История создания первого магнитного компаса уходит вглубь веков и по-прежнему во многих моментах остается загадкой. До нас в основном доходят лишь обрывки тех историй, с которыми можно было бы связать появление первого магнитного компаса. На звание страны, в которой появился первый компас, претендуют Греция, Китай и Индия, но и здесь все не так однозначно.
Предлагаю вместе рассмотреть дошедшие до нас благодаря скрупулезной работе историков сведения, на основании которых можно будет получить представление о том, где и когда появился один из первых навигационных приборов, который и по сей день пользуется большой популярностью и используется как моряками, так и любителями путешествий по суше.
Одна из «моделей» старинных компасов, вполне исправно работающая и сегодня.
Поскольку изобретение магнитного компаса тесно связано с открытием и изучением магнетизма, дальнейший наш рассказ будет параллельно рассматривать и это явление.
Первый китайский компас
По мнению некоторых исследователей, впервые явление магнетизма открыли древние греки. Однако есть и другая точка зрения, отдающая авторство открытия китайцам.
Ученые, отдающие предпочтение «китайскому открытию», ссылаются на летопись, сделанную в третьем тысячелетии до нашей эры, хотя предполагается, что сам магнитный железняк (он же - магнетит) был открыт китайцами на тысячелетие раньше.
В летописях, на которые ссылаются ученые, предполагается, что уже китайский император Хуан-ди во время своей битвы для навигации использовал компас. Однако по другой версии вместо компаса на его повозках использовалось устройство в виде колесницы, на которой миниатюрная фигурка человека показывал направление на юг.
Реконструкция такой колесницы показана на фото ниже:
Эта колесница устанавливалась на транспортное средство и соединялась с его колесами таким образом, что благодаря налаженному механизму шестеренок при повороте повозки колесница начинала вращаться в противоположном направлении. Таким образом миниатюрная фигурка человека на колеснице всегда неизменно показывать на юг, независимо от поворота транспорта. Вообще, конечно, фигурка эта показывала бы и в любом другом направлении: все зависело от того, куда ее изначально направят. Сама же колесница не была в состоянии ориентироваться по сторонам света, как это делает стрелка магнитного компаса.
Интересно, что один из первых китайских компасов, представлявший собой ложку, изготовленную из магнитного материала и вращающуюся на гладкой доске, применялся не по прямому назначению, а в магический ритуалах для предсказаний. Такое использование магнита имело место в третьем тысячелетии до нашей эры, хотя по другой версии магнитные свойства ферромагнетика использовали в древнем Китае уже в четвертом тысячелетии до нашей эры в обрядах феншуя, объясняя магнетизм проявлением высших сил.
К концу же второго тысячелетия до нашей эры китайские моряки уже в полной мере пользовались магнитными компасами по прямому назначению - для ориентирования на морских просторах.
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.
Компас и Древняя Греция
Древняя Греция, как и предыдущие две страны, не отставала в научной сфере. Греки независимо от других ученых самостоятельно обнаружили и исследовали явление магнетизма, а после - создали свой первый компас.
В VII–VI веках до нашей эры древними греками, а именно Фалесом Милетским, было обнаружено, что известный на протяжении нескольких веков магнетит способен притягивать железо.
Объяснялось это явление по-разному: кто-то полагал, что магнетит имеет душу, которая тянется к железу, кто-то - что железо обладает влажностью, которую в свою очередь и поглощает магнит. Но, как понимаем, такие объяснения были еще очень далеки от истины.
Позже Сократ открыл явление намагничивания железа, притянутого к магниту. А еще некоторое время спустя было обнаружено, что магниты могут не только притягиваться, но и отталкиваться.
Именно благодаря открытию Сократа сегодня работают не только компасы, но и огромное количество других приборов.
Так постепенно раскрывались все грани магнетизма, которые в дальнейшем позволили раскрыть его природу. Но на этом этапе еще было рано говорить о чем-то, подобном компасу.
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.
По предложению Ломоносова были созданы обсерватории для систематического изучения магнитного поля Земли и его изменений. Однако произошло это уже не при жизни великого русского ученого, но, как говорится, «лучше позже, чем никогда».
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
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.
Изобретение компаса, вероятно, произошло во время правления династии Цинь (221-206 н.э.) от китайских гадалок, которые использовали удивительную способность металлизированного предмета поворачиваться на север.
Китайское изобретение
Точно сказать в каком месте был изобретен компас практически невозможно, ведь это было слишком давно и история об этом факте до нас не дошла. Тем не менее многие считают что изобретение создали именно в Китае. Подобие устройства работало для ориентирования во всех местностях, в том числе и в пустынях Китая.
Про изобретение компаса есть только одна древняя запись, когда дневнекитайский идеолог Хэнь Фэй-цзы описал предмет, который сильно похож на устройство, облегчающее ориентирование на местности, такое как мы его сегодня знаем. Уже позже в 1 веке была создана запись, тоже в Китае, про устройство с плавающей стрелкой. В ней говорится, что стрелка была в форме рыбы, а создана из специального материала подобного магниту. Стрелку нужно было опустить в воду, и она уже указывала определенное направление.
Изобретение компаса получило дальнейшее развитие в 8 веке нашей эры, когда намагниченная игла стала применяться в навигационных устройствах на кораблях.
Первый человек, использующий изобретение для навигации был Чжэн Хэ (1371-1435) из провинции Юньнань, который прошел семь рейсов в океане между 1405 и 1433 г.
Уже 12 веке китайские странники поделились знаниями об этой невероятной штуковине с арабами. После чего они подарили его в Европу итальянским морякам. Уже из Италии прибор начал постепенно кочевать по всей Европе, начиная с Центральной Европы где сейчас страна Хорватия . В 14 веке стрелка из магнитного материала была помещена в центр катушки из бумаги.
И лишь в 15 веке начал появляться прибор, предшественник сегодняшнего, когда мальтиец Флавио Джоя поместил намагниченную стрелку на шпильку в виде иглы. Кроме этого он разделил табло компаса на 16 частей, тем не менее через столетие его разделили уже на 32 части. Со времени изобретения компаса он никак не изменился внутри, а модифицировался лишь снаружи, ведь поколение меняется, а значит и вещи должны меняться.
Применение устройства
Сейчас компас используется для идентификации направления в авиации, туризме, охоте, путешествиях и просто при передвижении из одного места в другое. Промышленно выпускаются электронные устройства, но в своей основе все равно используется датчик горизонтальной составляющей магнитного поля Земли с точки зрения наблюдения.
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
История изобретения компаса уходит далеко в прошлое. Первое описание компаса сделал в III веке до нашей эры китайский философ Хэнь Фэй-цзы. Это была разливательная ложка, сделанная из магнетита с узкой ручкой, по форме похожая на шар. Ее устанавливали на пластину из меди и дерева, на которой была сделана разметка знаков зодиака. При этом ручка находилась на весу и могла крутиться по кругу. Ложку приводили в движение, и она всегда при остановке указывала на юг. Это был самый первый компас в мире.
В середине XI столетия в Китае изготовили из искусственного магнита плавающую стрелку. Чаще всего она имела форму рыбы. Ее опускали вводу, где она плавала. Голова рыбки всегда указывала на юг. В тоже время ученый из Китая Шэнь Гуа придумал несколько вариантов компаса. Он намагничивал швейную иглу и с помощью воска крепил ее к висящей нити из шелка. Это был более точный компас, так как было уменьшено сопротивление, возникающее при повороте. В другом варианте он предлагал эту иголку насадить на шпильку. На основании своих опытов изобретатель Шэнь Гуа заметил, что стрелка показывает на юг с небольшим отклонением. Он смог объяснить это разницей между магнитным и географическим меридианом. Позже ученые научились высчитывать это отклонение для разных частей Китая. В XI столетии на многих китайских кораблях стояли плавающие компасы. Их располагали на носу корабля, чтобы капитан всегда мог смотреть на его показания.
В XII веке китайским изобретением воспользовались арабы, а в XIII веке - европейцы. В Европе первыми узнали о компасе итальянцы, потом испанцы, французы, а затем англичане и немцы. Тогда компас представлял собой пробку и намагниченную иголку, плавающую в емкости с водой. Вскоре, чтобы защитить от ветра, ее стали прикрывать стеклом.
В начале XIV века намагниченную стрелку установили на круг из бумаги, а через некоторое время итальянец Флавио Джойя разделил круг на 16 частей, а затем на 32 сектора. В середине XVI столетия стрелку закрепили на карданном подвесе, для снижения влияния качки, а через столетие в истории компаса отмечено появление вращающейся линейки, что увеличило точность показаний. Компас стал первым прибором навигации для прокладывания пути в открытом море. Это позволило морякам отправляться в далекие плавания через океан.
Одним из величайших открытий человечества является изобретение компаса . Трудно переоценить его значение, он произвел настоящий переворот в истории мореплавания. Компас стал первым навигационным прибором, который позволил отважным морякам оставить морские берега и выйти в открытое море. Уже в III веке до н. э. в Китае был изобретен прибор, указывающий стороны света. Древний компас имел вид ложки с тонким черенком и шарообразной выпуклой частью, сама ложка была изготовлена из магнетита. Хорошо отполированная выпуклая часть ложки устанавливалась на медную или деревянную пластину, которая была также тщательно отполирована. Черенок ложки свободно висел над пластиной, а сама ложка свободно вращалась вокруг оси установленного выпуклого основания. На пластине были обозначены страны света в виде циклических знаков Зодиака. Роль магнитной стрелки выполнял черенок ложки. Если черенок привести во вращательное движение, а затем немного подождать, то остановившаяся стрелка (ее роль играет черенок ложки) будет указывать точно на юг. Это был самый первый древний компас, названный сынань — «ведающий югом» и описанный китайским философом Хэнь Фэй-цзы. Конечно, такой компас был далек от совершенства, имел много недостатков: магнетит был непрочен и плохо поддавался обработке, а трение между поверхностью доски и выпуклой частью ложки приводило к небольшим отклонениям от направления на юг.
В ХI веке в Китае изобрели плавающую стрелку компаса, ее делали из искусственного магнита. Намагниченный железный компас, обычно в форме рыбки, нагревался до красноты, а затем опускался в сосуд с водой.
Здесь она начинала свободно плавать, а ее голова поворачивалась в сторону юга. Ученый Шэнь Гуа, живший и творивший в Китае в том же ХI веке, долгое время изучал свойства магнитной стрелки. Им было предложено несколько разновидностей компаса. Используя намагниченную иглу, которую нужно прикрепить воском в центре корпуса к висящей шелковой нити, он установил, что такой компас более точно указывает направление по сравнению с плавающим. Им была предложена и более усовершенствованная конструкция, в которой намагниченная иголка крепилась на шпильку. Тот факт, что стрелка компаса указывала направление на юг с небольшим отклонением, ученый объяснил не совпадением географических и магнитных меридиан, они образуют угол, который позже научились вычислять и назвали магнитным отклонением. На многих китайских кораблях уже в ХI веке были установлены плавающие компасы.
В ХII веке китайская игла стала использоваться арабами, от них в ХIII веке она стала известна итальянским морякам, затем испанцам, португальцам и французам. Немцы и англичане начали пользоваться компасом позже. Если вначале компас представлял собой намагниченную иглу и кусок дерева, плавающего в сосуде с водой, то позже сосуд стали закрывать стеклом, чтобы защитить поплавок от воздействия ветра.
В 14 веке магнитную стрелку разместили на острие в середине бумажного круга, названного картушкой. Позже итальянец Флавио Джулио сделал огромный шаг на пути усовершенствования компаса, поделив картушку на 16 частей (румбов). Позже круг разделят на 32 сектора. В 16 веке стрелку начали крепить на кардановый подвес, что уменьшило воздействие качки, а в 17 веке компас усовершенствовали вращающейся линейкой с визирами для более точного расчета направления.