Компас: принцип работы и как им пользоваться

Траектория точки

Функцию Траектория точки можно описать с помощью механизма «Эллипсограф» (пример взят из тематического задания личного зачета олимпиады CAD­OLYMP 2011). Пример рассмотрения данной анимации с помощью параметризации изложен в одном из уроков на странице социальной сети «ВКонтакте» vk.com/kompas_home. Рассмотрим альтернативный способ построения данной анимации. В задании требовалось изобразить 3D­модель эллипсографа с полуосями определенной длины и не только анимировать перемещение карандаша по листу бумаги, но и создать эффект начертания эллипса.

Создав 3D­модель эллипсографа, сопряжем детали соответствующими связями, оставив свободный ход для ползунов по подложке. По умолчанию принимаем, что карандаш заточен остро, а значит в основании у него конус. Чтобы траектория перемещения карандаша не рисовалась в воздухе, создадим сопряжение «Совпадение» вершины конуса карандаша с поверхностью листа бумаги. В дереве анимации создадим четыре шага. В каждый шаг будет добавлено по два компонента: в первый и третий — карандаш и ползун, перемещающийся по вертикальной дорожке; во второй и четвертый — карандаш и ползун, перемещающийся по горизонтальной дорожке. Ползуны отвечают за перемещение карандаша, который описывает вокруг подложки эллипс. Карандаш отвечает за рисование эллипса.

Траектории перемещения ползунов по направляющим подложки строим по аналогии с примером «шестерня — рейка». Для визуализации эффекта рисования эллипса необходимо выделить в дереве анимации в Шаге 1 элемент Карандаш и в меню Траектория точки выбираем опцию Вершина. Далее следует навести курсор на вершину конуса карандаша, чтобы ловушка курсора поймала элемент Точка (рис. 23).

Рис. 23. Вершина конуса карандаша в ловушке курсора

Рис. 24. Дерево анимации с настроенными параметрами

Кнопка Создать объект добавляет в ветку дерева анимации соответствующее свойство компонента. Аналогично создаются остальные три шага, каждый из которых описывает крайние положения ползунов и запоминает траектории точек (рис. 24).

Анимация показывает процесс рисования эллипса в виде 3D­траектории, которая автоматически строится в дереве построения сборки. Эту траекторию можно потом редактировать стандартными средствами КОМПАС­3D. По умолчанию в меню Скрыть все элементы в сборке должна быть открыта опция Пространственные кривые, иначе построение не будет видно на экране (рис. 25).

Рис. 25. Анимация рисования эллипса

Описание конструкции

Для определения направления в компасе есть картушка – это круговая шкала с 360 делителями (каждая из них отвечает одному угловому градусу), размеченными так, что отчет ведется от нуля по часовой стрелке.

Обычно направлению на север (норд, N) отвечает 0°, на восток (ост, O, E) — 90°, на юг (зюйд, S) — 180°, на запад (вест, W) — 270°. Это главные компасные румбы (страны мира).

Между ними расположены «четвертные» румбы: норд-ост, или (45°), зюйд-ост, или (135°), зюйд-вест, или (225°) и норд-вест, или (315°).

Между четвертными и главными расположены 16 «основных» румбов, таких как, норд-норд-ост и норд-норд-вест (когда-то было еще 16 румбов, таких как, «норд-тень-вест», которые назывались просто румбами).

Основные виды компасов

Прежде чем приобретать компас, важно изучить особенности каждого вида: магнитного, жидкостного, электронного и электромагнитного. Все приборы того или иного типа имеют как явные преимущества, так и недостатки

Особенно важно при выборе обращать внимание на главную деталь устройства, то есть на намагниченную стрелку

Магнитные

Самые распространенные компасы, так как имеют наименьшую стоимость и привычны в использовании. Они представлены в виде круглого прибора с циферблатом, по которому идёт отсчёт углового отклонения от меридиана, и намагниченной стрелкой в центре.

Металлическая стрелка, как правило, окрашена в красный и синий цвет, означающий направление на север и юг соответственно. Она тщательно откалибрована и держится на тонкой игле.

Магнитный компас

К основным недостаткам данного приспособления относится:

  1. Неточность показаний по причине воздействия магнитного поля.
  2. Не приспособлен к работе с водной средой. Во-первых, его нельзя применять на глубине. Во-вторых, недопустимо попадание воды внутрь прибора.

Достоинства магнитных компасов:

  • компактные;
  • бюджетные;
  • лёгкие.

Электромагнитные

Данный вид компасов устроен по такому же принципу работы, как и магнитные приборы. Отличительная черта девайсов — это электронная система работы, с помощью которой произведённые вычисления выводятся на экран.

Электронные

Электронные компасы относятся к профессиональным компьютерным устройствам навигации. Информацию о местонахождении они получают со спутников. Также имеют широкий функционал, что позволяет использовать прибор и в ночное время, и под водой.

Электронный компас

Электронные компасы имеют множество достоинств. Основные из них:

  • оснащение большим разнообразием функций (подсветка, GPS навигатор, герметичный корпус);
  • некоторые модели имеют функцию запоминания траектории пути и отслеживание отклонения от маршрута;
  • отличаются высокой точностью расчётов.

Недостатком девайса является большая зависимость от электричества. Компас не выдерживает более 6 дней без подзарядки.

Жидкостные

Данная категория устройств также предназначена для определения меридиана. Жидкостные компасы очень схожи с магнитными не только по внешнему виду, но и по принципу действия. Однако внутри корпуса находится незамерзающая жидкость, которая позволяет магнитной стрелке быстрее стабилизироваться и указать нужное направление.

Жидкостный компас

Жидкостный компас имеет ряд преимуществ:

  • невысокая цена;
  • прост в использовании;
  • высокая точность;
  • быстрая стабилизация стрелки;
  • компактность.

Но отмечается и недостаток девайса. Чаще всего резервуары для жидкости изготавливают из стекла. Поэтому такие компасы могут легко повредиться, а также не предназначены для использования детьми.

Разновидности

В течение столетий компас совершенствовали, поэтому на данный момент можно легко подобрать идеальное устройство в зависимости от цели его применения. Разница между изделиями не только в материале изготовления, размере, форме или стоимости. Все приборы способны указать сторону света, но некоторые могут рассчитать угол местности или определить точное местоположение. 

По назначению

По этому критерию компасы делятся на следующие виды:

  1. Туристические, их еще часто называют спортивными. «Северная» стрелка традиционно синяя, хотя она может выделяться не цветом, а наличием утолщения на острие. Все отметки покрыты люминесцентным составом, который позволит видеть указатель при отсутствии освещения. Обязательное правило использования таких приборов — их держат в руке строго горизонтально.
  2. Геологические. Дополнительно с помощью компаса можно измерять слои горных пород. Есть круговая градусная разметка и клинометр для определения градусов по вертикали. Отличаются шкалой деления, направленной против часовой стрелки.
  3. Военные. Мало отличаются от туристических. Дополнительно имеют линейку, увеличительную линзу и более прочную конструкцию — утолщенное стекло и металлический корпус. Точнее определяют азимут направления.
  4. Астрономические. Работать с компасом можно только ночью, так как направление он определяет по звездам и другим небесным телам, но точность у изделия высокая.

ТуристическийГеологическийВоенныйАстрономический

По типу

Если подробнее остановиться на типах компасов в зависимости от их конструкции, то удастся выделить три большие группы: механические, электронные и спутниковые. Разница между ними заключается в удобстве, технических характеристиках и надежности. Что интересно, туристические устройства могут принадлежать к любому виду. 

Механический компас — простейшая модель со стрелкой, указывающей на север и юг. Здесь нет современного дисплея и работать с механизмом нужно по старинке. Стрелка, кстати, иногда может показывать неточные результаты. Тем не менее, магнитный компас надежный, недорогой, чаще других берется в путешествия. 

В электронном компасе стрелку заменяет датчик. Ориентироваться по нему гораздо проще, так как программа все сделает самостоятельно

У электронного компаса может быть множество дополнительных функций, но с ним важно помнить о запасных батарейках. 

Пользователям важно освоить и ориентирование по спутниковому компасу. Это самый многофункциональный и ненадежный тип, который может быть скачан на смартфон

Он укажет точное местоположение и «снабдит» картой, однако оставит владельца в уязвимом положении, если сигнал спутника пропадет. Случиться это может в отдаленной местности. Если лес находится недалеко от города, такого, скорее всего, не произойдет. Напротив, прибор избавит путешественника от необходимости заниматься расчетами и сверяться с картой. 

МеханическийЭлектронныйСпутниковый

Географический север и магнитный полюс

Тем, кто хочет совсем серьёзно научиться ходить по компасу, нужно разобраться в нескольких географических терминах. Например, существует целых три понятия «север». «Истинный север» расположен в географической точке полюса планеты, в навигации он роли не играет. Важен «магнитный северный полюс», на который реагирует стрелка компаса, а он постоянно смещается в магнитном поле Земли. И третий север — это «условный север» на карте, в отличие от первых двух, он не точка, а линия по всему верхнему краю карты.

Кроме того, существует понятие «магнитное склонение». Это угол между направлениями на географический и на магнитный полюсы Земли. Если магнитный полюс смещён к востоку от истинного, то склонение считается положительным, если к западу, то отрицательным. Точные значения склонений в настоящий момент для каждой точки на глобусе можно узнать при помощи специальных онлайн-калькуляторов.

Разновидности приборов

Простая модель компаса, созданная нашими предками, была существенно усовершенствована современными учеными.

В данный момент выделяют такие разновидности прибора:

  1. Магнитный: в нем стрелка располагается вдоль силовых линий магнитного пола нашей планеты и указывается на южный и северный полюс. Определив север и юг, можно с легкостью установить расположение других сторон света и выбрать направление движения.
  2. Электронный (цифровой): в данном приборе традиционная магнитная стрелка заменена специальным датчиком, но и он определяет расположение севера и юга с помощью магнитного поля Земли. Для работы такого компаса нужны батарейки или переносной аккумулятор.
  3. Радиокомпас: часто используется в самолетах, так как этот прибор определяет направление не по магнитному полю Земли, а с помощью сигнала радиостанции с четко определенным местоположением. В данный момент эта модель считается устаревшей и ее заменяют более современными GPS-навигаторами.
  4. Спутниковый: работа прибора основана на сигналах, получаемых со спутников. С одной стороны это плюс, так как подобный компас позволяет максимально точно определить положение в пространстве. Но с другой стороны эта же особенность является и минусом, так как прибор станет абсолютно бесполезным, если сигнал со спутника пропадет.

Рисунок 3. Основные виды компасов: 1 — магнитный, 2 — электронный, 3 — радиокомпас, 4 — спутниковый

Также среди моделей выделяют электромагнитный и гирокомпас, работающих по другому принципу, но их конструкция слишком сложна и не подходит для применения в походных условиях. Определившись с видами компасов, стоит установить и то, как правильно ими пользоваться в различных ситуациях (рисунок 3).

Главные критерии выбора компаса?

Размеры корпуса и его характеристики

Выбирая устройство подобного класса, на его габариты следует обращать самое пристальное внимание. Компас должен быть компактным и не доставлять дискомфорта при транспортировке и эксплуатации

Предпочтение следует отдавать моделям, защищенным от воздействия влаги и выполненным в ударопрочном корпусе;

Тип компаса

Выбирая конкретный компас, ориентироваться следует на вышеописанные характеристики. Если устройство приобретается в качестве своеобразной страховки и резервного варианта, лучше всего приобрести компактный водяной либо магнитный компас. В случае же, когда компас станет единственным устройством, предназначенным для ориентирования на местности, лучше всего предпочесть высокоточный цифровой компас со встроенным GPS-навигатором. Подобные девайсы позволяют не только быстро определять стороны света, но также и отображают координаты вашего местоположения.

Наличие дополнительных функциональных возможностей

Продвинутые армейские либо геологические компасы могут быть оборудованы инженерной линейкой, увеличительным стеклом для удобства пользования, подсветкой, предназначенной для использования устройства в ночное время, а также визирем, упрощающим навигацию на местности в полевых условиях. Более функциональными являются электронные компасы, на борту которых присутсвтуют различные девайсы, вплоть до полноценного GPS- навигатора и картплоттера, обеспечивающего полноценную навигацию и позволяющего прокладывать маршрут.

Наличие гироскопа

Компасы, оборудованные гироскопом, нужны далеко не каждому. Однако такие устройства незаменимы при речной навигации, а также при воздухоплаванье. Наличие данного устройства позволяет компасу определить не магнитный, а истинный северный полюс, что максимально повышает точность навигации и сводит на нет негативное влияние всевозможных электронных приборов, искажающих показания.

Наличие барометра и альтиметра

Данные устройства крайне полезны при горных восхождениях и многодневных экспедициях. Барометр – это прибор, измеряющий давление, и по его показаниям можно прогнозировать изменение погодных условиях. Резкое падение давления непременно означает дождь и грозу, а неизменное, стабильно высокое давление – ясную и безоблачную погоду. Альтиметр же предназначен для измерения высоты относительно уровня моря, данный прибор крайне полезен путешественникам, покоряющим горы. С его помощью достаточно просто контролировать прогресс экспедиции и анализировать высоту, на которую удалось подняться за определенный промежуток времени.

Конструкция компаса

Стрелка сама по себе не может показывать стороны света: сила взаимодействия ее с магнитным полем Земли слишком мала по сравнению с сопротивлением, возникающим при соприкосновении стрелки с твердой поверхностью опоры. Для того, чтобы уменьшить сопротивление, стрелку нужно разместить на шпиле. Это позволит стрелке свободно вращаться.

Сидящая на шпиле стрелка помещается в корпус, сделанный из латуни, меди, алюминия, пластмассы или другого не относящегося к ферромагнетикам материала. Верхняя часть корпуса закрыта колбой, которая защищает стрелку от механически повреждений и влияния ветра и осадков. Сама колба сделана из прозрачного материала, позволяющего наблюдать за работой стрелки.

Для быстрой стабилизации стрелки в некоторых современных моделях колба заполняется особой вязкой жидкостью, не замерзающей при относительно низких температурах. Жидкость притормаживает колебания стрелки — и стрелка останавливается, расположившись в направлении север—юг. Компасы, колба которых заполнена жидкостью, называются жидкостными.

Не самый элегантный, но самый функциональный жидкостный компас

Для того, чтобы с помощью компаса можно было не только найти основные стороны света, но и определить азимуты, то есть углы, измеренные в градусах по часовой стрелке относительно направления на север, компас комплектуется градусной шкалой. Обычно шкала располагается под стрелкой, хотя в некоторых случаях шкала составляет со стрелкой одно целое.

В некоторых моделях магнитных компасов кроме градусной шкалы имеется также шкала тысячных и морские румбы. Однако для туриста достаточно иметь только градусную шкалу и основные румбы — N, E, S и W, которые означают север, восток, юг и запад соответственно.

Кроме описанных основных элементов зачастую компасы комплектуют вспомогательными, позволяющими более точно производить измерения, работать в темное время, измерять вертикальные углы на местности и расстояния по карте. О дополнительных комплектующих на сайте имеется отдельный материал (Устройство компаса).

Чтобы магнитная стрелка показывала правильно направление на север, магнитный туристский компас не должен содержать в своей конструкции других намагниченных деталей либо тех, которые могут намагнититься. Так, например, маловероятно, что компас, встроенный в браслет выживания совместно с огнивом, будет работать исправно и давать точные результаты.

Магнитные

Магнитный компас – это простота и удобство в обращении. Преимущество магнитных моделей — независимость. Проще говоря, их функциональность не зависимая от степени заряженности аккумулятора. Взаимодействуя непосредственно с магнитным полем земли, встроенные магнитные элементы активизируются.

В хорошем компасе капсула с расположенным внутри циферблатом залита специальным раствором, устойчивым к колебанию температур. Индикатором уровня ориентирования служит пузырек воздуха в жидкости. Следует помнить о факторах, влияющих на точность показаний магнитного прибора:

  • присутствие металлических предметов, конструкций;
  • магнитные бури;
  • местность с высоким содержанием металлической руды.

Чтобы не оказаться вдали от цивилизации с размагниченным устройством, нужно провести «разведку». Удостовериться, что на пути следования отсутствуют металлические «помехи»

А также важно учесть фазу активности солнца, на момент ориентирования. Теперь рассмотрим основные разновидности магнитных компасов

Механический

Модель пользуется особым спросом среди туристов. Надетая на иглу намагниченная металлическая стрелка с красным кончиком, «смотрит» в направлении самого сильного магнитного поля – на север.

С помощью механического устройства и топографической карты можно максимально точно установить местонахождения ориентиров.

Для военных

От механического отличается наличием увеличительной линзы, линейки и визирного приспособления (мушки и целика), предназначенного для лучшего рассмотрения ориентиров.

Тактические модели предусмотрены для точного ориентирования в полевых условиях. Основные характеристики: корпус из металла, высокая точность.

Гироскопический

Прибор с гироскопом в основании используют в авиации и навигации. Пожалуй, это самый точный компас, показывающий географический, а не магнитный полюс.


Гироскоп

Показатели, гироскопического устройства не сбиваются даже во время раскачивания. Магнитные виды судовых компасов востребованы не менее, чем АРК в авиации.

Астрономический

Помогает определять стороны света с помощью звезд или луны. Даже точность показаний не переводит компас в группу раскупаемых. Это обусловлено бесполезностью астрономического компаса в дневное время.

Для спортивного ориентирования

Спортсмен должен освоить магнитный компас и научиться «читать» топографическую карту. Выбор компаса для спортивного ориентирования – процесс кропотливый. В идеале прибор должен соответствовать следующим требованиям:

  • магнитная стрелка устанавливается в максимально короткое время;
  • во время прыжков, бега, езды на велосипеде стрелка «сидит» как влитая;
  • прибор ложится в руку, не выскальзывает;
  • компактность и небольшой вес.

Как появился компас?

Прежде чем научить вас правильно пользоваться этим простым прибором, хотелось бы кратко рассказать, кто придумал эту штучку, помогающую находить дорогу.

Как вы думаете, где родился компас? Вы не поверите, но здесь опять не обошлось без китайцев! По некоторым имеющимся фактам доисторические приборы для определения сторон света появились у них ещё до нашей эры. Позднее, с X века, китайцы использовали его для определения правильного пути в пустыне.

Из Китая компас перекочевал к арабским мореходам, которые так нуждались в проводнике. Намагниченный предмет, помещённый в воду, поворачивался к одной стороне света.

Европейцы обрели нужный прибор к XIII веку и усовершенствовали его. Итальянец Джойя сделал циферблат, а также разделил его на 16 частей. Кроме того, он закрепил стрелку на тонкой шпильке, а чашу прибора закрыл стеклом,налив туда воды.

С тех пор прошло немало лет, компас учёные всё время совершенствовали, но сама европейская идея сегодня не изменилась.

Шкала и буквы

Диск компаса, находящийся под стрелкой, зачастую бывает расчерчен. Чаще всего на диск наносятся румбы и шкала.

Румбы обозначают стороны света, из которых основными являются четыре — север, восток, юг и запад — хотя зачастую попадаются и промежуточные, соответствующие северо-востоку, юго-востоку, юго-западу и северо-западу. Всего же существует тридцать два румба, которые можно встретить на некоторых «морских» компасах.

В зависимости от модели компаса, румбы могут обозначаться буквами алфавитов разных языков. Мне встречались две разновидности: в одной румбы были написаны на русском, в другой — на латинице.

Рассмотрим четыре основных румба в разных вариациях:

  • N (North) или С (Север);
  • E (East) или В (Восток);
  • S (South) или Ю (Юг);
  • W (West) или З (Запад).

Чтобы с помощью румбов сориентироваться по сторонам света, нужно, удерживая компас в горизонтальном положении, повернуться с ним так, чтобы северный конец стрелки указал на «N» либо соответствующую букву русского алфавита «С». Как только это произошло, обозначения румбов на диске компаса будут соответствовать направлениям сторон света.

Кстати, определять стороны света с помощью магнитного компаса можно не только на открытом пространстве, но и в закрытом, например, в густом лесу, в квартире, в пещерах, катакомбах и под водой. Во всех этих случаях компас будет работать одинаково хорошо. Главное помнить о дистанции с источниками магнитных полей.

Шкала, нанесенная на диск компаса, обычно представлена либо в градусах, либо в тысячных и нужна для определения азимутов на объект либо выбора направления движения. С ее помощью решаются более сложные задачи, чем определение сторон света, о чем мы рассказывали в отдельной статье…

Это — основы работы с магнитным компасом. Освоить ее может в течение нескольких минут любой, даже самый неподготовленный человек. Однако, несмотря на простоту, эти знания являются основополагающими для такой непростой дисциплины, как ориентирования, и дают новичку на первых же этапах почувствовать уверенность в собственных силах, что так необходимо для начала обучения и осваивания более сложных техник в дальнейшем.

butaritari все записи автора

Вы уж извините, возможно, этот вопрос многим покажется глупым. Но меня, как человека изучающего географию, он сегодня сильно озадачил.

Было вот так.

Недавно скачала игру-викторину на телефон, там вопрос: «Куда показывает красная стрелка компаса?». Я с полной уверенностью отмечаю ответ «Север» и жду, когда загорится сигнал правильного ответа. Жду. Вдруг вижу, что ответ неправильный, а красная стрелка, оказывается, показывает на ЮГ! Понимаю, что я вообще ничего не понимаю! Всю жизнь была уверена в обратном, всё-таки не раз ориентировалась по компасу и всегда выходила в нужную сторону. Пишу подруге, и мы начинаем недоумевать вместе.

Начала искать в интернете, оказывается, я не единственная, чьи умы будоражит этот вопрос. На нескольких сайтах, в том числе «Ответы mail.ru» все с полной уверенностью отвечают, что красная — юг.

В общем, что-то в этом духе, и, оказывается, те, кто не знает, что красный — юг, не учили географию в школе.

Оскорблённая, я решила всё-таки найти ответ экспериментальным путём, отыскала свою коллекцию компасов. (Они все исправные — я храню их в разных частях комнаты, чтоб не размагничивались. Рядом положила только для фото).

То, что я увидела, ещё сильнее меня озадачило.

* на среднем компасе буква S означает «SOUTH» — ЮГ

Вообще, насколько я знаю (а я ЗНАЮ), истинный северный магнитный полюс Земли находится в Тихом океане, около Антарктиды, а истинный южный — в районе Канадского Арктического архипелага. Тогда вполне логично, что красная стрелка показывает истинный южный полюс и, соответственно, географический СЕВЕР. Но ведь люди говорят по-другому, даже вопросы на эту тему составляются…

Так кто же всё-таки прав? Мы с подругой, мои компасы (а заодно и редакция журнала «Вокруг света») или же составители викторины и многочисленные пользователи интернета?!

Уважаемые участники сообщества. Пожалуйста, не ругайтесь, а просто объясните мне, в чём тут дело…