Майже кожен використовував якийсь прилад, що дозволяє визначити традиційні напрямки - північ, південь, схід, захід та їх поєднання. Проте часи молодих людей, що балуються, хоча ліс із ручними моделями, оснащеними справжньою стрілкою компаса, в основному потрапили на смітник у навігаційній історії.
Сьогодні практично всі смартфони оснащені приймачами глобальної системи позиціонування (GPS), які дозволяють користувачам з’ясувати, де вони перебувають у спрямованій «сітці» Землі за кілька метрів. Ця технологія спирається на мережу супутників на суцільній орбіті високо над земною атмосферою. Але до сучасної ракетної техніки навігатори покладались на застарілий, але надзвичайно розумний спосіб визначення напрямку.
A магнітний компас - це інструмент, який принципово дозволяє визначити контрольну точку або область на Землі, що відповідає магнітному півночі. Це дещо відрізняється від справжньої півночі, але з різними коефіцієнтами корекції, необхідними в різних точках навколо на сьогоднішній день відомої земної кулі, хороший магнітний компас залишається достатньо хорошим, щоб привернути практикуючих користувачів з місця на місце красиво.
Магніти та основи магнітного поля
Магнетизм - термін, що описує математично передбачуваний набір ефектів на частинки та системи у галузі фізики, відомий як електромагнетика. Як і у випадку з його нерозлучним партнером, електрика, магнетизм - це не те, що можна «побачити», а багато з нього ефекти в реальному світі добре відомі і були включені в незліченні критичні аспекти сучасності технології.
Магнітні "поля", які можна вважати лініями впливу на частинки, що піддаються фізичному впливу магнетизму, намальовані як джерела, що походять від а північ магнітний полюс і тече назовні через простір і назад до а південь магнітний полюс. У випадку з барний магніт (прямокутний магніт), це означає серію приблизно С-подібних ліній, що «протікають» від магнітного півночі до магнітного півдня.
- На відміну від випадку з електричними зарядами, не існує такого поняття, як «магнітний монополь». Іншими словами, може бути жодне точкове джерело магнітного поля так, як електричне поле не може бути створене і визначене одним точковим зарядом.
Магнітні поля створюються рухомими електричними зарядами. Це може бути явним і функцією цілеспрямованої інженерії, наприклад, коли котушка струмопровідного дроту багато разів обмотується навколо шматка металу, створюючи електромагніт. Вони використовуються для виробництва електроенергії та інших важливих промислових застосувань у всьому світі. Ключова риса електромагніту полягає в тому, що він перестає бути магнітом будь-якого наслідку після видалення джерела струму.
Крім того, джерело рухомих зарядів, що лежать в основі магнітних полів, може "ховатися", утворюючись на рівні окремих атомів у певних елементах (наприклад, залізо, мідь та нікель). Частково завдяки "спіновим" характеристикам електронів цих елементів, магнітні моменти створюються як у розглянутих атомах, так і в них феромагнітний елементів, локальні магнітні моменти є адитивними, а не анулюючими попарно (для спрощення - норма для більшості елементів). У результаті виходить шматок металу, який ви знаєте як магніт.
Магнітне поле Землі
Земля поділяється на Північну півкулю та Південну півкулю, або "верхню" та "нижню" половинки. Найдальші точки земної кулі від лінії, проведеної навколо найширшої частини Землі у напрямку її обертання, яка називається екватором, відомі як полюси. Вісь обертання Землі проходить через і визначає Північний полюс і Південний полюс. Перший сидить на льоду, а другий розташований на великій континентальній суші (Антарктида).
Ви вже дізналися, що лінії магнітного поля проводяться від магнітного півночі до магнітного півдня. Але коли ви бачите діаграму, якщо магнітне поле Землі, ви бачите лінії, більшість з яких далеко над поверхнею, що походить біля Південний Полюс і закінчення біля Північ Полюс. Це пов’язано з тим, що Північний полюс, випадково складаючи південь магнітний полюс, і відповідно для Південного полюса. Під цим не розумілося ніякої плутанини; географія просто не збігалася з фізикою через випадковість розміщення великого родовища залізної руди в Канаді (про це невдовзі).
Таким чином, причина, по якій стрілка компаса вказує в напрямку, який люди позначили як «магнітний північ», полягає в тому, що голка змушена орієнтуватися в тому ж напрямку, що і магнітне поле Землі, внаслідок зсуву електронів в атомах матеріалу голки у відповідь на поле. Подумайте про стрілку на кінчику стрілки компаса як про аналог стрілки на кінчику ліній магнітного поля: вони спрямовані в одному напрямку.
Магнітна Північ проти Справжньої Півночі
Голка на вашому магнітному компасі вказує не на справжній Північний полюс, а на точку, яка є в даний час приблизно в 500 кілометрах (близько 310 миль) від Північного полюса, на острові Елсмір на півночі Канада. Це пов’язано з наявністю великого покладу залізної руди, яка служить своєрідною «магнітною раковиною», і «всмоктує» один кінець голки до покладу руди.
Зауважте, що було б настільки ж справедливо сказати, що інший кінець голки «вказує» на південь, тоді як другий кінець просто обертається як наслідок; це справді питання моряків, які кілька століть тому спочатку вибрали північ як фундаментальну навігаційну вихідну точку через своє розташування в Північній півкулі.
Оскільки навігація на великі відстані була настільки критичною протягом довгого часу, поправочні коефіцієнти для справжнього та магнітного північ була доступна для різних точок Землі ще задовго до того, як комп'ютеризація зробила це більш буденним завдання.
Історія магнітного компаса
Вважається, що китайці зрозуміли властивості лодестону ще 2000 років тому. Цей рідкісний мінерал сьогодні називають природним магнітом. Коли трапляється, що воно має довгу, довгасту форму, як велика голка, воно орієнтується в магнітному полі Землі, якщо його підвісити зверху. Китайці це помітили, але занепокоєні тим, чому це сталося.
До 11-12 століття н. Е. Китайці використовували магнітні компаси для навігації. За ними коротко (в історичному масштабі) слідували дослідники з Європи та інших країн. Спочатку ці піонери не змогли зрозуміти двох важливих речей: Орієнтир, який вони назвали "північ", - подяка до їх компасів насправді не фіксували під час тривалих подорожей, і він різнився різною кількістю в різних місць.
Ця реалізація призвела до розробки фактичної бази даних поправочних коефіцієнтів для всього світу. До епохи супутників навіть найелітніші військові підрозділи покладались на те, що зараз здається надзвичайно архаїчним наземним судноплавством із використанням найсучасніших магнітних компасів.
Як зробити магнітний компас
Все, що вам потрібно для виготовлення власного магнітного компаса, - це чаша води, шматок пробка, звичайний швейна голка, a магніт на холодильник і існуючий компас.
Спочатку 50 разів швидко протріть швейну голку вздовж звичайного магніту на холодильник. Важливо: робіть це лише в одному напрямку; іншими словами, ні взад і вперед.
Потім покладіть пробку в миску з водою та акуратно покладіть голку на пробку. Покладіть компас поруч із цим складом, щоб ви бачили, де північ. Незабаром, якщо вам вдалося намагнітити голку, голка зорієнтується в тому ж напрямку, що і стрілка компаса.