Как плавали на судах древнегреческие моряки не имевшие компаса и навигационных приборов

Обновлено: 15.05.2024

На ходовом мостике находятся приборы и устройства, необходимые для управления судном. Навигационные приборы – предназначены для определения местоположения судна и измерения отдельных элементов его движения:

компасы
гироазимуты
автопрокладчики
лаги
лоты
эхолоты
секстаны и другие устройства

Компасы

Компас – основной навигационный прибор, служащий для определения курса судна, направлений (пеленгов) на различные объекты. На судах применяются магнитные и гироскопические компасы.

Магнитные компасы используются в качестве резервных и контрольных приборов. По назначению магнитные компасы делятся на главные и путевые. Главный компас устанавливают на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна, так, чтобы обеспечить хороший обзор по всему горизонту (рис. 3.1). Изображение шкалы картушки при помощи оптической системы проектируется на зеркальный отражатель, установленный перед рулевым (рис. 3.2).

Путевой магнитный компас устанавливают в рулевой рубке. Если главный компас имеет телескопическую передачу отсчета к посту рулевого, то путевой компас не устанавливают.

На магнитную стрелку на судне действует судовое магнитное поле. Оно представляет собой совокупность двух магнитных полей: поля Земли и поля судового железа. Этим объясняется, что ось магнитной стрелки располагается не по магнитному меридиану, а в плоскости компасного меридиана. Угол между плоскостями магнитного и компасного меридианов называется девиацией.

В комплект компаса входят: котелок с картушкой, нактоуз, девиационный прибор, оптическая система и пеленгатор.

На спасательных шлюпках используется легкий, небольшой по размерам компас, не закрепленный стационарно (рис. 3.3).

Гирокомпас – механический указатель направления истинного (географического) меридиана, предназначенный для определения курса объекта, а также азимута (пеленга) ориентируемого направления (рис.3.4–3.5). Принцип действия гирокомпаса основан на использовании свойств гироскопа и суточного вращения Земли.

Гирокомпасы имеют два преимущества перед магнитными компасами:

они показывают направление на истинный полюс, т. е. на ту точку, через которую проходит ось вращения Земли, в то время как магнитный компас указывает направление на магнитный полюс;
они гораздо менее чувствительны к внешним магнитным полям, например, тем полям, которые создаются ферромагнитными деталями корпуса судна.

Простейший гирокомпас состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.

Гирокомпас может выдавать ошибки измерения. Например, резкое изменение курса или скорости вызывают девиацию, и она будет существовать до тех пор, пока гироскоп не отработает такое изменение.

На большинстве современных судов имеются системы спутниковой навигации (типа GPS) и/или другие навигационные средства, которые передают во встроенный компьютер гирокомпаса поправки. Современные конструкции лазерных гироскопов не выдают таких ошибок, поскольку вместо механических элементов в них используется принцип разности оптического пути.

Электронный компас построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Принцип действия компаса:

1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приемника системы спутниковой навигации.

2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.

3. Выжидается некоторый интервал времени.

4. Повторно определяется местоположение объекта.

5. На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения:

направление движения;
скорость движения.

SC-130 спутниковый компас - Основные особенности:

Не требует технического обслуживания
Точность определения курса 0,25°. Идеально подходит для установки на средних по размеру и крупных судах для навигации в переполненных судами портах
Использование ГНСС Галилео и ГЛОНАСС для получения максимальной точности. За счет приема сигналов от спутников различного типа исключается проблема отсутствия сигнала из-за недостаточного количества спутников
Сверхмалое время инициализации – 90 секунд
Удобное подключение к существующей судовой сети через Ethernet
Высокая скорость слежения 40°/с (в два раза больше, чем требуется ИМО для высокоскоростных судов)
Высокоточные данные о бортовой/килевой качке в аналоговом и цифровом форматах для стабилизаторов качки, гидролокаторов, и др.
Контроль скорости перемещения носа и кормы судна для безопасной швартовки

Эхолот

Навигационный эхолот предназначен для надежного измерения, наглядного представления, регистрации и передачи в другие системы данных о глубине под килем судна (рис. 3.7). Эхолот должен функционировать на всех скоростях судна от 0 до 30 узлов, в условиях сильной аэрации воды, ледяной и снежной шуги, колотого и битого льда, в районах с резко меняющимся рельефом дна, скалистым, песчаным или илистым грунтом.

На судах устанавливаются гидроакустические эхолоты. Принцип их работы заключается в следующем: механические колебания, возбуждаемые в вибраторе-излучателе, распространяются в виде короткого ультразвукового импульса, доходят до дна и, отразившись от него, принимаются вибратором-приемником.

Эхолоты автоматически указывают глубину моря, которую определяют по скорости распространения звука в воде и промежутку времени от момента посылки импульса до момента его приема (рис. 3.8).

Эхолот должен обеспечивать измерение глубин под килем в диапазоне от 1 до 200 метров. Указатель глубин должен быть установлен в рулевой рубке, а самописец – в рулевой или штурманской рубке.

Для измерения глубин применяется также ручной лот в случаях посадки судна на мель, промера глубин у борта во время стоянки у причала и т. п.

Ручной лот (рис. 3.9) состоит из свинцовой или чугунной гири и лотлиня. Гиря выполняется в форме конуса высотой 25–30 см и весом от 3 до 5 кг. В нижнем широком основании гири делается выемка, которая перед замером глубины смазывается солидолом. При касании лотом морского дна частицы грунта прилипают к солидолу, и после подъема лота по ним можно судить о характере грунта.

Разбивка лотлиня производится в метрических единицах и обозначается по следующей системе: на десятках метров вплетаются флагдуки различных цветов; каждое количество метров, оканчивающееся цифрой 5, обозначается кожаной маркой с топориками.

В каждой пятерке первый метр обозначается кожаной маркой с одним зубцом, второй – маркой с двумя зубцами, третий – с тремя зубцами и четвертый – с четырьмя.

Лаг – навигационный прибор для измерения скорости судна и пройденного им расстояния. На морских судах применяются механические, геомагнитные, гидроакустические, индукционные и радиодоплеровские лаги.

относительные лаги, измеряющие скорость относительно воды;
абсолютные лаги, измеряющие скорость относительно дна.

Гидродинамический лаг – относительный лаг, действие которого основано на измерении разности давления, которая зависит от скорости судна. Основу гидродинамического лага составляют две трубки, выведенные под днище судна: выходное отверстие одной трубки направлено к носовой части судна; а выходное отверстие другой трубки находится заподлицо с обшивкой. Динамическое давление определяется по разности высот воды в трубках и преобразуется механизмами лага в показания скорости судна в узлах. Кроме скорости, гидродинамические лаги показывают пройденное судном расстояние в милях.

Индукционный лаг – относительный лаг, принцип действия которого основан на зависимости между относительной скоростью проводника в магнитном поле и наводимой в этом проводнике электродвижущей силой (ЭДС). Магнитное поле создается электромагнитом лага, а проводником является морская вода. Когда судно движется, магнитное поле пересекает неподвижные участки водной среды, при этом в воде индуцируется ЭДС, пропорциональная скорости перемещения судна. С электродов ЭДС поступает в специальное устройство, которое вычисляет скорость судна и пройденное расстояние.

Гидроакустический лаг – абсолютный лаг, работающий на принципе эхолота. Различают доплеровские и корреляционные гидроакустические лаги.

Геомагнитный лаг – абсолютный лаг, основанный на использовании свойств магнитного поля Земли.

Радиолаг – лаг, принцип действия которого основан на использовании законов распространения радиоволн.

На практике отсчеты лага замечают в начале каждого часа и по разности отсчетов получают плавание S в милях и скорость судна V в узлах. Лаги имеют погрешность, которая учитывается поправкой лага.

Радионавигационные приборы

Судовая радиолокационная станция (РЛС) предназначена для обнаружения надводных объектов и берега, определения места судна, обеспечения плавания в узкостях, предупреждения столкновения судов (рис. 3.10).

В РЛС используется явление отражения радиоволн от различных объектов, расположенных на пути их распространения, таким образом, в радиолокации используется явление эха. РЛС содержит передатчик, приемник, антенно-волноводное устройство, индикатор с экраном для визуального наблюдения эхо-сигналов.

Принцип работы РЛС следующий. Передатчик станции вырабатывает мощные высокочастотные импульсы электромагнитной энергии, которые с помощью антенны посылаются в пространство узким лучом. Отраженные от какого-либо объекта (судна, высокого берега и т. п.) радиоимпульсы возвращаются в виде эхо-сигналов к антенне и поступают в приемник. По направлению узкого радиолокационного луча, который в данный момент отразился от объекта, можно определить пеленг или курсовой угол объекта. Измерив промежуток времени между посылкой импульса и приемом отраженного сигнала, можно получить расстояние до объекта. Так как при работе РЛС антенна вращается, излучаемые импульсные колебания охватывают весь горизонт. Поэтому на экране индикатора судовой РЛС создается изображение окружающей судно обстановки. Центральная светящаяся точка на экране индикатора РЛС отмечает место судна, а идущая от этой точки светящаяся линия показывает курс судна.

Судовые РЛС позволяют за короткий промежуток времени определить курс и скорость встречного судна и избежать, таким образом, столкновения.

Средства автоматической радиолокационной прокладки (САРП) – это радиолокационные информационно-вычислительные комплексы, выполняющие автоматическую обработку радиолокационной информации. САРП выполняет следующие операции (рис. 3.11):

ручной и автоматический захват целей и их сопровождение;
отображение на экране индикатора векторов относительного или истинного перемещения целей;
выделение опасно сближающихся целей;
индикацию на табло параметров движения и элементов сближения целей;
проигрывание маневра курсом и скоростью для безопасного расхождения;
автоматизированное решение навигационных задач;
отображение элементов содержания навигационных карт;
определение координат местоположения судна на основе радио-локационных измерений.

Автоматическая информационная система (АИС) является морской навигационной системой, использующей взаимный обмен между судами, а также между судном и береговой службой для передачи информации о позывном и наименовании судна для его опознавания, координатах, сведений о судне (размеры, груз, осадка и др.) и его рейсе, параметрах движения (курс, скорость и др.) с целью решения задач по предупреждению столкновений судов, контроля за соблюдением режима плавания и мониторинга судов в море.

Электронные картографические навигационные информационные системы (ЭКНИС) являются эффективным средством навигации, существенно сокращающим нагрузку на вахтенного помощника и позволяющим уделять максимум времени наблюдению за окружающей обстановкой и выработке обоснованных решений по управлению судном (рис. 3.12).

Основные возможности и свойства ЭКНИС:

Спутниковая система навигации – это система, состоящая из наземного и космического оборудования, предназначенная для определения местоположения (географических координат), а также параметров движения (скорости и направления движения и т. д.) для наземных, водных и воздушных объектов (рис. 3.13).

GPS – это глобальная навигационная спутниковая система определения местоположения Global Position System. Система включает группировку низкоорбитальных навигационных спутников, наземные средства слежения и управления и самые разнообразные, служащие для определения координат. Принцип определения своего места на земной поверхности в глобальной системе позиционирования заключается в одновременном измерении расстояния до нескольких навигационных спутников (не менее трех) – с известными параметрами их орбит на каждый момент времени, и вычислении по измененным расстояниям своих координат.

Навигационные инструменты

Навигационный секстан – угломерный инструмент (рис. 3.14), служащий:

в мореходной астрономии – для измерения высот светил над видимым горизонтом;
в навигации – для измерения углов между земными предметами.

Морской хронометр – высокоточные переносные часы, позволяющие получать в любой момент достаточно точное гринвичское время (рис. 3.15).

Судовое время определяется по меридиану местонахождения судна и чаще всего корректируется ночью вахтенным офицером. Так, например, при изменении долготы на 15° на восток часы переводятся на 1 час вперед, а при изменении долготы на 15° в западном направлении – на 1 час назад.

Для того чтобы в машинном отделении, столовой команды, каютах, салонах, барах, камбузе иметь точное и одинаковое показание времени, устанавливают электрические часы, корректируемые от главных часов, находящихся на мостике.

К прокладочным инструментам относятся (рис. 3.16):

измерительный циркуль – для измерения и откладывания расстояний на карте;
параллельная линейка – для проведения на карте прямых, а также параллельных заданному направлению линий;
навигационный транспортир – для построения и измерения углов, курсов и пеленгов на карте.

Кроме этого, на мостике находятся журналы, папки с документацией, навигационные карты, обязательные справочники и пособия и др. (рис. 3.17).

МАГНИТНЫЙ КОМПАС – используется в качестве резервных и контрольных приборов. МАГНИТНЫЙ КОМПАС по-прежнему остается в составе оборудования, позволяющего осуществлять контроль качества работы ГИРОКОМПАСА и решать навигационные задачи при выходе ГИРОКОМПАСА из строя. Почему во время всевозможных электронных гаджетов сохранилась надобность иметь на современных судах МАГНИТНЫЕ КОМПАСЫ? Ответ прост – МАГНИТНЫЙ КОМПАС НЕ ТРЕБУЕТ ЭЛЕКТРИЧЕСТВА и продолжает работать при выходе из строя судовой электростанции.

По назначению магнитные компасы делятся на ГЛАВНЫЕ и ПУТЕВЫЕ.

НА ФОТО - ГЛАВНЫЙ МАГНИТНЫЙ КОМПАС СУДНА.

УСТАНОВЛЕН НА ВЕРХНЕМ МОСТИКЕ СУДНА.

ГЛАВНЫЙ КОМПАС устанавливают на ВЕРХНЕМ МОСТИКЕ в диаметральной плоскости судна, так чтобы обеспечить хороший обзор по всему горизонту. Изображение шкалы картушки ПРИ ПОМОЩИ ОПТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ПРОЕКТИРУЕТСЯ НА ЗЕРКАЛЬНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ, установленный перед рулевым.

ЗЕРКАЛЬНЫЙ ОТРАЖАТЕЛЬ

В РУБКЕ РУЛЕВОГО.

ПУТЕВОЙ МАГНИТНЫЙ КОМПАС устанавливают непосредственно в РУЛЕВОЙ РУБКЕ. Если главный компас имеет телескопическую передачу отсчета к посту рулевого, то путевой компас не устанавливают.

ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПАС.

ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПАС построен на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Принцип действия ЭЛЕКТРОННОГО КОМПАСА:

1. на основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации;

2. засекается момент времени, в который было сделано определение координат;

3. выжидается некоторый интервал времени;

4. повторно определяется местоположение объекта;

5. на основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения:

ЛОТЫ И ЭХОЛОТЫ.

С появлением более крупных судов стали использовать РУЧНОЙ ЛОТ. Он состоял из непосредственно ЛОТА (ГРУЗА) и ЛОТЛИНЯ - тонкого троса, к которому он крепился. В качестве груза чаще всего применяли свинцовую или чугунную гирю продолговатой, пирамидальной или конусообразной формы, чтобы ЛОТ быстро погружался в воду.

ЛОТЛИНЬ разбивался на отрезки определенной длины, которые отделялись друг от друга кожаными или парусиновыми отметками-марками. РУЧНЫМ ЛОТОМ измеряют ГЛУБИНУ ДО 50 МЕТРОВ при движении судна со скоростью не более 3 узлов. Достоинства РУЧНОГО ЛОТА: простота устройства и его использования; дешевизна изготовления; возможность одновременно с глубиной определить ХАРАКТЕР ГРУНТА.

СО ВРЕМЕНЕМ ученые и мореплаватели поняли, что изучение морей и океанов невозможно без изучения характера рельефа дна и его особенностей. Необходимы были систематические специальные промеры в морях и океанах, а для этого нужны были соответствующие инструменты для измерения больших глубин.

ДИПЛОТЫ представляли собой ЛОТЫ, специально предназначенные ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ БОЛЬШИХ ГЛУБИН, БОЛЕЕ 1000 МЕТРОВ. Они отличались тем, что имели груз большой массы, лотлини повышенной прочности и вьюшки со специальными приспособлениями для фиксации касания грунта. Грузы ДИПЛОТОВ были громоздки и иногда весили несколько сот килограммов. При ударе о дно они с помощью специальных механизмов автоматически сбрасывались, что облегчало подъем ЛОТЛИНЯ с большой глубины.

ЭХОЛОТ.

История ЭХОЛОТА теснейшим образом связана с развитием ГИДРОАКУСТИКИ. О том, что звук хорошо распространяется в воде, люди знали очень давно. Теоретические исследования ученых подготовили почву к практическим шагам измерения расстояний с помощью звука, распространяющегося в воде. Эти теоретические разработки и открытия подготовили возможность создания первого УЛЬТРАЗВУКОВОГО ЭХОЛОТА.

Он был запатентован в 1920 г. русским ученым и изобретателем К. В. Шиловским и французским ученым П. Ланжевеном, который в 1929 г. был избран почетным членом АН СССР.

Испытания эхолота проводились в течение нескольких лет в проливе Ла-Манш и в Средиземном море и полностью подтвердили правильность выбранных технических решений.

С этого момента начинается этап развития ультразвуковых эхолотов, позволяющих автоматически и непрерывно, при любой погоде и на разных скоростях измерять любые глубины Мирового океана. Сегодня, навигационные ЭХОЛОТЫ, применяемые на судах, отличаются большой точностью, надежностью.

На индикаторе выводится информация не только о ГЛУБИНЕ, а и показывает РЕЛЬЕФ ДНА, КООРДИНАТЫ СУДНА, скорость движения, температура забортной воды. В последние годы разработан ряд новых типов отечественных эхолотов, в том числе для промерных работ. Они позволили с высокой точностью осуществить картографирование дна больших районов океанов, морей и шельфа.

В настоящее время на отечественных судах для обеспечения навигационной безопасности плавания устанавливают эхолоты унифицированного ряда НЭЛ-М, состоящего из разных моделей, обеспечивающих надежное измерение глубины на судах любого водоизмещения - от катеров до супертанкеров.

ЛАГ.

Древние мореплаватели до появления карт скорость своих судов и пройденное расстояние, очевидно, не измеряли. В точном определении их не было необходимости, поскольку плавали они в основном вдоль берега и никакого графического счисления пути не вели. Важнее было знать, сколько времени надо затратить, чтобы пройти из одного порта в другой, сколько проплыли и сколько еще осталось. Хорошо знакомая нам мера длины МИЛЯ (от лат. milia- тысяча) стала впервые применяться древними римлянами.

МИЛЯ как единица измерения пройденного расстояния на море получила широкое распространение. Однако в разных странах она оценивалась по-разному. Так, венецианская МИЛЯ отличалась от римской и была равна 1739 метров, а испанская - 1356 метров. Поэтому в 1926 г. Международное географическое бюро за стандартную географическую МИЛЮ приняло величину, равную 1852 метра. В настоящее время в подавляющем большинстве стран для измерения пройденного на море расстояния применяют ТОЛЬКО МИЛИ.

ЛАГ - ПРИБОР, предназначенный для измерения РАССТОЯНИЯ И СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА. В древности в качестве ЛАГА использовался РУЧНОЙ, или СЕКТОРНЫЙ ЛАГ. Он представляет собой доску треугольной формы (СЕКТОР) с привязанной к ней верёвкой (ЛИНЕМ, ЛАГЛИНЕМ) и ГРУЗОМ. На ЛИНЕ на одинаковом расстоянии друг от друга завязываются УЗЛЫ. Доска выбрасывалась за корму и пересчитывались количество узлов, ушедших за борт за определенное время (обычно 15 секунд, 0,5 минут или 1 минуту). Интервалы между узлами выбирали с таким расчетом, чтобы УЗЕЛ СООТВЕТСТВОВАЛ СКОРОСТИ, равной МОРСКОЙ МИЛЕ В ЧАС.

ОТСЮДА ПОШЛО ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ СУДОВ В УЗЛАХ, 1 УЗЕЛ численно равен 1 МОРСКОЙ МИЛЕ в час.

АКСИОМЕТР.

АКСИОМЕТР – ПРИБОР в составе рулевого устройства судна, СТРЕЛКА КОТОРОГО УКАЗЫВАЕТ НА КАКОЙ УГОЛ ОТКЛОНИЛОСЬ ПЕРО РУЛЯ относительно диаметральной плоскости корабля.

ТАХОМЕТР.

ТАХОМЕТР – ПРИБОР, КОТОРЫЙ ПОКАЗЫВАЕТ ЧАСТОТУ ВРАЩЕНИЯ ГРЕБНОГО ВАЛА СУДНА\КОРАБЛЯ.

МОРСКОЙ ХРОНОМЕТР.

МОРСКОЙ ХРОНОМЕТР - это не просто прибор, по которому кок может узнать, в котором часу подавать обед. МОРСКОЙ ХРОНОМЕТР – ХРАНИТЕЛЬ ТОЧНОГО ВРЕМЕНИ. Исторически это устройство несло значительно более важную функцию - без помощи хронометра невозможно было определить долготу, а значит - точное местоположение корабля.

Иначе говоря, от времени зависела навигация и - жизнь моряков.

СЕКУНДОМЕР.

СЕКУНДОМЕР судовой предназначен для измерения коротких промежутков времени при навигационных, астрономических и гидрометеорологических наблюдениях.

СЕКСТАН.

СЕКСТАН (шестой, шестая часть) - навигационный измерительный инструмент, используемый для определения высоты Солнца и других космических объектов над горизонтом с целью определения географических координат точки, в которой производится измерение. При этом под горизонтом, как правило, понимается морской горизонт, а под точкой измерения - судно. Например, измерив высоту СОЛНЦА в астрономический полдень, можно, зная дату измерения, вычислить широту места расположения прибора. Строго говоря, секстант позволяет точно ИЗМЕРЯТЬ УГОЛ между двумя направлениями, МЕЖДУ ГОРИЗОНТОМ И СВЕТИЛОМ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТА СУДНА. Зная высоту маяка (с карты), можно узнать дистанцию до него, измерив угол между направлением на основание маяка и направлением на верхнюю часть и произведя несложный расчёт. Также можно измерять горизонтальный угол (то есть в плоскости горизонта) между направлениями на разные объекты.

БАРОМЕТР.

РТУТНЫЙ БАРОМЕТР был изобретён в 1644 году, это была тарелка с налитой в неё ртутью и пробиркой (колбой), поставленной отверстием вниз. Когда атмосферное давление повышалось, ртуть поднималась в пробирке, когда же оно понижалось — ртуть опускалась. Из-за неудобства такая конструкция перестала применяться и уступила место БАРОМЕТРУ-АНЕРОИДУ, но метод, по которому такой БАРОМЕТР был изготовлен, стал применяться в термометрах.

БАРОМЕТР-АНЕРОИД – один из основных приборов, используемый судоводителями ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ и составления прогнозов погоды на ближайшие дни, так как её изменение зависит от изменения АТМОСФЕРНОГО ДАВЛЕНИЯ.

ЗВЕЗДНЫЙ ГЛОБУС.

ЗВЕЗДНЫЙ ГЛОБУС - объёмное изображение небесной сферы с нанесёнными на неё экватором, сеткой небесных меридианов и параллелей, эклиптики, основных созвездий и звезд, используемых при определении места судна.

ЗВЕЗДНЫЙ ГЛОБУС позволяет решать задачи мореходной астрономии, не требующие большой точности: подбор нескольких звезд для астрономических наблюдений, определение названия наблюдаемой звезды и времени восхода и захода светил, их азимуты в этот момент и другое.

КРЕНОМЕТР СУДОВОЙ.

АНЕМОМЕТР (ВЕТРОМЕР).

АНЕМОМЕТР - прибор для измерения скорости движения газов, воздуха в системах, например, вентиляции.

АНЕМОМЕТР в метеорологии и НА СУДАХ ПРИМЕНЯЕТСЯ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА.

По принципу действия различают МЕХАНИЧЕСКИЕ АНЕМОМЕТРЫ, в которых движение газа приводит во вращение ЧАШЕЧНОЕ КОЛЕСО или крыльчатку (подобие воздушного винта), ТЕПЛОВЫЕ АНЕМОМЕТРЫ, принцип действия которых основан на измерении снижения температуры нагретого тела, обычно накаливаемой проволоки, от движения газа, УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ АНЕМОМЕТРЫ, основаны на измерении скорости звука в газе в зависимости от движения его, так, навстречу ветру скорость звука ниже, чем в неподвижном воздухе, по ветру — наоборот, выше.

РАДИОСТАНЦИИ.

В 1895 г. русский ученый А.С. ПОПОВ ИЗОБРЕЛ ПРИБОР, являющийся по сути дела настоящим ПРИЕМНИКОМ РАДИОСИГНАЛОВ. ЭТОТ ПРИБОР ПОПОВА имел высокую антенну и посредством аппарата Морзе производил запись сигналов.

Вполне естественно, что РАДИОСВЯЗЬ наиболее незаменимой оказалась на море. Ведь пароходы были совершенно лишены каких-либо средств связи с берегом и с другими кораблями. Терпя бедствие, они могли рассчитывать только на свои силы да на случайную помощь проходившего вблизи судна.

Тогда еще мало пароходов имело радиоустановки. Конференция была немноголюдной. Но на ней впервые обсудили необходимость МЕЖДУНАРОДНОГО СИГНАЛА БЕДСТВИЯ.

Услышав его, все радиооператоры должны прекращать передачу и, только приняв сигнал и получив сведения о местоположении судна, ответить на призыв, а если можно, то сообщить его дальше.

Случалось, что передаваемый сигнал бедствия не был принят вследствие помех со стороны других мощных радиостанций. В связи с этим Международная радиотелеграфная конвенция 1927 года установила единую международную частоту для передачи сигналов бедствия на море 500 кгц.

Среди выдающихся изобретений той эпохи, способствовавших повышению значения сигнала SOS, нужно отметить приемный прибор для определения направления радиосигналов.

КОМПАС МАГНИТНЫЙ.

По назначению магнитные компасы делятся на ГЛАВНЫЕ и ПУТЕВЫЕ.

История мореплавания, а, стало быть, и пиратства, тесным образом связана с историей навигации и картографии. История мореплавания, а, стало быть, и пиратства самым тесным образом связана с историей навигации и картографии. Когда появились морские карты? Как люди в древности ориентировались в море? Ответить на эти вопросы не так просто, как может показаться вначале.

Конечно, плавание вдоль берегов не требует карт или каких-то специальных способов ориентации. Достаточно изучить береговую линию. Большинство древних мореплавателей так и поступало, это, кстати, значительно упрощало и снаряжение судна: не требовалось иметь значительного запаса провианта и пресной воды. А раз так, то, казалось бы, и приспособления для навигации должны были бы появиться совсем недавно. Но штука вся в том, что длительные плавания совершались уже тысячелетия назад, в то время, как первые сведения о каких-либо навигационных приборах относятся к довольно позднему времени.

Как бы то ни было, речь, безусловно, идет о плаваниях через океан, вдали от берегов, где единственным ориентиром могло быть звездное небо, солнце и луна. Сегодня считается, что первые мореплаватели пользовались антретным ориентированием (т. е. на глаз) по небесным светилам. Восток и запад определяли по восходу и заходу солнца, а север и юг — по положению Полярной звезды или звезд из созвездия Южный крест.

Часто древние мореплаватели брали с собой клетки с птицами. Если корабль терялся в море, то моряки периодически выпускали птицу (часто — черного ворона). Если птица возвращалась назад, значит суши поблизости нет, а если же она улетала в определенном направлении — то корабль следовал за ней, полностью доверяя пернатому: значит, птица летит на сушу. Такой прием был особенно популярен у скандинавов.

Карта Птолемея (II век н. э.) Благодаря опросу купцов и мореплавателей, а также чтению всех отчетов античных путешественников, ему удалось нарисовать карту мира в конической проекции, с параллелями и меридианами

Вероятно, это дало толчок к появлению портулан, хотя точное время зарождения этих карт я бы не рискнул назвать даже приблизительно. Что же такое портуланы?

Средиземноморские мореплаватели испытали необходимость иметь точные путеводители, которые помогли бы вести торговлю на очень больших расстояниях от родных портов. Из-за непостоянства ветров удаляться от берегов в Средиземном море можно было не всегда, так как капризная погода Средиземноморья делала эти путешествия весьма опасными. Даже в средневековье большинство передвижений в этом регионе по-прежнему совершалось в пределах видимости берегов.

Во времена критских, финикийских и египетских мореплавателей Средиземноморье бороздило множество кораблей, но из-за необходимости держаться берега, в год можно было успеть совершить только одно путешествие с востока на запад. С октября по март торговля практически прекращалась, а некоторые маршруты с севера на юг (Греция — Египет, Галлия — Северная Африка), при встречном ветре, занимали целые месяцы.

Лисица — это небольшая продырявленная дощечка, на которой каждая из дыр соответствует, в среднем, четырем часам. Палочка, передвигаемая рулевым при каждой смене вахтенных, позволяет вести точный учет дежурств на борту корабля; появилась в 1450 г.

Первые сведения о непосредственно морских картах Марина Тирского относят ко II веку до н. э., хотя, карты вообще существовали уже у древних полинезийцев в V веке до н. э. и представляли собой сплетенные из растений циновки с изображением островов и рифов.

Карты того периода мало отличались от весьма схематичных планов, и чем большие территории изображались, тем меньше была точность карт: ведь Земля-то круглая, и большие участки ее поверхности нельзя показать на плоскости без искажений!

Карта Пьера Деселье никогда не использовалась мореплавателями. Она была нарисована, чтобы продемонстрировать при дворе короля Франции уровень научных познаний в области географии по состоянию на 1550 год. Несмотря на ряд допущенных неточностей (форма Северной Америки, восточного побережья Азии), общее расположение Европы, Африки и Южной Америки является верным.

Чтобы лучше читать карту нужна лоция. Лоция (от голл. loodsen — вести корабль) — руководство для плавания в определенном водном бассейне с подробным описанием его навигационных особенностей. Древнейшая из сохранившихся лоций — грека Скилака (VI век до н. э.) которая подробно описывала расстояния между портами, их оборудовании, о якорных местах, навигационных опасностях…

Астролябия пирата Джона Дэвиса.

Квадрант — примитивный инструмент для измерения высоты звезд и определения широты.

Палочка Леви — средневековый инструмент для определения широты местоположения.

Эволюция европейской картографии вплоть до XVI века отражает собой гигантский коллективный труд во имя того, чтобы составить представление о мире, почерпнув сведения из грубого эмпиризма портуланов. Так моряки мало-помалу получают возможность пользоваться всеми плодами научного познания Земли. На место описаний, даже достаточно точных, но всегда неполных, приходят карты, способные дать геометрически верное представление о нашей планете. Но для этого требовалось избавиться от предрассудков мифологизированного сознания, а заодно обзавестись некоторыми навигационными и топографическими инструментами.

Явление магнетизма было подмечено людьми еще в глубокой древности. История магнетизма богата наблюдениями и фактами, различными взглядами и представлениями.

Морская астролябия, датируется 1588 г.

В морской навигации магнитные явления использовались со времени раннего средневековья. В конце XII века в трудах англичанина Некаме и француза Гио де Провенс впервые описана простейшая буссоль (фр. boussole)- устройство, позволяющее определять магнитный азимут в море. Хотя в Китае буссоль применялась для навигации еще до нашей эры. В Европе же она приобрела распространение лишь в XIII веке.

Первым экспериментатором, занявшимся магнитами, был Петр Перегрин из Марикура (XIII век). Он опытным путем установил существование магнитных полюсов, притяжение разноименных полюсов и отталкивание одноименных. Разрезая магнит, он обнаружил невозможность изолировать один полюс от другого. Он выточил сфероид из магнитного железняка и пытался экспериментально показать аналогию в магнитном отношении между этим сфероидом и землей. Этот опыт впоследствии (в 1600 году) еще более наглядно воспроизвел Гильберт.

Первые компасы, изобретенные независимо друг от друга в Азии и в Скандинавии около XI века, пришли на Средиземноморское побережье Европы в XII веке и представляли собой плавающую в наполненной водой раковине дощечку. К одному из ее концов был прикреплен кусочек каламита — камня, обладающего природными магнитными свойствами, привозимого из Магнезии в Греции, где он очень распространен. Такой компас хорошо действовал лишь при незначительной качке на корабле.

в). Компас или сухая буссоль со стрелкой, усовершенствованная в Сагрской школе, изготавливался из картонного диска, на котором была нарисована роза ветров. Под северной точкой розы ветров закреплялась небольшая намагниченная стальная полоска. Это уже более точный инструмент, чтобы держать правильный курс.

Только с конца XIII века первые попытки океанского плавания, а также более широкое использование компаса выявили необходимость реального отображения на плоском листе бумаги рельефа берегов с указанием ветров и основных координат.

После XIV века портуланы часто сопровождаются приблизительными контурными рисунками средиземноморского побережья и атлантических берегов Западной Европы. Постепенно корабли, уходящие в океанские плавания, начинают включаться в работу по составлению более точных портуланов и рисунков.

Где-то к началу XV века появляются уже настоящие навигационные карты. Они представляют собой уже полный набор сведений для лоцмана: рельеф берегов, перечень расстояний, указания широты и долготы, ориентиры, названия портов и местных обитателей, указываются ветра, течения и морские глубины.

Инфант Энрике (Генрих-Мореплаватель), великолепно знакомый с математикой и астрономией, он прекрасно сознавал несовершенство карт и постоянно требовал от капитанов вносить в карты все новые и новые поправки.

Карта, наследница математических знаний, полученных древними, все более точных сведений об астрономии и тысячелетнего опыта навигации из порта в порт, становится одним из главных плодов научной мысли первооткрывателей: отныне во время длительных плаваний требуется составлять отчеты, необходимые для полного отображения знаний о мире. И более того, появились первые судовые журналы! Конечно, морские путешествия описывались и ранее, но теперь это начинает носить регулярный характер. Первым ввел обязательный судовой журнал для капитанов своих каравелл инфант Генрих. Капитаны должны были ежедневно записывать сведения о берегах с указанием координат — дело чрезвычайно полезное для составления достоверных карт.

Одна из карт Паоло дель Поццо, известного больше под именем Тосканелли. Он был флорентийским астрономом и космографом XV века. Его научные изыскания привели его к мысли о возможности пересечь Атлантику на запад, чтобы доплыть до Индии.

Этим объясняется та недоверчивость, с которой великие мореплаватели, и в первую очередь Христофор Колумб, относились к разукрашенным картам XV века. Большинство моряков предпочитало доверяться своему знанию ветров, рельефа дна, течений и наблюдениям за небесной сферой, или отслеживанию движения косяков рыб или птичьих стай, для того чтобы ориентироваться в бескрайних просторах океана.

Несомненно, именно в XV веке благодаря португальским мореплавателям, а затем путешествию Колумба и, наконец, кругосветному путешествию Магеллана в 1522 году человечество смогло на практике проверить расчеты древних греков и представления о сферичности Земли. Многие мореплаватели теперь на практике получали конкретные знания, свидетельствующие о шаровидности нашей планеты. Кривая линия горизонта, перемещение относительной высоты расположения звезд, рост температуры по мере приближений к экватору, смена созвездий в южном полушарии — все это делало очевидной истину, которая противоречила христианской догме: Земля — это шар! Оставалось только измерить расстояния, которые необходимо было преодолеть в открытом море, чтобы добраться до Индии, в южном направлении, как это сделали португальцы в 1498 году, или в западном, как казалось Колумбу, когда он в 1492 году встретил на своем пути непреодолимое препятствие в лице обеих Америк.

Глобус, созданный немецким географом Мартином Бехаймом в 1492 году, и отражающий средневековые представления о мире накануне открытия Нового Света.

Начиная с 1435 года португальские и итальянские моряки взяли за правило плыть на расстоянии от африканского берега, чтобы избежать опасных зон и переменчивости ветров. Прибрежная зона, изобилующая рифами и отмелями, и впрямь являла собой очевидную опасность кораблекрушения.

Однако столь значительное удаление от берега, что он теряется из виду, предполагает умение ориентироваться в открытом море на плоском однообразном пространстве без маяков, ограниченном лишь линией горизонта. А морякам XV века не хватало теоретических познаний в области математики и геометрии, необходимых для точного определения своего местонахождения. Что же касается измерительных приборов, с ними дела обстояли еще хуже. До XVI–XVII веков ни один из них не был по-настоящему хорош в деле. На картах, хотя и постоянно уточняемых, имелись существенные пробелы.

Чтобы оценить чрезвычайное мужество мореплавателей, которые осваивали ближнюю, а затем и дальнюю Атлантику, надо вспомнить, какими жалкими средствами они располагали для определения своего местонахождения в открытом море. Перечень будет краток: моряки XV века, в том числе и Христофор Колумб, не обладали практически ничем, что помогло бы им решить три главных задачи любого мореплавателя, отправляющегося в дальнее плавание: держать курс, измерять пройденный путь, знать с точностью свое настоящее местоположение.

У моряка XV века в распоряжении имелись всего лишь примитивная буссоль (в различных вариациях), грубые песочные часы, кишащие ошибками карты, приблизительные таблицы склонения светил и, в большинстве случаев, ошибочные представления о размерах и форме Земли! В те времена любая экспедиция по океанским просторам становилась опасной авантюрой, часто со смертельным исходом.

Средневековые песочные часы.

В 1569 году Меркатор составил первую карту в равноугольной цилиндрической проекции, а голландец Лука Вагенер ввел в обиход атлас. Это был крупный шаг в науке навигации и картографии, ведь даже сегодня, в двадцать первом веке, современные морские карты составлены в атласы и выполнены в меркаторской проекции!

Сегодня считается, что первые точные часы были собраны в 1735 англичанином Джоном Гаррисоном (1693-1776). Их точность составляла 4–6 секунд в сутки! По тем временам это была просто фантастическая точность! И более того, часы были приспособлены для морских путешествий!

Предки наивно считали, что Земля вращается равномерно, лунные таблицы грешили неточностями, квадранты и астролябии вносили свою погрешность, поэтому итоговые ошибки в вычислениях координат составляли до 2,5 градусов, а это около 150 морских миль, т. е. почти 250 км!

Октант, сконструированный Бенджамином Колом в 1731 г.

В 1731 году английский оптик Джон Хэдли усовершенствовал астролябию. Новый прибор, получивший название октант, позволял решить проблему измерения широты на движущемся судне, так как теперь два зеркала позволяли одновременно видеть и линию горизонта и солнце. Но октанту не досталась слава астролябии: за год до этого Хадли сконструировал секстант — прибор, позволявший с очень большой точностью измерять местоположение судна.

Принципиальное устройство секстанта, т. е. прибора, использующего принцип двойного отражения объекта в зеркалах, было разработано еще Ньютоном, но было забыто и только в 1730 году было заново изобретено Хэдли независимо от Ньютона.

Морской секстант состоит из двух зеркал: указательного и неподвижного полупрозрачного зеркала горизонта. Свет от светила (звезды либо планеты) падает на подвижное зеркало, отражается на зеркало горизонта, на котором одновременно видны и светило и горизонт. Угол наклона указательного зеркала и есть высота светила.

Поскольку этот сайт по истории, а не по кораблевождению, то я не буду вдаваться в подробности и особенности различных навигационных приборов, но хочу сказать несколько слов о еще двух приборах. Это лот (лотлинь) и лаг (лаглинь).

Солнечные часы-компас и кожаный футляр с тиснением, XVII век, найдены во время раскопок в Мангазее (первом русском заполярном поселении).

В заключение, мне хотелось бы вкратце остановиться на некоторых исторических датах в истории развития навигации в России.

В 1715 году старшие классы школы преобразовали в Морскую Академию.

1725 год — это год рождения Петербургской Академии Наук, где преподавали такие светила науки, как Леонард Эйлер, Даниил Бернулли, Михаил Ломоносов (1711-1765). Например, именно астрономические наблюдения и математическое описание движения планет Эйлера легли в основу высокоточных лунных таблиц для определения долготы. Гидродинамические исследования Бернулли позволили создать совершенные лаги для точного измерения скорости судна. Работы Ломоносова касались вопросов создания ряда новых навигационных приборов, прообразы которых используются и в настоящее время: курсопрокладчики, самописцы, лаги, кренометры, барометры, бинокли…
Автор: Валерий Потапов privateers

Документ из архива "Введение. История навигации от древности до наших дней", который расположен в категории "лекции и семинары". Всё это находится в предмете "основы радионавигации" из девятого семестра, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. .

Онлайн просмотр документа "Введение. История навигации от древности до наших дней"

Текст из документа "Введение. История навигации от древности до наших дней"

история навигации от древности до наших дней

В.1 Зарождение систем навигационного обеспечения

До настоящего времени дошло мало достоверных сведений о зарождении и первых шагах развития навигации. Очевидно, что до появления специальных навигационных приборов в основном применялось визуальное ориентирование: на суше и в прибрежных зонах – по характерным элементам рельефа местности, тех или иных сооружений и предметов, ночью в качестве ориентиров использовались костры. При плавании в открытом море ориентирами служили небесные тела, что положило начало астронавигации. Точно указать, когда и где появились первые навигационные приборы, невозможно.

Прототип прибора для определения расстояния, так называемого одометра (от греч. hodós – путь и métron – мера), по-видимому, впервые был реализован в Древнем Китае в виде специального устройства, установленного на повозке и измеряющего пройденное расстояние путем подсчета количества оборотов колеса с известным диаметром. Устройство состояло из комбинации рычагов, соединенных с колесами повозки, и двух человеческих фигурок. С помощью рычагов одна фигурка била по барабану каждый ли, а вторая – звонила в гонг каждые десять ли (ли – "китайская верста" – китайская единица измерения расстояния; в древности составляла 300 или 360 шагов, современное общепринятое значение — 500 метров).

Однако современные исследования доказали, что “путеводная повозка” древних китайцев никакого отношения к магнитному компасу не имела. По древнекитайским документам удалось установить, что механизм действия фигурки основан на системе зубчатых передач (или рычагов), с помощью которых поворотная площадка под фигуркой связывалась с колесами повозки. Перед отправлением в путь фигурку выставляли так, чтобы вытянутая рука указывала на юг. При поворотах повозки фигурка сохраняла свое положение и по отклонению колес от начального направления определяли его изменение. Говоря современным языком, в данном устройстве была реализована идея дифференциального одометра. (В античной литературе принцип работы одометра впервые подробно описали в 100 г. до н. э. Герон Александрийский и римский архитектор Витрувий.)

Около 2000 г. до н. э. в Древнем Китае стали использовать первые карты морских побережий и рек с указанием направлений движения судов.

В.2 Эпоха Античности

О тметим вклад греческих астрономов в развитие представлений о Солнечной системе. В IV веке до н. э. Гераклид Понтийский предположил, что внутренние (по отношению к Земле) планеты вращаются вокруг Солнца, и что Земля вращается вокруг своей оси (рис. В.1).

Рис. В.1 Модель Солнечной системы Гераклида

Ч ерез 100 лет греческий астроном Аристарх Самосский заявил, что Земля вращается не только вокруг своей оси, но и вокруг Солнца, как и другие планеты. Очевидно, что такая гелиоцентрическая модель Солнечной системы весьма близкая к модели, предложенной на 2000 лет позже Николаем Коперником.

Э ратосфен Киренский, живший в Ш веке до н .э., может считаться первым геодезистом, определившим длину земного меридиана. В 225 г. до н. э. Эратосфен составил карту, в которой он использовал результаты наблюдений греческого мореплавателя, астронома, математика и географа Пифея из Массалии, разработавшего метод определения географической широты. Метод был основан на измерении длины тени гномона – древнего астрономического инструмента, представляющего собой вертикальный шест (рис. В.2).

С ледует отметить, что уже в III веке до н. э. древним астрономам был известен и использовался для измерений на небесной сфере квадрант—угломерный астрономический инструмент для измерения высоты небесных светил и угловых расстояний между ними.

Рис В № Вид Александрийского маяка (реконструкция 20 в.)

Высота маяка составляла 120—140 м, поэтому судоводители, направлявшиеся в александрийский порт, уже на расстоянии порядка 60 км могли видеть ночью свет пламени, отраженный в сторону моря бронзовыми зеркалами, а днём — столб дыма.

В 796 г. н. э. (спустя, без малого, тысячу лет с момента строительства) Александрийский маяк был разрушен землетрясением. Фрагменты гигантского сооружения были использованы при строительстве на его месте крепости, сохранившейся до наших дней.

Во П веке до н. э. Гиппа́рх Нике́йский— древнегреческий астроном, географ и математик, часто называемый величайшим астрономом античности, предложил систему параллелей с постоянной широтой и меридианов с постоянной долготой.

Через 350 лет древнегреческий ученый, Клавдий Птолемей, сочинения которого оказали большое влияние на развитие астрономии, географии и оптики, используя идеи Гиппарха, создал подобие карты мира (рис. В.3).

Рис. В.3. Карта мира Клавдия Птолемея: (П век н. э.)

В.3 Средние века

По современной классификации начало периода Средних веков относится к VI веку, окончание к ХIV - ХV векам.

Активное развития мореплавания и сухопутной международной торговли способствовало тому, что уже к периоду между VШ и Х веками на карту были нанесены направления навигации от Кореи до Восточной Африки.

Огромным шагом вперед явилось изобретение магнитного компаса, которое дало толчок развитию не только навигации, но и учения о магнитном поле Земли, способствовало открытию взаимосвязи магнитного и электрического полей, и многих других отраслей науки. Честь изобретения компаса оспаривают китайцы и индийцы, арабы и итальянцы, французы и англичане. Нет единства и в определении даты изобретения компаса.

В связи с этим большего доверия заслуживают литературные источники, в которых сообщается о появлении на китайских судах компасов в I—III веках н. э. Компасы того времени представляли собой сосуд с водой или маслом, в котором плавал магнит в виде иглы на стебле камыша. На сосуде было обозначено 24 знака, характеризующие 24 направления. Описание такого компаса обнаружено в сочинениях китайского ученого XI века Шэнь-Гуа (1030—1094). Он же впервые сообщил о том, что магнитная стрелка несколько отклоняется от направления север — юг, т. е. магнитный и географический меридианы не совпадают. Однако тогда на открытие явления магнитного склонения мало кто обратил внимание. Со временем конструкции компаса в Китае стали более разнообразными (см. рис. В.4).

Рис. В.4. Модель китайского компаса периода династии Хань (206 г. до н. э. – 200 г. н. э.)

Авторы книг по истории Арабского Востока полагают, что компас появился в странах западной части Индийского океана в VII веке, когда укрепились торговые отношения между арабскими странами и Китаем. В подтверждение приводится тот факт, что арабские суда, возвращаясь из Китая и пройдя Маллакский пролив, шли, как правило, не вдоль берега, а напрямую, пересекая Бенгальский залив через открытое море.

По поводу появления компаса в Европе существует несколько версий, из которых наиболее реальны две: либо компас попал в Европу через арабских мореплавателей Средиземного моря, либо был изобретен в Европе самостоятельно в результате развития науки и техники.

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).

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.

Появление компаса дало огромный толчок развитию мореплавания в Европе и помогло европейским мореплавателям пересечь океаны и открыть новые континенты.

Кто сделал первый 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.

Первый компас в Индии

Независимо от Китая, магнетизм был открыт и в Индии. Открытие это произошло благодаря горе, расположенной возле реки Инд. Местные жители обратили внимание на то, что эта гора способна была притягивать к себе железо.

Магнитные свойства породы нашли применение в индийской медицине. Так, Сушрута — индийский врач — использовал магнит для хирургических манипуляций.

Как и в Китае, в Индии магнитом научились пользоваться моряки. Их компас выглядел, как самодельная рыба, голова которой была выполнена из материала, обладающего магнитными свойствами.

Таким образом, индийская рыбка и китайская ложка стали прародителями современного компаса.

1302 г. Компас Флавио Джойи

Вскоре догадались закрывать этот сосуд стеклом, чтобы защитить поплавок от действия ветра. В середине 14 в. придумали помещать магнитную стрелку на острие в середине бумажного круга (картушки). Затем итальянец Флавио Джойя усовершенствовал компас, снабдив его картушкой, разделенной на 16 частей (румбов) по четыре на каждую часть света. Это нехитрое приспособление стало большим шагом в усовершенствовании компаса. Позже круг был разделен на 32 равных сектора.

В 16 веке для уменьшения воздействия качки стрелку стали крепить на кардановый подвес. В 17 веке компас снабдили вращающейся линейкой с визирами на концах, что позволило точнее отсчитывать направления.

Компас произвел такой же переворот в мореплаванье, какой порох – в военном деле, а переделочный процесс – в металлургии. Он был первым навигационным прибором, позволившим прокладывать курс в открытом море. Вооружившись компасом, испанские и португальские моряки в конце 15 в. отважились на далекие плаванья. Они оставили морские берега (к которым мореплаванье было привязано на протяжении нескольких тысячелетий) и пустились в плаванье через океан.

Дальнейшие изменения

В XVI веке иглу со стрелкой закрепили на кардановом подвесе, который был универсальной шарнирной опорой, позволяющей компенсировать резкие движения компаса. Подвес был спрятан в металлический корпус, предохраняющий конструкцию от ударов. Так появился компас для морских судов, на который не действовала качка.

Рис. 2. Старинный морской компас.

Следующее столетие подарило прибору линейку и визирное устройство.

Современный компас

Последующие совершенствования не внесли существенных изменений в прибор. Патент на современный вариант компаса был получен в 1908 году. С этого времени начался массовый выпуск.

Сегодня существует несколько разновидностей компаса: горный для геологов, гирокомпас для морских судов и ракетной техники, электронный, имеющий связь со спутниками.

С помощью горного компаса можно ориентироваться на местности, измерять вертикальные углы, определять превышения точек в рельефе.

Рис. 3. Горный компас.

Дальнейшая история

В средние века ничего особо нового в плане обнаружения новых свойств магнетизма и работы с магнитами не открывалось. Появились лишь новые объяснения этому явлению, в основном связанные с теми же сверхъестественными силами. Так, например, монахи проявление магнетизма объясняли, опираясь на учение о теологии.

Если говорить о Европе, то здесь впервые упоминания о компасе встречаются в трудах Александра Неккама и датируются 1187 годом. Хотя, возможно, использование компаса здесь и на территории Средиземноморья началось значительно раньше — еще во втором тысячелетии до нашей эры, о чем свидетельствуют косвенные указания античных историков. Предполагается, что упоминания компаса не сохранились, поскольку у компаса попросту не было своего названия, чтобы вписать его в исторический документ.

Тремя столетиями позже во время своих плаваний известный моряк Христофор Колумб заметил, что во время морского путешествия магнитная стрелка отклоняется от направления север-юг. Так было открыто магнитное склонение, значения которого по-прежнему используются моряками и указываются на некоторых картах.

Позже Декартом и рядом других ученых была разработана подробная научная теория магнетизма, а также были открыты магнитные свойства и других материалов, не относящихся к ферромагнетикам — пара- и диамагнетиков.

Еще некоторое время спустя были найдены точки магнитных полюсов Земли, где магнитная стрелка имеет наклонение равное 90°, то есть располагается перпендикулярно горизонтальной плоскости.

На полюсах компас будет показывать только в случае, если его расположить вертикально.

Параллельно с изучением магнитов и особенностей проявления их магнитного поля в разных условиях происходило совершенствование конструкции магнитных компасов. Кроме того, были изобретены и другие типы компасов, работающие на принципах, не связанных с магнетизмом. О них мы рассказывали в отдельной статье…

Современные модели магнитных компасов сильно отличаются от их предшественников. Они более компактны, легки, позволяют работать быстрее и дают более точные результаты при измерениях. Кроме того, такие модели зачастую снабжены вспомогательными элементами, расширяющими возможности прибора при работе с картой и на местности.

Не стоит забывать и о компасах, работа которых основана не на магнитных свойствах стрелки. На сегодняшний день таких компасов известно множество, что позволяет пользователю подобрать наиболее удобный для условий эксплуатации вариант.

Как видим, история на данный момент не может дать четкий и однозначный ответ на вопрос, где появился и кем был придуман самый первый компас в мире. Будем надеяться на то, что в скором времени историки смогут смахнуть скрывающую факты пелену древности и у них появится больше данных для того, чтобы выяснить страну первооткрывателей. А нам остается только ждать, учиться и пользоваться знаниями, которые пришли из прошлого и в полной мере используются человечеством на современном этапе развития.

Читайте также: