Kompas

Magnetni kompas

Model prvobitnog kompasa (sinan) iz dinastije Han (206. p. n. e. – 220) za koji se pretpostavlja da je napravljen od prirodnog magneta.

Kompas je navigacioni instrument za orijentaciju, odnosno pronalaženje pravaca na Zemlji. Sastoji se od magnetske igle koja se slobodno kreće, rotira oko ose, i usmerava prema magnetskom polju Zemlje. Ovo je izuzetno korisno pri navigaciji. Na kompasu su obeležena četiri osnovna mesta koja označavaju Zemljine strane sveta: sever, jug, istok i zapad. Kompas se može koristiti zajedno sa marinskim hronometrom i sekstantom kako bi se omogućila izuzetno precizna navigacija. Generalno postoje tri vrste kompasa: magnetski kompas, žiroskop - koji se bazira na žiroskopskom efektu, satelitski kompas - koji koristi emitovane električne signale, odnosno preko razlike primljenog signala od dve antene računa orijentaciju segmenta antena-antena u odnosu na lokalni geodetski koordinatni sistem a pomoću satelita (globalno pozicioniranje)

Magnetski kompas bio je poznat već starim Kinezima, a u Evropu je uveden u 12. veku, te se od tada primenjuje u navigaciji. Sastoji se od laganog magneta, najčešće oblika igle, koji se može slobodno okretati oko okomite ose, te se pod uticajem Zemljina magnetnog polja postavlja u smer magnetnih silnica i time pokazuje smer magnetnih polova Zemlje. Nije sasvim pouzdan, jer odnos zemljopisnih i magnetnih meridijana se menja od mesta do mesta, a tokom vremena se isto menja (magnetska deklinacija). Pri gradnji kompasa isključena je upotreba bilo kakvog željeza ili čelika, osim magnetske igle i drugih magneta za određene svrhe. Brodski kompas izrađen je obično od mesinga, pojedini su komadi katkada bakrni, a veliki nekomplikovani delovi od tvrdog drveta. Glavni deo svakoga kompasa je magnetska ruža, postavljena na stubiću u posudi koja se zove kotao. Ruža ima na obodu razdeobu na stupnjeve od 0° do 360°, tako da 0° znači sever, 90° istok, 180° jug, a 270° zapad.

Žirokompas ili girokompas zahvaljujući zvrku koji rotira velikom brzinom trajno zadržava smer ose vrtnje. Radiokompas služi za određivanje smera prema nekom izvoru radio talasa. To je prijemnik s usmerenom antenom koja prima signale od nekog odašiljača, a oni su najjači kada je antena usmerena neposredno prema odašiljaču. Solarni kompas i astrokompas služi za određivanje smera na Zemlji na temelju položaja Sunca i zvezda.

Orijentacija pre nastanka kompasa

Pre vremena kompasa pozicija, destinacija i pravac na moru su se određivali prema krupnim poznatim obeležjima u reljefu obala, i posmatranjem zvezda. Antički moreplovci često se nisu otiskivali daleko od obale. Pronalazak kompasa omogućio je određivanje pravca i prilikom oblačnog vremena. Takođe i u slučaju nemogućnosti osmatranja položaja Sunca ili zvezda na noćnom nebu kompas je omogućio izračunavanje geografske širine. Ovo je omogućilo moreplovcima bezbedno otiskivanje daleko od obala, pospešujući trgovinu i doprinoseći dobu velikih geografskih otkrića.

Istorijski razvoj

Poštanska marka s prikazanim kompasom

U Evropi se već nekoliko vekova pre nove ere znalo da magnet privlači gvožđe. Po legendi reč magnet potiče od imena grada Magnezia u Maloj Aziji u kom je u starom dobu bilo nalazište magnetita. Prema jednoj drugoj legendi reč potiče od pastira Magnusa s Krita koji je imao okovane cipele u kojima je zastao na nekom kamenu privučen magnetnom rudom.

Ne zna se ko je izumeo kompas ali prvi koji su upotrebili magnetsku iglu za pokazivanje smera bili su Kinezi. Du Halde u delu General History of China u kom opisuje događaje za vreme vladavine cara Hoang Tia opisuje kolica s velikom iglom koja je pokazivala 4 glavne strane sveta kojom su se carski vojnici orijentisali i pobedili neprijatelja. Sprava se zvala "čin-nan" a tako Kinezi i danas zovu brodski kompas. Po nekim spisima kineski brodovi već u IV veku dolazili su u indijske i istočnoafričke luke opremljeni kompasima. Magnetna igla je oko 1000. godine bila poznata i u Norveškoj.

Prvi italijanski kompasi sastojali su se od gvozdene šipke koja je na plovcima od trske plivala na vodi. Igle kompasa magnetisale su se trljanjem magnetitom, rudom plavkaste boje koja se nabavljala iz Kine i Bengala. Prvi pisani trag o upotrebi kompasa na Evropskim brodovima nalazi se u francuskoj satiri La Bible de Guyot de Provins iz sredine XII veka. U XIV veku pojavljuje se suvi kompas sa nalepljenom ružom kompasa ispod igle koji se u nešto modernijem obliku upotrebljava i danas. Tek krajem XVI veku počela su ozbiljnija istraživanja zašto vrh magnetske igle pokazuje prema severu. 1600. godine lekar Vilijam Gilbert postavio je osnove današnjih saznanja o magnetizmu. U delu De Magnete, magneticisque corporibus opisuje sva dotadašnja saznanja o magnetizmu, nabraja sve izvedene eksperimente a u jednom poglavlju opisuje i lekovita svojstva magnetita. Gilbert je napravio kuglu od magnetita na kojoj je vršio brojne eksperimente došavši na kraju do zaključka da je Zemlja veliki magnet s magnetnim polovima. Zaključio je kako se sva druga magnetna tela na Zemlji ravnaju prema tom velikom magnetu, Zemlji. Otkrio je i da se igla na vodi u posudi ne okreće samo prema severu jer na nju deluju dve suprotne sile a ne samo jedna, u pravcu severa.

Magnetska deklinacija

Glavni članak: Magnetska deklinacija

Zemlja predstavlja jedan veliki magnet čiji se magnetski polovi nalaze u blizini zemljopisnih polova. Između magnetskih polova prostiru se tzv. magnetski meridijani. Slobodno obešena magnetska igla u čijoj se blizini ne nalaze nikakvi metalni predmeti ili elektroprovodnici pod naponom, postavlja se uvek u pravac lokalnog magnetskog meridijana. Za razliku od zemljopisnih meridijana koji se prostiru direktno u pravcu sever-jug, pravac magnetskih meridijana nije svuda isti već se menja zavisno o zemljopisnom položaju. Promenu njihovog pravca izazivaju lokalna magnetska polja u Zemljinoj kori (metalne rude, magnetski minerali, itd.). U stvari, pravac magnetskih meridijana predstavlja rezultantu Zemljinog magnetskog polja i spomenutih lokalnih polja. Ugao koji na nekom mestu zatvaraju lokalni zemljopisni i magnetski meridijan naziva se ugao deklinacije. Zavisno o tomu skreće li magnetska igla u pravcu zapada ili istoka, razlikuje se zapadnu, odnosno istočna deklinacija.

Magnetski kompas

Delovi

Ruža kompasa.

Kućište kompasa mora biti nemagnetsko, simetrično izrađeno kako bi stakleni poklopac ležao vodoravno. Stubić mora biti tačno u sredini kućišta. Šiljak mora biti tvrd, oštar i u istoj visini s osovinom kardanskog priveska kako bi pri ljuljanju kućišta ruža kompasa ostala mirna. Ruža kompasa je krug sa središtem u centru šeširića i s podelom na glavne (S, J, I, Z) i sporedne (SI, JI, JZ, SZ) strane sveta kao i na stupnjeve (od 0° do 360° počevši od S).

Suvi kompas

U suvom kompasu, sistem (magnetske igle s ružom kompasa) leži na šiljku stupića kojem je podnožje učvršćeno na dno kućišta. Ruža kompasa je od papira, svile ili tankog nemagnetskog metala. U sredini je šeširić s čašicom od dragog kamena koji leži na šiljku od iridijuma. Trenje između šeširića i šiljka mora biti što manje. Ispod ruže kompasa nalaze se magnetne igle ili štapići pričvršćeni za ružu kompasa sa svilenim koncima. Ruža kompasa mora imati dugi vek trajanja što se postiže njenim većim prečnikom. Spoljašnji rub je teži radi ugradnje aluminijumskog prstena koji služi kao zamašnjak. Prsten se radi tromosti teško pomiče iz stanja mirovanja. Ruža kompasa otklonjena iz centra ravnoteže se radi slabog trenja vazduha dugo njiše.

Kompas s tečnošću

Kompas s tečnošću.

Kućište kompasa s tekućinom ispunjeno je mešavinom vode i alkohola (2:1), uljem ili nekom drugom pogodnom tečnošću. Ruža kompasa je od tinjca (mineral koji se sastoji od kalijumskog, magnezijumskog i aluminijumskog silikata. U prirodi se nalazi u obliku silikata koji se lako reže u tanke listiće), plastične mase ili nemagnetskog metala. U njenoj sredini je okrugli plovak koji daje čitavom sistemu uzgon. Ruža kompasa ne može isplivati na površinu tečnosti jer je pritisnuta sa stubićem koji joj se nalazi s gornje strane. Kada je šeširić na staklenom poklopcu, magnetne igle smeštene su u nepropusne cevčice ili u sami plovak a kada je šeširić na ruži kompasa magnetne igle su ispod plovka na posebnom nosaču. Radi promene zapremine tečnosti usled temperaturnih razlika u kućište je ugrađen uređaj za rastezanje (elastično dno ili kompenzacijska posuda). Prigušivanje njihanja ruže kompasa je veliko radi trenja u tečnosti tako da se ona već nakon par njihaja smiri.

Žiromagnetski kompas

Žiromagnetski kompas je kombinacija slobodnog žiroskopa s magnetskim kompasom. Smer pokazuje žiroskop s tri slobode kretanja konstruisan kao držač smera. Odstupanje njegove osovine iz pravca sever-jug po potrebi se ispravlja pomoću pripadajućeg magnetskog kompasa. Kompas se prvenstveno upotrebljava na avionima i na manjim čamcima većih brzina. Na avionima su obični magnetski kompasi radi čestih okreta i nagiba nepouzdani.

Kako bi žiroskop mogao poslužiti kao pokazivač smera, osovina okretanja mu mora stalno stajati vodoravno i pokazivati isti određeni smer na Zemlji. Osovina se običnog žiroskopa radi trenja i zaobljenosti površine Zemlje stalno izdiže iz vodoravne ravni. Radi svoje tromosti pokušava da zadrži svoj smer u prostoru, a ne prema Zemlji. Kako bi se dobio držač smera, slobodni žiroskop treba stalno kontrolisati i ispraviti njegova odstupanja po visini i strani te ga stalno vraćati u njegov osnovni vodoravni položaj sever-jug. Osovina se u vodoravnu ravninu i određeni smer vraća veštački izazvanim silama, stvorenih elektromagnetom ili elektromotorom, koje pritiskaju osovinu žiroskopa, odnosno njegov viseći prsten. Ispravljanje smera vrši magnetski kompas, a na vodoravni položaj utiče sila teže. Korekture se vrše stalno ili povremeno tako da kratkotrajna odstupanja (npr. za vreme okreta) ne dolaze do izražaja.

Geološki kompas

Geološki kompas.

Geološki kompas od uobičajenog geografskog kompasa razlikuje po dve osnove. Na stakalcu su obrnuti položaji istoka i zapada (za bi se mogao očitavati azimut direktno), a poklopac ujedno ima na sebi oznake stupnjeva ugla pod kojim je poklopac položen u odnosu na kućište kompasa (klinometar). Geološkim kompasom meri se položaj i nagib geoloških struktura.

Pilotski kompas

Pilotski kompas je osnovni navigacijski instrument za određivanje smera u odnosu na magnetski sever. Princip rada zasniva na delovanju Zemljinog magnetskog polja na magnetnu iglu. Zemlja predstavlja jedan veliki magnet čiji se magnetski polovi nalaze u blizini zemljopisnih polova. Između polova prostiru se magnetski meridijani. Kurs po kojem vazduhoplov leti predstavlja ugao između meridijana i njegove uzdužne ose. On se računa od pravca sever (S) – kurs 0 i raste u pozitivnom smeru kazaljke na satu, tako da u pravcu istoka (I) ima vrednost 90°, juga (J) 180°, i zapada (Z) 270°.

Radio-kompas

Igla magnetskog kompasa uvek se okreće prema zemljinom magnetskom polu, dok je igla radio-kompasa usmerena prema izvoru radio-signala bez obzira na smer leta vazduhoplova. Ugao između uzdužne ose vazduhoplova i smera koji pokazuje kazaljka prikazuje relativni smer (eng. RB- Relative Bearing). Kako se vazduhoplov može nalaziti na bilo kojoj tački zamišljenog kruga oko predajnika na tlu a da kazaljka pokazuje istu vrednost, relativni smer od vazduhoplova prema stanici mora se pretvoriti u stvarni smer. Radi toga se mora znati i kurs, to jest magnetski smer leta vazduhoplova (eng. heading), vrednost koju prikazuje magnetski kompas. Zbirom magnetskog smera s relativnim smerom dobija se magnetski smer od vazduhoplova prema predajniku (eng. QDM). To je ugao koji s pravcem magnetskog severa zatvara crta povučena od vazduhoplova prema predajniku na zemlji. Prenesu li se vrednosti na radio-navigacijsku kartu, vazduhoplov je dosta precizno smešten u prostoru.

Literatura

• Johnson, G. Mark (2003). The Ultimate Desert Handbook. McGraw-Hill Professional. ISBN 978-0-07-139303-4. 
• Kreutz, Barbara M. (1973). „Mediterranean Contributions to the Medieval Mariner's Compass”. Technology and Culture. 14 (3): 367—383. JSTOR 3102323. doi:10.2307/3102323. 
• Li Shu-hua (1954). „Origine de la Boussole II. Aimant et Boussolee”. Isis. 45 (2): 175—196. JSTOR 227361. doi:10.1086/348315. 
• Admiralty, Great Britain (1915). Admiralty manual of navigation, 1914. , Chapter XXV: "The Magnetic Compass (continued): the analysis and correction of the deviation", London : HMSO, 525 p.
• Aczel, Amir D. (2001). The Riddle of the Compass: The Invention that Changed the World (1st izd.). New York: Harcourt. ISBN 0-15-600753-3. 
• Carlson, John B (1975). „Multidisciplinary analysis of an Olmec hematite artifact from San Lorenzo, Veracruz, Mexico”. Science. 189 (4205): 753—760. Bibcode:1975Sci...189..753C. PMID 17777565. doi:10.1126/science.189.4205.753. 
• Gies, Frances and Gies, Joseph (1994) Cathedral, Forge, and Waterwheel: Technology and Invention in the Middle Age. New York: HarperCollins. 1994. ISBN 0-06-016590-1. 
• Gubbins, David (2007). Encyclopedia of Geomagnetism and Paleomagnetism. Springer Press. ISBN 978-1-4020-3992-8. 
• Gurney, Alan (2004). Compass: A Story of Exploration and Innovation. London: Norton. ISBN 0-393-32713-2. 
• King, David A. (1983). „The Astronomy of the Mamluks”. Isis. 74 (4): 531—555. S2CID 144315162. doi:10.1086/353360. 
• Ludwig, Karl-Heinz and Schmidtchen, Volker (1997) Metalle und Macht: 1000 bis 1600. Propyläen Technikgeschichte, Berlin: Propyläen Verlag. ISBN 3-549-05633-8. 
• Ma, Huan (1997). Ying-yai sheng-lan. Bangkok: White Lotus Press. ISBN 974-8496-78-3.  [The overall survey of the ocean's shores (1433)], Feng, Ch'eng-chün (ed.) and Mills, J.V.G. (transl.).
• Seidman, David, and Cleveland, Paul (2001). The Essential Wilderness Navigator. Ragged Mountain Press. ISBN 0-07-136110-3. CS1 održavanje: Višestruka imena: spisak autora (veza)
• Taylor, E.G.R. (1951). „The South-Pointing Needle”. Imago Mundi. 8: 1—7. doi:10.1080/03085695108591973. 
• Williams, J.E.D (1992). From Sails to Satellites: the origin and development of navigational science. Oxford University Press. ISBN 0-19-856387-6. 
• Wright, Monte Duane (1972). Most Probable Position: A History of Aerial Navigation to 1941. , The University Press of Kansas, LCCN 72-79318
• Zhou, Daguan (2007). The customs of Cambodia. Prevod: Pelliot, Paul. 
• Lane, Frederic C. (1963). „The Economic Meaning of the Invention of the Compass”. The American Historical Review. 68 (3): 605–617 [615]. JSTOR 1847032. doi:10.2307/1847032. 
• Needham, Joseph (1962). Science and civilisation in China. ISBN 0-521-05802-3. , Vol. 4: "Physics and physical technology", Pt. 1: "Physics", Taipei. p. 252 Caves Books, originally publ. by Cambridge University Press.

Spoljašnje veze

• „Handbook of Magnetic Compass Adjustment” (PDF). Arhivirano iz originala (PDF) 29. 05. 2019. g. 
• Paul J. Gans, „The Medieval Technology Pages: Compass”. Arhivirano iz originala 16. 12. 2003. g. 
• Evening Lecture To The British Association At The Southampton Meeting on Friday, August 25, 1882. Refers to compass correction by Fourier series.