Компас
Компас — это устройство, указывающее направление на стороны света (север, юг, запад, восток). Компас изобрели китайцы в II-I тыс. до н. э., а его первое описание сделал китайский философ Хэнь Фэй-цзы в III в. до н. э. В XI в. китайцы усовершенствовали компас и широко использовали его в мореплавании. От китайцев о компасе узнали арабы, а в Европе он появился в XIII в.
Ложка, рыбка и иголка
Китайский компас III в. до н. э. — это ложка из магнитного железняка (магнетита, природного минерала), лежащая на пластине с обозначением сторон света. Ложка вращалась и останавливалась, указывая черенком на юг. Повернув пластину так, чтобы обозначение юга совпало с указаниями черенка, моряки определяли направления всех сторон света и устанавливали курс корабля. Компас-ложка был не точен — на вращение ложки влияло трение о пластину, и она могла остановиться, не «докрутившись» до юга.
В XI в. китайский ученый Шэнь Гуа открыл, что магнетит намагничивает железо. И китайцы сделали водяной компас с намагниченной стрелкой-рыбкой, плавающей в миске с водой — в воде сила трения меньше, и стрелка крутится почти беспрепятственно. Тогда же появился и игольчатый компас — стрелкой стала намагниченная стальная игла, тонкая и лёгкая, почти не испытывающая сопротивления при вращении и концами точно указывающая на юг и север.
Путь иглы
В XII в. китайскую «плавающую иглу» заимствовали арабы. От них компас достался итальянским морякам, потом испанцам, португальцам, французам, немцам и англичанам. В Россию компас попал при Петре I, русские моряки уважительно называли его «маткой». В Европе намагниченную стрелку насадили на остриё в центре бумажной картушки (круга с обозначениями сторон света). Итальянец Ф. Джулио разделил картушку на 16 частей, нанеся на неё помимо 4 сторон света промежуточные направления — румбы.
Ориентировка стала точнее — например, кораблю теперь задавали направление зюйд-зюйд-вест (юго-юго-запад) — промежуточное между юго-западом и югом. Потом картушку разделили на 32 румба. В XVI в. для уменьшения воздействия качки стрелку укрепили на кардановом подвесе — в таком виде магнитный компас дожил до наших дней. Подвес и коробку компаса делали из материалов, не поддающихся воздействию магнита — например, из бронзы. Компас произвёл переворот в мореплавании, благодаря ему началась эпоха Великих географических открытий — с компасом моряки стали пересекать океаны, не боясь потеряться без береговых или звёздных ориентиров.
Магнит — земля-компас
Магнетит и намагниченное железо — это постоянные магниты — тела, обладающее магнитным полем и способные долго его сохранять. Полем называется область пространства, которая воздействует на другие тела. Магнитное поле изображают силовыми линиями, выходящими из северного магнитного полюса N и замыкающимися, входя в южный магнитный полюс S, направление магнитного поля определяется направлением его полюсов — от N к S.
Земля — это гигантский магнит. Южный магнитный полюс S Земли примерно совпадает с географическим Северным полюсом, а северный магнитный полюс N — с географическим Южным полюсом. Одинаковые магнитные полюса (S и S или N и N) двух магнитов отталкиваются, а противоположные (S и N) — притягиваются. Поэтому полюс N любого магнита будет тянуться к полюсу S Земли, и сам магнит, если его не сдерживают другие силы, повернётся полюсом N к географическому Северному полюсу. Так действует и магнитная стрелка компаса — своим магнитным полюсом N она всегда указывает на географический север.
Магнитный и географический полюса Земли не совсем совпадают, угол между направлением на географический север и на магнитный северный полюс называется магнитным склонением. В каждой точке Земли этот угол разный. По картам магнитных склонений разных точек Земли мореходы уточняют определённый компасом курс корабля.
Как появляются магниты
Молекулы веществ состоят из атомов, вокруг ядер которых вращаются элементарные частицы — электроны. Вращением вокруг ядра электрон создаёт своё крошечное магнитное поле. В обычных веществах направления магнитных полей электронов в атоме различно, и их магнетизм взаимно уничтожается. Но в атомах веществ ферромагнетиков, например в атомах железа, электроны образуют общее магнитное поле вокруг своих атомов. Под воздействием другого магнита (внешнего магнитного поля) атомы железа разворачиваются так, что направления их магнитных полей совпадают, образуя общее магнитное поле тела. Железо намагничивается и долго сохраняет это состояние, превращаясь в постоянный магнит.
Развитие идеи
Магнит и железо взаимно притягиваются, и в этом недостаток магнитного компаса. Железные детали на корабле притягивают стрелку — магнит и отклоняют её от точного курса. При дальних переходах даже небольшое отклонение от курса приводит корабль в точку, удалённую от места назначения. Точность компаса приобрела особую важность с развитием авиации и с освоением космоса, когда человек стал преодолевать огромные расстояния. В 1927 г. при перелёте через Атлантику впервые использовали электромагнитный компас, не поддающийся внешним воздействиям. Ещё раньше появился гирокомпас, действие которого основано на гироскопическом эффекте. Гирокомпас точно удерживает заданное направление без поправок на магнитные склонения.
