Самое древнее устройство, облегчающее ориентирование на местности – это компас. Его стрелки указывают на магнитные полюса Земли. Каждый школьник знаком с этим нехитрым прибором. Удивительно, но он был изобретен задолго до нашей эры.
История компаса
Предположительно, история компаса начинается с III века до Рождества Христова. Древние китайцы первыми догадались об удивительном свойстве магнетита показывать полюса Земли.
Для передвижения по пустыне они изобрели прибор, мало похожий на современный компас, но принцип действия его был таким же. Древний компас напоминал ложку, лежащую на отполированной пластине. Черенок этой ложки из магнетита свободно вращался, и, останавливаясь, указывал на юг.
Намного позже, в XI веке нашей эры китайцы придумали компас с плавающей стрелкой в виде рыбы. Арабам очень понравился этот прибор, и они стали применять его для нахождения верного направления в далеких морских путешествиях.
В XIII в. похожим устройством стали пользоваться и европейцы. А в XIV в. компас приобрел вид, схожий с современным. Магнитную стрелку закрепляли шпилькой на дне сосуда или на бумажном основании.
Итальянец Флавио Джойо усовершенствовал прибор, снабдив его круглой картушкой с 16-ю ромбами (по 4 на каждую сторону света). Еще позже круг разделили на 32 части. К XVIII в. компас уже представлял собой сложное устройство, которое показывало не только направление движения, но и время.
А что сейчас
Сейчас существует множество разновидностей компаса:
- электромагнитный,
- электронный,
- гирокомпас.
Они более совершенные и используются на кораблях и самолетах. Однако, старый добрый магнитный компас продолжает жить, являясь самым удобным и надежным прибором для геологов, альпинистов и простых любителей путешествий.
Компас Простейшее механическое устройство - магнитный компас состоит из магнитной стрелки, которая свободно вращается в горизонтальной плоскости и под действием земного магнетизма устанавливается вдоль магнитного меридиана. Компас служит для ориентирования относительно сторон горизонта. История компаса начинается в Китае. В III веке до н. э. китайский философ Хэнь Фэй-цзы так описывал устройство современного ему компаса, который назывался сынань, что означает “ведающий югом”: он имел вид разливательной ложки из магнетита с тонким черенком и шарообразной, тщательно отполированной выпуклой частью. Этой выпуклой частью ложка устанавливалась на столь же тщательно отполированной медной или деревянной пластине, так что черенок не касался пластины, а свободно висел над ней, и при этом ложка легко могла вращаться вокруг оси своего выпуклого основания. На пластине были нанесены обозначения стран света в виде циклических зодиакальных знаков. Подтолкнув черенок ложки, ее приводили во вращательное движение. Успокоившись, компас указывал черенком (который играл роль магнитной стрелки) точно на юг. Форма ковшика была выбрана не случайно. Она копировала форму созвездия Большой Медведицы, называемого в Китае “Небесным Ковшом” (Тянь доу) . Таким был самый древний прибор для определения сторон света. Недостатком такого компаса было то, что магнетит плохо обрабатывается и очень непрочен. К тому же “ведающий югом” был недостаточно точен, по причине сильного трения между ковшиком и поверхностью доски. В XI веке в Китае появилась плавающая стрелка компаса, изготовленная из искусственного магнита. Китайцы обнаружили, что эффект намагничивания наблюдается как при соприкосновении железа с магнитом, так и при охлаждении разогретого до красноты железного куска. Изготавливался намагниченный компас в виде железной рыбки. Она нагревалась докрасна и опускалась в сосуд с водой. . Здесь она свободно плавала, указывая своей головой в ту сторону, где находился юг. При вторичном нагревании рыбка теряла свои магнитные свойства. Упоминание о таком компасе имеется в трактате “Основы военного дела” (“У цзинь цзуняо”), написанном в 1044 г. Несколько разновидностей компаса придумал в том же XI веке китайский ученый Шэнь Гуа (1030-1094), который много работал над исследованием свойств магнитной стрелки. Он предлагал, например, намагнитить о природный магнит обычную швейную иглу, затем прикрепить ее с помощью воска в центре корпуса к свободно висящей шелковой нити. Этот компас указывал направление более точно, чем плавающий, так как испытывал гораздо меньшее сопротивление при своем повороте. Другая конструкция компаса, предложенная Шэнь Гуа, была еще ближе к современной: намагниченная иголка здесь насаживалась на шпильку. Во время своих опытов Шэнь Гуа установил, что стрелка компаса показывает не точно на юг, а с некоторым отклонением, и правильно объяснил причину этого явления тем, что магнитный и географический меридианы не совпадают между собой, а образуют угол. Ученые, которые жили после Шэнь Гуа, уже умели вычислять этот угол (его называют магнитным склонением) для различных районов Китая. В Европе явление магнитного склонения было впервые подмечено Колумбом во время его плавания через Атлантический океан, т. е. на четыре столетия позже, чем его описал Шэнь Гуа. В XI веке многие китайские корабли были оснащены плавающими компасами. Они устанавливались обычно на носу и на корме кораблей, так что капитаны в любую погоду могли держать правильный курс, сообразуясь с их указаниями. В таком виде китайский компас в XII веке заимствовали арабы. В начале XIII века "плавающая игла" стала известна европейцам. Первыми ее переняли у арабов итальянские моряки. От них компас перешел к испанцам, португальцам и французам, а позднее - к немцам и англичанам. Поначалу компас состоял из намагниченной иголки и кусочка дерева (пробки) , плававшего в сосуде с водой. Вскоре догадались закрывать этот сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра. В середине XIV века
(слово "кибернетика" в переводе с греческого означает «кормчий» или «рулевой»). Эта наука потребовала появления специальных приборов, которые бы помогали путешественникам находить правильный путь. Одним из них был компас - прибор, указывающий направление географического или магнитного меридиана. Современные компасы бывают магнитные, механические, радио- и другие.
Слово «компас», по-видимому, происходит от старинного английского слова compass , означавшего в XIII-XIV вв. «круг».
Первые упоминания об изобретении компаса в Европе относятся к XII веку. Этот прибор представлял собой просто железную намагниченную стрелку, укрепленную на пробке, плавающую в сосуде с водой. Затем придумали укреплять стрелку на оси, закрепленной на дне чаши.
Однако в Китае компас был известен намного раньше. Его называли "чи-ан". Китайские летописи приписывают его изобретение полумифическому богдыхану (императору) Хуан-ди, царствовавшему за 2600 лет до нашей эры.
В китайских летописях сохранилась такая легенда. Император Хуан-ди воевал с одним монгольским ханом. После поражения монголы стали отступать в пустыню, а китайские войска долго преследовали их. Однако монгольские всадники устроили хитрость: они подняли такую пыль, что она заслонила солнце. Когда же пыль рассеялась, монголы уже скрылись из виду. Преследователи бросались то в одну, то в другую сторону, но нигде не встречали даже признаков человеческого жилья. Они поняли, что заблудились. У них кончалось продовольствие, они стали страдать от невыносимой жажды. И тогда император Хуан-ди вспомнил про крошечного железного человечка, которого ему подарил один мудрец. Этот человечек, как его ни поставь, всегда показывал рукой на юг. Император установил человечка на своей колеснице и повел измученное войско в ту сторону, куда указывала рука человечка. И скоро все увидели знакомые места.
Легенда, конечно, не может служить достоверным источником. Но есть и другие сведения о том, что компас действительно изобрели в Китае, примерно за 100-200 лет до нашей эры - на 3 тысячи лет позже, чем указывается в легенде. Но даже в этом случае первооткрывателями компаса все равно остаются китайцы.
Модель компаса эпохи китайской династии Хань.
Известно также, что примерно 800 лет назад арабские моряки пользовались компасом. Возможно, они переняли это изобретение у китайцев, все корабли которых в XI веке были снабжены компасами. Арабский прибор был сделан в виде железной рыбки. Намагниченную рыбку опускали на воду, и она всякий раз неизменно поворачивалась головой на север. От арабов, вероятно, об этом приборе узнали венецианские купцы, которые привезли его в Италию. Отсюда компас стал известен во всех странах Средиземноморья, а оттуда - и всей Европе. Во всяком случае, первое упоминание об использовании магнитной иглы в мореплавании встречается в труде англичанина Александра Неккама, написанном в 1180 г., причем он пишет о ней, как о вещи уже известной.
Прототип современного компаса был изобретен итальянцем Флавио Джойя в XIV веке (называют даже точный год - 1302). До этого компас служил лишь для определения направления север-юг. А Джойя предложил делить круг компаса на 16 частей (румбов) для определения других сторон света. Кроме того, он надел стрелку компаса на шпильку для ее лучшего вращения.
В Италии существует красивая легенда, связанная с именем Флавио Джойя.
Давным-давно, когда город Амальфи стоял, как и Венеция, на берегу моря, жил в нем бедняк Флавио Джойя, ювелир и инкрустатор. Он был влюблен в красавицу Анджелу, дочь богатого рыбака Доменико. Суровый Доменико считал людьми второго сорта тех, кто не выходил в море на веслах или под парусами, не испытал себя в штормах и бурях. А Флавио Джойя, к несчастью, относился как раз к этой категории людей. Доменико не хотел иметь такого зятя, но отказать претенденту на руку дочери он решил дипломатично и поэтому поставил условие: Флавио должен хотя бы один раз ночью или в туман проплыть на лодке строго по прямой линии. По тем временам такая задача была невыполнимой. Это не удавалось даже его товарищам, бывалым морякам.
Но Флавио принял вызов. Он взял продолговатый магнитный камень, который он укрепил горизонтально на круглой плоской пробке. На верхнюю поверхность пробки он установил диск с делениями. Так получился чувствительный элемент магнитного компаса - картушка.
Чтобы картушка могла поворачиваться в горизонтальной плоскости, Флавио проткнул ее вертикальной осью с острыми концами, которые упирались в опоры, установленные в корпусе прибора - чашке. Однако из-за давления картушки на нижнюю опору возникал большой момент трения, который препятствовал вращению картушки и вызывал большие ошибки прибора. Тогда Флавио налил в чашку воды. Пробка всплыла, давление на нижнюю опору снизилось, вращение картушки стало плавным и свободным. В одном месте на краю чашки Флавио провел тонкую черту, а всю окружность диска картушки разделил на 16 равных частей - румбов.
Настал день испытаний. Флавио сел в лодку и установил свой прибор так, чтобы тонкая черта на чашке совпадала с продольной осью лодки. Картушка, покачавшись вокруг оси, остановилась в таком положении, что один конец продолговатого магнитного камня указывал на север. Флавио заметил румб, который установился против тонкой черты на чашке, и отправился в путь. Ему лишь нужно было вести лодку так, чтобы во время движения против тонкой черты на чашке стоял один и тот же румб.
Так Флавио справился с заданием и женился на Анджеле.
Многие исследователи полагают, что Флавио Джойя - фигура вымышленная... Однако это не помешало благодарным итальянскиим потомкам воздвигнуть изобретателю компаса целых два памятника: в Неаполе и на родине Джойя - в городе Амальфи.
Памятник Флавио Джойя в Амальфи (Италия)
Да-да, это не ошибка: наука о закономерностях процессов управления и передачи информации - кибернетика - получила свое название по древнегреческому названию искусства судовождения!
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Если ты идёшь в поход, Переходишь речку вброд,
Влево и на косогор - Расширяешь кругозор
Ты возьми меня с собой Я верну тебя домой
Знаю север, знаю юг - Не заблудишься, мой друг.
(Самуил Маршак)
На уроке окружающего мира мы постигаем тайны нашего общего дома - замечательной планеты Земля. При изучении раздела «Как люди познают мир», тема «Приборы и инструменты» меня заинтересовал вопрос из учебника, «Какие ещё приборы ты знаешь?». И я вспомнила про компас.
Цель работы: Осознать важность открытия человеком компаса и его роли в развитии цивилизации
Задачи:
Изучить дополнительную литературу. Научиться ориентироваться в пространстве не имея компаса под рукой. Изготовить самодельный компас своими руками.
Объект исследования: компас
Гипотеза исследования:
Я предполагаю, что с помощью изготовленного из подручных средств компаса можно определить стороны горизонта в домашних условиях.
Методы исследования: поисковые, описательные, теоретические и практические.
Глава 1
История создания компаса
Человек начал путешествовать очень давно. Большинство первых морских путешественников сбивалось с курса. Человек понял, что без специального прибора он обречен на долгие поиски верного пути. Так, был изобретен удивительное древнее изобретение компас для определения сторон горизонта.
Предположительно впервые он был создан в Древнем Китае ещё в III веке до нашей эры. Само слово «компас» произошло от древнебританского «compass», означавшего круг (см. рис.1 приложение № 1).
Китайцы знали, что магнит притягивает железо. Им было известно свойство магнита - указывать направление на север и на юг. Китайский компас представлял собой ложку с длинной ручкой, изготовленную из намагниченного железа. Ложку клали на гладкую деревянную подставку с делениями со знаками зодиака, раскручивали её, и она останавливалась. Выпуклая часть ложки легко вращалась по пластине. Черенок всегда указывал на юг. В таком виде китайский компас в ХII в. заимствовали арабы.
В ХIV в. Итальянец Флавио Джойя усовершенствовал этот прибор. Он надел магнитную стрелку на вертикальную шпильку. Это улучшило работу компаса. К стрелке была прикреплена картушка (лёгкий круг), разбитая на 16 румбов (см. рис.2 приложение № 2).
Спустя два столетия деление картушки составляло 32 румба. Уже к XVIII веку компас становится довольно сложным прибором, указывающим не только направление, но и время.
Устройство компаса Андрианова
В нашей стране наиболее распространен компас системы Андрианова (см. рис.3 приложение № 3).
Он состоит из 5 частей: корпус компаса, визирное кольцо, магнитная стрелка, лимб (циферблат), зажим.
Правильно работающий компас всегда синей стрелкой смотрит на север, красная же, соответственно, показывает точно противоположно — на юг.
1.3 Принцип действия
Прежде чем использовать компас, его нужно проверить, положить его на горизонтальную поверхность и дождаться, пока стрелка замрёт, показывая, где север. Затем к прибору нужно поднести любой металлический предмет. Под воздействием магнита стрелка отклонится в его сторону. Убираем из поля действия металл и наблюдаем за нашей стрелкой.
Если наш компас исправный, то стрелочка непременно повернётся в исходное положение на север.
Глава 2: 2.1 Практическая часть. Ориентирование по местным природным признакам
Такие профессии, как геолог, летчик и моряк неразрывно связаны со знанием компаса.
Иногда в походе, лесу, важно знать точное направление пути, чтобы не заблудиться. Понять, где север, а где юг можно сориентироваться по местным признакам (см. рис.4,5,6,7,8 приложение № 4. ) Мхи и лишайники растут на стволах деревьев, пнях, камнях с северной стороны. У берез кора на южной стороне белее белая и чистая, чем с северной. Крона деревьев пышнее с южной стороны. Муравьи устраивают жилища на юг от дерева. Снег тает весной на склонах гор, обращенных к югу.
Но не все признаки бывают надежными, поэтому, чтобы правильно сориентироваться, надо при солнечной погоде в полдень стать спиной к солнцу так, чтобы тень была точно впереди человека. Тогда впереди у него будет - север, за спиной - юг, справа - восток, слева - запад (см. рис.9 приложение № 5).
2.2 Изготовление самодельного компаса
Существует множество способов изготовления простейшего компаса из подручных средств, в домашних и походных условиях. Рассмотрим подробно.
Для изготовления компаса понадобится иголка, бумага, ножницы, две бусины красного и синего цветов, и емкость с водой (см. рис.10,11,12,13 приложение № 6.) Игла будет выполнять функцию магнитной стрелки - указателя сторон света. Основанием для стрелки будет служить легкий плавучий материал, как, например, бумага.
В емкость среднего размера налейте воду. Иголку необходимо приложить к ножницам и интенсивно тереть в одном направлении. Так происходит процесс намагничивания (см. рис.14 приложение № 7) .
Из бумаги вырезать круг и проколоть нашей иголкой (см. рис.15 приложение № 7) . Нанизать на иглу бусины (см. рис.16 приложение № 7).
Поместите самодельный компас в емкость с водой (см. рис.17 приложение № 7) . Правильно сделанный компас должен какое-то время двигаться. Если он неподвижно стоит, кусочек металла необходимо намагнитить еще раз. Если вы все сделали правильно, поставленный на воду компас будет медленно вращаться. Когда импровизированная магнитная стрелка перестанет перемещаться, ее намагниченная сторона укажет на стороны света (юг - игла на конце закрепленной красной бусинкой, на север - соответственно синей) (см. рис.18 приложение № 7).
В походных условиях для изготовления компаса понадобится любой кусок металла: иголка, булавка, скрепка, металлическая проволока, все, что найдется под рукой. Основанием для стрелки будет служить легкий плавучий материал, как, например, губка, пробка, пенопласт, лист дерева.
Чтобы кусок металла начал выполнять функции указателя сторон света, его необходимо заострить и намагнитить о ткань, мех, железо. В крайнем случае, для намагничивания можно воспользоваться собственными волосами. Кусок металла необходимо приложить к выбранному предмету и интенсивно тереть в одном направлении и опустить металл в лужу. Намагниченный конец металла укажет на север.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе проведения своей исследовательской работы, я подтвердила свою гипотезу, что с помощью изготовленного из подручных средств компаса можно определить стороны горизонта в домашних условиях, узнала историю создания и устройства компаса. Научилась пользоваться этим сложным для меня прибором.
Считаю, что полученные знания позволят мне и ребятам с полной уверенностью определить стороны света в любом месте, независимо от погодных условий и времени суток.
В будущем, я планирую посещать школьный туристический спортивный кружок «Максимум», руководителем которого является учитель географии, член Российского географического общества Республики Башкортостан Юсупов Ильнур Гайнисламович. Благодаря ему, в нашей школе создается ассоциированная школа Российского географического общества.
Спасибо за внимание!
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
https://otvet.mail.ru/question/5173277
https://otvet.mail.ru/question/58499957
Дегтерев, Н. Д. Стрелочные магнитные компасы [Текст] / Н.Д. Дегтерев. - Ленинград, 1984
Зарапин, В.Г. Научные опыты на даче [Текст] / В.Г. Зарапин, Пьянникова О.О., Яковлева М.А. - Москва, 2014
Кожухов, В.П. и др. Магнитные компасы [Текст] / В.П. Кожухов. - Москва, 1981
Феоктистова, В.Ф., Исследовательская и проектная деятельность младших школьников. Рекомендации для учителя [Текст] / В.Ф. Феоктистова. - Волгоград: Издательство «Учитель», 2010
ПРИЛОЖЕНИЕ № 1. Древнее изобретение китайцев.
Рис. 1 Впервые он был создан в Древнем Китае в III веке до нашей эры
ПРИЛОЖЕНИЕ № 2. Прибор итальянца Флавио Джойя
Рис. 2 В ХIV в. Итальянец Флавио Джойя усовершенствовал этот прибор. Он надел магнитную стрелку на вертикальную шпильку. К стрелке прикрепил картушку (лёгкий круг), разбитую на 16 румбов.
ПРИЛОЖЕНИЕ № 3. Компас Андрианова
Рис. 3 Устройство компаса Андрианова
ПРИЛОЖЕНИЕ № 4. Ориентирование по местным признакам
Мхи и лишайники растут на стволах деревьев, пнях, камнях с северной стороны
У берез кора на южной стороне белее белая и чистая, чем с северной.
Крона деревьев пышнее с южной стороны.
Муравьи устраивают жилища на юг от дерева.
Снег тает весной на склонах гор, обращенных к югу.
ПРИЛОЖЕНИЕ № 5. Ориентирование при солнечной погоде
Рис. 9 В солнечную погоду в полдень нужно стать спиной к солнцу так, чтобы тень была точно впереди человека. Тогда впереди у него будет - север, за спиной - юг, справа - восток, слева - запад.
ПРИЛОЖЕНИЕ № 6. Для изготовления компаса необходимо
Рис. 10 Емкость с водой
Рис. 11 Ножницы
Рис. 12 Игла, две бусины красного и синего цветов
Рис.13 Бумага
ПРИЛОЖЕНИЕ № 7. Изготовление компаса в домашних условиях
Рис 14 Иголку интенсивно трем в одном направлении. Так происходит процесс
намагничивания.
Рис. 15 Из бумаги вырезаем круг и прокалываем нашей иголкой
Рис. 16 Нанизываем на иглу бусины
Рис. 17 Опускаем самодельный компас в емкость с водой.
Рис.18 Намагниченная сторона иглы всегда останавливается, точно указывая на север
У современных людей нет никаких проблем в том, чтобы с высокой точностью определить своё местоположение — можно, например, использовать приборы, оснащённые датчиком GPS или ГЛОНАСС. Однако в древности при путешествиях на большие расстояния у людей возникали проблемы. Особенно сложно было ориентироваться при путешествии по пустыням или плавании в открытом море, где не было каких-то известных ориентиров. В результате путешественники легко могли заблудиться и погибнуть. Уже после начала эпохи великих географических открытий в 16-17 вв. мореплаватели нередко теряли уже открытые острова или наносили их на карту несколько раз, что уж говорить о древних мореплавателях.
Конечно, ещё в древности люди нашли всё-таки способы определять стороны света, в этом помогало прежде всего наблюдение за Солнцем и звёздами. Уже давно было замечено, что, хотя звёзды меняют своё положение, одна из звёзд, а именно Полярная звезда, всегда находится на одном месте. По этой звезде стали определять направление на север. Но как быть, если небо закрыто облаками, и ни Солнца, ни звезд не видно? Направление движения определить нельзя, корабль сбивается с курса и может уплыть совсем не туда, куда нужно. Поэтому далёкие экспедиции были очень опасным делом, пока не появился компас, и не случайно лишь после того, как мореплаватели стали его использовать, были открыты и изучены все уголки нашей планеты. А когда же и кем был изобретён компас?
Принцип действия компаса основан на том, что земля обладает магнитным полем и представляет собой как бы один большой магнит. Компас же имеет магнитную стрелку, которая в магнитном поле Земли всегда указывает направление на магнитные полюса, находящиеся недалеко от географических. Таким образом, при помощи компаса можно определять направление на стороны света. В природе есть материал, обладающий магнитными свойствами, а именно магнетит (магнитный железняк).
магнетит
Свойство кусочков магнетита притягиваться друг к другу, а также к железным предметам было давно замечено людьми. Например, об этом написал в своих трудах ещё древнегреческий философ Фалес Милетсикй в 6 в. до н. э., однако он не нашёл магнитам практического применения. А нашли его китайцы.
Достоверно неизвестно, когда китайцы изобрели компас, но первое его описание, дошедшее до наших дней, относится к 3му веку до н. э. Древний китайский компас представлял из себя что-то вроде ложки из магнетита, установленную на отполированную медную пластинку. Выглядел он так:
древний китайский компас
Ложку раскручивали и она через некоторое время останавливалась так, что её конец указывал на юг. Причём изначально компас в Китае использовали вовсе не для навигации, а в мистической системе фэншуй. В фэншуй очень важно правильно ориентировать предметы по сторонам света, для этого и использовали компас.
Прошло немало времени, прежде чем компас усовершенствовали и стали использовать в путешествиях сначала на суше, а потом и на море. Вместо куска магнетита стали использовать намагниченную железную иглу, которая подвешивалась на шёлковой нити либо опускалась в сосуд с водой, где плавая на поверхности, разворачивалась в направлении магнитного полюса. Важные усовершенствования компаса, а также описание магнитного склонения (т. е. отклонения направления на магнитный полюс и географический) сделал китайский учёный Шень Гуа в 11 в. Именно после этого компас стали активно использовать китайские мореплаватели. От них компас стал известен арабам, а в 13 в. известный путешественник Марко Поло привёз компас из Китая в Европу.
В Европе компас усовершенствовали. Стрелку стали устанавливать на шпильку, добавили шкалу, разделённую на румбы, чтобы более точно обозначать направление. В более поздних версиях компас стали устанавливать на специальном подвесе (т. н. кардановом), чтобы качка судна не влияла на показания.
старинный корабельный компас
Появление компаса дало огромный толчок развитию мореплавания в Европе и помогло европейским мореплавателям пересечь океаны и открыть новые континенты.
