy wykonana z namagnesowanego żelaza. Było to możliwe dzięki zastosowaniu drewnianego żółwia i bambusowej igły. Możliwe było wyważenie żółwia na igle i swobodne obracanie nim.

W XII wieku marynarze w Chinach i Europie niezależnie odkryli, że lodestone ustawia się w kierunku północ-południe. Pozwoliło to marynarzom na lepszą nawigację na otwartym morzu. Pozwoliło to również żeglarzom na znalezienie miejsc o pozytywnej energii.

Kompas został następnie wprowadzony do muzułmanów. Muzułmańscy handlarze mogli przywieźć kompas do Europy. Był on następnie używany w angielskiej marynarce wojennej. Stał się głównym czynnikiem przyczyniającym się do Wieku Odkryć. Umożliwiał żeglarzom podróżowanie przez cały rok. Następnie został udoskonalony przez włoskiego pilota morskiego Flavio Gioja.

Pole magnetyczne Ziemi

Użycie kompasu jest świetnym sposobem na określenie, gdzie znajduje się północny i południowy biegun magnetyczny. Można to zrobić z pozycji stacjonarnej, ale możliwe jest również użycie statku lub samolotu do określenia biegunów.

Kiedy trzymasz kompas w płaszczyźnie poziomej, igła wskazuje w kierunku magnetycznego bieguna północnego i z dala od południowego bieguna magnetycznego. Możesz również użyć kompasu, aby znaleźć deklinację miejsca. Deklinacja regionu jest zwykle definiowana jako odchylenie pola na wschód w stosunku do prawdziwej północy. Informacja ta może być przedstawiona na mapach jako kąt lub jako linie izogoniczne.

W praktyce jednak wykonanie mapy pola magnetycznego Ziemi jest procesem skomplikowanym. Wykonanie jednej zajmuje kilka lat, a mapa musi być powtarzana przynajmniej co pięć lat. Wymaga też posiadania urządzenia GPS.

Obecnie istnieje szereg misji satelitarnych, które dokonują pomiarów pola magnetycznego Ziemi. Satelity te poruszają się z prędkością 8 km na sekundę i są w stanie wykonać wystarczającą ilość pomiarów, aby wygenerować mapę.

Pole magnetyczne Ziemi jest wytwarzane przez przepływ ciekłego żelaza w zewnętrznym jądrze. We współrzędnych sferycznych pole to spełnia równanie Laplace’a. Parametry tego równania nazywane są współczynnikami Gaussa.

Ziemskie pole magnetyczne zawiera również silny wkład niedipolarny. Uważa się, że odgrywa on ważną rolę w określaniu, czy dana planeta nadaje się do zamieszkania.

Od lat 60-tych XX wieku ziemskie pole magnetyczne jest badane z przerwami przez satelity. Satelity te zapewniły doskonałą globalną dystrybucję danych. Satelity te mierzyły natężenie pola magnetycznego i pełny wektor pola. Pomiary te miały również zasadniczy wpływ na rozwój teorii tektoniki płyt.

Pole magnetyczne Ziemi zmieniało się również w czasie. W przeszłości w nieregularnych odstępach czasu dochodziło do odwrócenia pola magnetycznego. Jest to znane jako odwrócenie geomagnetyczne. W tych odwróceniach bieguny „odwracają się”. Odwrócenia te występują niemal losowo. Wpływają one na magnetosferę i mogą powodować burze geomagnetyczne. Burze te mogą powodować przerwy w dostawie energii elektrycznej i radiowej.

Zmienność wskazań kompasu

W czasach renesansu kompas był gorącym towarem, a żeglarze i nawigatorzy poddawali zegar próbie. Potrzeba było kilku ciekawskich i nieustraszonych mężczyzn w rajtuzach oraz okazjonalnego szalonego naukowca, aby oswoić tyrana kompasu. Jednym z najbardziej godnych uwagi osiągnięć było odkrycie magnetycznego bieguna północnego. W rezultacie twórcy kompasów mogli w końcu umieścić palec na nieuchwytnej magnetycznej północy bez wycieczki do dentysty. Powstały w ten sposób szczyt marynarskiego nerdostwa był żyzną pożywką dla niektórych z najbardziej wściekłych i ezoterycznych umysłów naukowych tamtych czasów. Wśród nich byli William Gilbert, wynalazca kompasu, i Robert Norman, który napisał ostateczny przewodnik po nawigacji morskiej. Gilbert jako pierwszy zauważył magnetyczny biegun północny na horyzoncie i zajął się badaniem fizyki magnetyzmu. Wyniki opublikował w swoim przełomowym dziele z 1833 roku, The Science of Navigation in Sea and Land. Książka ta jest obowiązkową lekturą dla każdego, kto interesuje się historią nawigacji i wczesnych nawigatorów, którzy uczynili z niej swój życiowy cel. Zawiera mnóstwo ilustracyjnych wykresów, ciekawostek i anegdot. Pełni też rolę oswajacza muzeum nawigacyjnych artefaktów.

Pomijając jego liczne praktyczne zastosowania, kompas był kosztowną propozycją. W związku z tym wielu oddanych morskiej ezoteryce szukało lepszego życia i bardziej przystępnego środka, który zapewniłby im rozsądek w terenie. Z tego powodu, wspomniany wcześniej tamer of tamers został umieszczony na wspomnianych stronach, co czyniło go bardziej smakowitym celem dla wczesnego twórcy kompasu. Na szczęście dla szczęśliwców, Gilbert i Norman obaj poszli do szkoły z internatem, kilka lat po rozkwicie ezoteryki morskiej. Jednym z bardziej znaczących ocalałych uczonych był William Gilbert, który kilka lat później stał się de facto arbitrem nawigacji morskiej i któremu przypisuje się odkrycie magnetycznego bieguna północnego.

Żyrokompas a kompas słoneczny

Przez cały XIX wiek podejmowano kilka prób opracowania żyrokompasu. Jednym z najwcześniejszych prób był francuski fizyk Leon Foucault. Zaproponował on żyroskop jako podstawę kompasu do poszukiwania północy.

Pierwszy żyrokompas został opatentowany przez Marinusa Gerardusa van den Bos w 1885 roku. Żyrokompas wykorzystuje wirującą tarczę do pomiaru kierunku obrotu. Działa on poprzez wykrywanie ruchu obrotowego Ziemi. Jest używany na statkach i samolotach.

W przeciwieństwie do kompasu magnetycznego, żyrokompas może kontynuować działanie nawet wtedy, gdy zmienia się pole magnetyczne Ziemi. Zapewnia on również dokładniejszą wskazówkę nawigacyjną.

Podczas I wojny światowej Ambrose Sperry opracował system żyrokompasu, a jego wynalazek został przyjęty przez Marynarkę Wojenną Stanów Zjednoczonych. System ten był również używany przez okręty wojenne podczas II wojny światowej.

Żyrokompas jest używany w statkach, aby pomóc w ich sterowaniu. Żyrokompas okrętowy znajduje się na sterówce lub mostku i służy do podawania prawdziwych wskazań kompasu. Zwykle jest on kalibrowany przed użyciem.

Kompas słoneczny to inny rodzaj kompasu, który wykorzystuje słońce jako punkt odniesienia. Kompasy słoneczne działają tylko w ciągu dnia. Muszą być umieszczone na równej powierzchni na zewnątrz. Nie wymagają one baterii ani energii elektrycznej. Igła kompasu powinna być skierowana tak, aby cień padał bezpośrednio na jej końcówkę.

Zwierzęta mogą nauczyć się, jak używać słońca jako punktu odniesienia. Mogą używać słońca do określenia swojego kierunku rano lub wieczorem. Mogą również nauczyć się korzystać ze słońca w więcej niż jednym kierunku. Na przykład, zwierzę może nauczyć się latać w określonym kierunku, gdy słońce wschodzi i w innym kierunku, gdy słońce zachodzi.

Pozycja słońca jest również używana do pomocy w określeniu kierunku dla ptaków. Ptaki używają pozycji słońca do kierowania przez krótkie okresy czasu. Zwierzęta również uczą się wykorzystywać pozycję Słońca do określania ich kierunku, gdy okazuje się to pouczające.

Oprócz Słońca, azymut słońca południowego jest używany do określenia północy lub południa półkuli południowej. Azymut ten może być również wykorzystany do kalibracji innych systemów kompasowych.