KOMPAS.pdf

cz. 47

KOMPAS

Australopitek i Homo habilis – człowiek

pierwotny

Homo erectus – człowiek wyprostowany

Homo sapiens – człowiek rozumny

Człowiek z Cromagnon

Pierwsze wyraźne przejawy tzw. kultury

rolnej – uprawy, co pociąga za sobą po-

czątki osiadłego trybu życia (Mezopotamia,

Azja Wschodnia, Meksyk, Peru).

Pojawia się: pismo, koło, żagiel, wytop me-

tali z rud

Tales zaobserwował pierwsze zjawisko

magnetyzmu. Zauważył, że bursztyn po-

tarty suknem może przyciągać inne przed-

mioty, np. słomkę, pióro itp. Wprawdzie

wyciągnął z tego fałszywy wniosek, że

skoro może poruszać inne przedmioty, to

posiada duszę...

Jedna z najwcześniejszych wzmianek

w chińskiej literaturze dotycząca magne-

tyzmu. W księdze pt. Book of the Devil Val-

ley Master zapisano zdanie: „magnetyt

przyciąga żelazo”.

Jeden z wczesnych zapisów o użyciu róży

składającej się z 12 wiatrów pochodzi od

Timostenesa z Rodos, greckiego admirała.

Powstał artefakt znaleziony w Ameryce

wykonany najprawdopodobniej przez sta-

rożytny lud Olmeków. Przedmiot miał na-

niesione znaki i został wykonany z hema-

tytu (właściwości magnetyczne). W trakcie

eksperymentów stwierdzono, iż mógł on

być używany jako przyrząd do kierunkowej

orientacji np. mieszkań lub w ceremonii po-

chówku zmarłych. Można więc przypusz-

czać, że pełnił podobne funkcje co kompas.

Prawdopodobny wiek tego znaleziska ok-

reślił amerykański astronom John Carlson,

stosując datowanie radiowęglowe.

W Chinach podczas panowania dynastii

Qin prawdopodobnie

powstał pierwszy mag-

netyczny kompas.

3 000 000 lat p.n.e.

2 000 000–1 500 000 lat p.n.e.

350 000–250 000 lat p.n.e.

ok. 10 000 lat p.n.e.

ok. 8 000 lat p.n.e.

MAGNETYCZNY DROGOWSKAZ

Piotr Kawalerowicz

w IV tysiącleciu p.n.e.

Jedną z najbardziej ludzkich, spo-

śród wielu charakterystycznych

dla człowieka cech, jest ciekawość .

W połączeniu z uporem, pracowi-

tością i dociekliwością często była

źródłem odkryć – zarówno tych po-

pychających cywilizację do przodu,

jak i tych, które na lata pogrążały ją

w mrokach. Jaka jest historia wyna-

lazków i odkryć, skąd się brały, kto

i gdzie ich dokonywał, jaki był ich

dalszy los i wpływ na cywilizacje?

ok. 550 r. p.n.e.

IV w. p.n.e.

KOMPAS

Kompas to przyrząd nawigacyjny

do wyznaczania kierunków geograficz-

nych na Ziemi. Jego podstawowym skład-

nikiem jest namagnesowany element –

wskazówka, nazywana igłą, która układa-

jąc się zgodnie z liniami pola magnetycz-

nego Ziemi, wskazuje kierunek: pół-

noc–południe, a co za tym idzie również

pozostałe strony świata. Przed wynalezie-

niem kompasu stosowano różne metody

służące do wyznaczania pozycji na morzu.

Określano pozycję w odniesieniu do poło-

żenia gwiazd na niebie, poprzez obser-

wację punktów charakterystycznych linii

brzegowej czy sondowanie głębokości

dna. Metody te sprawdzały się lepiej lub

gorzej, zależnie od warunków, jakie pano-

wały na poszczególnych akwenach, miały

jednak podstawową wadę: zawodziły

w przypadku złej widoczności, a na otwar-

tych i nieznanych akwenach były całkiem

nieskuteczne.

Przełomem było wynalezienie kom-

pasu. Okazał się on nieocenionym przyrzą-

dem do nawigacji: w połączeniu z chrono-

metrem pozwalał na obliczenie długości

geograficznej. Ponieważ za pomocą sek-

stantu można było określić również szero-

kość geograficzną – uzyskano współrzęd-

ne precyzyjnie określające lokalizację.

Poprzez umożliwienie nawigacji na otwar-

tym morzu kompas w istotny sposób przy-

czynił się do usprawnienia handlu mor-

skiego, czyniąc żeglugę dokładniejszą,

a przez to bezpieczniejszą.

Wczesna forma kompasu została

wymyślona w Chinach ok. VIII w. Jednak

III w. p.n.e.

ok. 1000 p.n.e.

221–206 r. p.n.e.

Podstawka/tabliczka ze

wskazówką w kształcie

łyżki wskazującą kierunek

południowy, wykonane

z magnetytu w czasach

dynastii Han (206 r. p.n.e.

– 220 r. n.e.)

W chińskiej księdze Lun-heng opisano zja-

wisko magnetycznego oddziaływania igły

i magnetytu (namagnesowania?).

W zapiskach kronikarza chińskiej dynastii

Han pojawiają się pierwsze zapiski o ma-

gicznych łyżeczkach wskazujących połud-

nie. Od tego momentu informacje o „ma-

gicznych rzeczach” wskazujących kierunki

geograficzne pojawiały się w różnych pis-

mach chińskich i indyjskich.

p.n.e. /n.e.

20–100 r.

83 r.

VIII w.

W Chinach wynaleziono i zaczęto używać igły magne-

tycznej – urządzenia wskazującego magnetyczną północ.

Igła magnetyczna miała zwykle kształt małej rybki pły-

wającej w naczyniu z wodą.

W zapiskach z czasów dynastii Song znajduje się opis

urządzenia ze stali nazwanego „ryba wskazująca połud-

nie”, które jest zalecane „do orientacji w terenie w przy-

padku nieprzeniknionych ciemności”.

Pierwsze doniesienie odnoszące się do namagnesowania

igły. W eseju pt. Dream Pool Essays chiński nadworny

uczony Shen Kuo zawarł szczegółowy opis, jak namagne-

tyzował igłę przez pocieranie jej końca magnetytem. Tak

spreparowaną wskazówkę powiesił na pojedynczej na-

woskowanej jedwabnej nici, mocując ją na środku. Shen

Kuo zauważył, że igła przygotowana w ten sposób czasa-

mi wskazywała na południe, czasami na północ.

Najwcześniej zarejestrowane faktyczne użycie igły mag-

netycznej (unoszącej się na wodzie w naczyniu) dla ce-

lów nawigacyjnych opisano w książce Zhu Yu pt. Pin-

gzhou Table Talks : „Nawigator rozpoznaje kierunki

(geografię) nocą patrząc na gwiazdy a za dnia na Słońce.

Gdy jest ciemno i chmurno – patrzy w kompas”.

W dziele pt. De naturis rerum (O naturze rzeczy) Alexan-

dra Neckamana pojawia się pierwsza w Europie wzmian-

ka o igle magnetycznej i jej wykorzystaniu w żegludze.

Opisuje umieszczony na statku „wskaźnik kierunku, który

pozwala żeglować nawet gdy Gwiazda Polarna jest zas-

łonięta przez chmury”.

Pierre de Maricourt wykazuje, że magnes ma dwa bieguny.

1040–44 r.

1086 r.

1119 r.

Warto poznać

Kompas jest instrumentem zawiera-

jącym swobodnie zawieszony ele-

ment ferromagnetyczny, który poka-

zuje kierunek poziomej części skła-

dowej magnetycznego pola Ziemi

w punkcie obserwacji.

1190 r.

1200 r.

Czy wiesz, że...

Lokalne zakłócenia ziemskiego

pola magnetycznego mogą być spo-

wodowane przez obiekty znajdujące

się w pobliżu kompasu magnetycz-

nego, np.: stalowy kadłub statku (in-

dukuje własne pole magnetyczne)

bądź ładunek i jego rozmieszczenie

czy np. ułożenie ruchomych urzą-

dzeń statku. Czynniki te często za-

kłócają wskazania kompasu magne-

tycznego. Opisuje je tzw. dewiacja

kompasu – różnica między kursem

kompasowym a kursem magnetycz-

nym wyrażona w stopniach.

Na każdym statku istnieje ta-

bela dewiacji, która powinna być co

jakiś czas aktualizowana. Kiedy sta-

tek jest w drodze, dewiację kontrolu-

je się na przykład, porównując na-

miar na wschodzące słońce z namia-

rem odczytanym ze specjalnych tab-

lic dla danej długości geograficznej.

Otrzymana poprawka nazywana jest

całkowitą i odejmując od niej war-

tość deklinacji, można obliczyć de-

wiację.

W literaturze znane są opisy róży wiatrów z VII,

VIII i XI w. Rozkwit róży kompasowej przypada

na lata 1325–1650, kiedy to na pierwszych

portolanach (mapy) wykreślano tzw. linie rum-

bowe do oznaczenia kierunków. Początkowo

róże wiatrów były bardzo proste i składały się

tylko z 4 kardynalnych kierunków, które my

dzisiaj nazywamy N, E, S, W. W miarę rozwoju

kartografii i postępu odkryć geograficznych ró-

ża kompasowa ewoluowała do róży 8-rumbo-

wej, 12-rumbowej, 24-rumbowej, aby ostatecz-

nie w swoim rozkwicie osiągnąć 32 rumby.

1242 r.

Pierwsze doniesienie nt. kompasu w świecie arabskim –

w księdze z 1282 r. autor opisuje, jak 40 lat wcześniej był

świadkiem użycia kompasu podczas podróży statkiem.

W toskańskim górniczym miasteczku Massa użyto kom-

pasu (pływającej igły) jako wskaźnika podczas prowa-

dzenia prac pod ziemią. Z czasem coraz więcej przedsię-

biorstw górniczych zaczyna wykorzystywać kompas przy

wytyczaniu tras tuneli

pod ziemią.

Francuski uczony Peter Pe-

regrinus w księdze Episto-

la de magnete opisuje kom-

pas z igłą zamocowaną na

pionowej osi umieszczoną

w szklanym pudełku.

XIII w.

1269 r.

Przez wieki ludzie używali kompa-

su, zupełnie nie rozumiejąc zasady

jego działania. Co więcej, nie tylko

nie wiedziano, jak on działa, ale

nieznany był nawet punkt wskazy-

wany przez jego igłę.

Ilustracja z Epistola de mag-

nete.

historia tego wynalazku sięga

w przeszłość dużo dalej. Już w cza-

sach starożytnych chińscy wróżbici

używali magnetytu (Fe 3 O 4 ) – rudy ma-

jącej właściwości magnetyczne, do

budowy swoich dysków, za pomocą

których przepowiadali bieg wydarzeń.

Zapewne ktoś w końcu zauważył, iż

magnetyty tak naprawdę wskazują je-

den stały kierunek i ta ich właściwość

jest najbardziej cenna. Do wyznacza-

nia kierunku, w pradawnych czasach,

jako wskaźnika używano „łyżki ma-

gnetycznej” (tej od przepowiedni

i wróżb). Innym urządzeniem była

tzw. igła magnetyczna, która miała

zwykle kształt małej rybki pływającej

w naczyniu z wodą. Później rybka za-

wisła w powietrzu na jedwabnej nici,

następnie igła (o kształcie wskazów-

ki) trafiła do specjalnego pudełka, aby

na koniec znów zostać zalana cieczą.

Istnieją różne teorie na temat

tego, jak kompas dotarł do Europy.

Są tacy, którzy twierdzą, że został wy-

naleziony w Europie niezależnie. Jest

też teoria, zakładająca, że dotarł do

nas Jedwabnym Szlakiem. Faktem

jest, że pojawił się gdzieś na początku

XII wieku i praktycznie od razu został

wykorzystany przez kupców wenec-

kich. Dzięki niemu mogli oni nareszcie

wyprawiać swoje statki handlowe na

Bliski Wschód nie tylko latem, kiedy

dobra pogoda pozwalała na nawigac-

ję za pomocą gwiazd, ale również zi-

mą, kiedy niebo, pokryte gęstą war-

stwą chmur, było nieprzychylne żegla-

rzom. Około 1300 r. w Europie pow-

stał tzw. kompas żeglarski (mari-

ner’s compass), dając początek póź-

niejszym kompasom cieczowym (li-

quid compass) i busolom. Pod koniec

XIX w. powstaje pierwszy żyrokom-

pas pokazujący dokładnie kierunek

północy geograficznej (a nie magne-

tycznej). W XX w. powstaje niezwykle

dokładny i zaawansowany technolo-

gicznie system GPS pozwalający na

określanie pozycji z niemal zegarmis-

trzowską precyzją. Jednak kompas

tak łatwo nie oddaje pola. Pozostaje

nadal wiernym i niezawodnym towa-

rzyszem pieszych, rowerowych i mor-

skich wypraw. Jest przy tym towarzy-

szem niezwykle tanim i skutecznym.

W Europie pojawia się tzw. suchy kompas. Kompas

żeglarski (mariner’s compass) składa się z trzech

elementów: Swobodnie obracającej się igły magne-

tycznej zamocowanej na pio-

nowym trzpieniu, małego pu-

dełka ze szklanym pokryciem

oraz tarczy z różą wiatrów.

Igła była połączona z tarczą

tak, że mogła się swobodnie

obracać na osi. Obserwując

oznaczenie na obudowie

(zgodne z linią kilu statku)

i odpowiednie oznaczenie na

tarczy, można było bezpoś-

rednio odczytać kurs, jakim

płynie statek.

ok. 1300 r.

Mariner’s compass z 1700 r.

Tzw. „Współczesna róża kompasowa zwana

też różą wiatrów” – Cztery główne strony

świata:

północ (N) – azymut 0° (lub 360°)

wschód (E) – azymut 90°

południe (S) – azymut 180°

zachód (W) – azymut 270°

Wyposażenie kompasu

w tzw. różę wiatrów przypisuje się włoskiemu że-

glarzowi o nazwisku Flavio Gioja.

Jedną z pierwszych osób, o których zachowały się

zapisy świadczące, że używały do nawigacji kompa-

su, był Zheng He z prowincji Yunnan w Chinach.

W latach 1405–1433 odbył on liczne podróże ocea-

niczne.

Krzysztof Kolumb, jak się przypuszcza, w czasie

swoich wypraw również wykorzystywał kompas.

Była to igła namagnesowana za pomocą magnetytu,

umieszczano ją na kawałku korka w misce z wodą.

Umiera geniusz nieskrępowanej myśli – Leonardo

da Vinci, pozostawiając po sobie ok. 7000 stron no-

tatek zawierających pomysły i wynalazki.

ok. 1302 r.

ok. 1405 r.

XV w.

V 1519 r.

Szkic róży wiatrów z 1607 r. – okrąg-

ła tarcza z podziałką stopniową od

0° do 360° oraz z zaznaczonymi 32

rumbami. Pierwotnie była umiesz-

czana na mapach i służyła do wska-

zywania kierunków wiatrów. 32-rum-

bowa róża kompasowa pochodzi od

wskazania kierunków ośmiu głów-

nych wiatrów, ośmiu półwiatrów

i szesnastu ćwierćwiatrów.

Angielski lekarz i fizyk William Gilbert opublikował

książkę zatytułowaną O magnesach, ciałach magne-

tycznych i wielkim magnesie Ziemi . Postawił w niej

hipotezę, że Ziemia jest wielkim magnesem, a za

obrót igły kompasu odpowiedzialne jest ziemskie

pole magnetyczne. W celu jej zweryfikowania Gil-

1600 r.

Do przygotowania kalendarium

wykorzystano materiały źródłowe:

www.wikipedia.org

www.silva.se

bert zbudował z bryły magnetytu, jedynego znanego wówczas ma-

teriału magnetycznego, model Ziemi. Przykładając do niego malut-

ki kompas, stworzył mapę pola magnetycznego na powierzchni

swojego modelu. Konfrontując następnie wyniki eksperymentu

z dostępnymi mu zapisami

wskazań kompasów rejes-

trowanych podczas podró-

ży morskich, w pełni pot-

wierdził swoją hipotezę.

Duński fizyk Hans Chri-

stian Oersted podczas

przygotowań do wykładu

o elektryczności dokonał

zaskakującego odkrycia.

Zauważył, że

igła kompasu

umieszczone-

go nieopodal

przewodnika

z prądem od-

chyla się wte-

dy, kiedy w

przewodniku

) – jedna ze współrzędnych

geograficznych, kąt pomiędzy lokalną

osią pionu a płaszczyzną równika. War-

tości szerokości geograficznej rozcią-

gają się między 0° na równiku i 90° na

biegunach. Szerokość geograficzna

może być północna lub południowa.

1820 r.

Eksperyment Oersteda.

Obiekty znajdu-

jące się w pobli-

żu kompasu –

na przykład stalowy kadłub statku – mogą

zakłócać jego wskazania. Kompas okrętowy

z dwoma żelaznymi piłkami, które mają niwe-

lować magnetyczne oddziaływanie statku.

Zapiski o magnetycznych łyżeczkach

pojawiły się w

a) VI wieku p.n.e.

b) I wieku n.e.

c) VI wieku n.e.

Z przymrużeniem oka

tym płynie prąd. Przeprowadzone

przez Oersteda badania wykazały,

że to właśnie ruch ładunków elek-

trycznych odpowiedzialny jest za

powstanie pola magnetycznego.

I to nie tylko w przewodnikach,

przez które płynie prąd, ale również

w magnesach stałych. Sześć lat później powstało jedno

z fundamentalnych praw elektroniki: prawo Ohma.

Michael Faraday stwierdza, że magnes wytwarza pole ma-

gnetyczne wokół siebie.

Kompas Oersteda.

1820 r.

Wielkim spadkobiercą Oersteda był brytyjski uczony Michael Faraday. Zauważył on,

że nie tylko prąd powoduje powstanie pola magnetycznego, ale także pole magnetyczne

może sprawiać, że w przewodniku będzie płynął prąd. To szalenie ważne odkrycie zna-

lazło szerokie zastosowanie praktyczne. Jest ono dziś wykorzystywane we wszystkich

silnikach elektrycznych i prądnicach.

1864 r.

Od czasu Oersteda i Faradaya ludzie wiedzieli, że pomiędzy

polem elektrycznym i magnetycznym istnieje nierozerwalny

związek. Teoria łącząca w jedną spójną całość oddziaływania

elektryczne i magnetyczne powstała w 1864 r. Jej twórcą był

Anglik James Clerk Maxwell. Powiązał on ze sobą oba od-

działywania w formie relacji matematycznych znanych dziś

pod nazwą równań Maxwella.

Holender Martinus van den Bos jako pierwszy opatentował

konstrukcję żyroskopu, jednak nie zdołał nigdy wybudować

prawidłowo działającego modelu.

Niemiecki konstruktor Hermann Kaempfe skonstruował pier-

wszy działający model żyroskopu (pokazujący północ).

1885 r.

1903 r.

Szerokość geograficzna (ang. latitude,

symbol

Kompas żyroskopowy

morski lub żyrokompas

to elektromechaniczne

urządzenie służące do

wskazywania kursu, wy-

korzystujące właściwości

żyroskopu. Jego główne

zalety to: niewrażliwość

na wpływ mas magne-

tycznych i zakłóceń pola

magnetycznego oraz

wskazywanie bieguna

geograficznego, a nie

bieguna geomagnetycz-

nego.

W USA Elmer Ambrose

Sperry skonstruował żyro-

kompas.

Fiński wynalazca Tuomas

Vohlonen wystąpił z wnio-

skiem o patent na wypeł-

niony cieczą kompas dla

piechurów. Nowa kon-

strukcja eliminowała drga-

nia, stabilizując wskaza-

nia igły. Patent otrzymał

w 1935 r.

Powstaje firma: The

Bröderna Kjellström and

Instrumentverken. Skon-

struowano kompas wypeł-

niony cieczą.

1905 r.

1933 r.

Busola magnetyczna to

urządzenie nawigacyjne

wskazujące kierunek bie-

guna magnetycznego,

dzięki posiadanej igle

magnetycznej. Ma przy

tym również przyrządy

celownicze (najczęściej

w postaci muszki i szczer-

binki), które pozwalają

określić azymut dla dowol-

nego kierunku w terenie.

Kompas uniwersalny SILVA – do zasto-

sowania na łodzi, w kajaku, rowerze.

Ma funkcje podświetlania tarczy.

Inklinacja i sposoby

na jej zrównoważe-

nie

Inklinacja to pionowa

składowa pola mag-

netycznego, powodu-

jąca, że igła chciałaby

ułożyć się skośnie

w stosunku to terenu.

W większości kompa-

sów problem inklinacji

jest eliminowany

przez umieszczenie

na igle kompasu nie-

wielkiej przeciwwagi.

Zapobiega to wychy-

laniu jej ku górze lub

ku dołowi kapsuły.

Tuomas Vohlonen

skonstruował pier-

wszy przenośny

kompas wypełniony

cieczą, przeznaczony

do indywidualnego

użycia.

1936 r.

równik

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: