Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Стрелка магнитного компаса указывает на магнитные полюса Земли, а если быть точным, то располагается в магнитном поле Земли параллельно его магнитным силовым линиям. Это явление наблюдается как в северном, так и в южном полушариях. Но бывают и исключения, причем не так уж и редко.

Как правило, конец стрелки, указывающий на северный магнитный полюс, окрашивают в контрастный цвет.

Из чего сделана стрелка

Любая стрелка магнитного компаса сделана из ферромагнетика.

Ферромагнетик - это материал, который способен обладать намагниченностью даже при отсутствии внешнего магнитного поля. В нем устанавливается дальний ферромагнитный порядок магнитных моментов атомов и ионов, благодаря чему он и приобретает магнитные свойства. В видео объясняется это явление:

Однако при нагревании ферромагнетика до температуры Кюри указанный порядок разрушается и ферромагнетик становится парамагнетиком. Нагретый над огнем магнит утрачивает свои магнитные свойства. Именно на этом основан простейший способ размагничивания разнообразных магнитов, не исключая стрелки магнитного компаса.

Для того, чтобы намагнитить ферромагнетик заново, его температуру нужно понизить ниже точки Кюри и поместить его в магнитное поле - либо положить рядом с другим магнитом, либо намагнитить, сделав его сердечником электромагнита.

Почему магнитная стрелка поворачивается

Чтобы разобраться в этом вопросе, нужно вспомнить, что такое магнитное поле. А магнитное поле - это силовое поле, которое может воздействовать на электрические заряды и тела, обладающие магнитным моментом.

Таким образом два магнита способны взаимодействовать друг с другом, при этом их одинаковые полюса будут отталкиваться, а противоположные - притягиваться. Так, северный и южный полюса будут стремиться соединиться, а вот южный с южным и северный с северным наоборот - будут мешать соединить два магнита.

Теперь рассмотрим стрелку магнитного компаса и нашу планету. Оба этих объекта являются магнитами, а значит и взаимодействуют друг с другом по вышеуказанному принципу. То есть северный конец стрелки тянется к южному полюсу Земли, а южный - к северному.

Но как же так? Ведь нам говорили, что северный конец стрелки показывает на север? В чем подвох?

Объясняется все очень просто: северный и южный магнитный полюса Земли переименовали и назвали в честь тех географических полюсов, какие находились в непосредственной близости к ним. Таким образом получается, что вблизи географического северного полюса на самом деле находится южный магнитный полюс Земли, который для удобства был назван северным магнитным полюсом, а в южном полушарии все в точности наоборот.

Взаимодействие между этими двумя магнитами не очень сильное. Если стрелку просто положить на землю, то она вряд ли сдвинется с места. Поэтому, чтобы не мешать ей поворачиваться в относительно слабом магнитном поле Земли, ее «садят» на шпиль, который выступает в роли оси, или, как в первых европейских моделях компасов, опускают на воду, уменьшая тем самым сопротивление при вращении до минимума.

Чтобы не спутать северный и южный концы стрелки, их обычно делают разными. Чаще всего концы стрелки могут отличаться по форме и цвету. Как правило, красным цветом выделяют северный конец стрелки, но бывают и исключения. О том, какими цветами и формой выделяют северную часть стрелки, а также о том, как определить северный конец стрелки самостоятельно, есть материал в отдельной статье (Устройство компаса).

Почему стрелка не показывает на истинный север

Как уже было сказано, стрелка магнитного компаса показывает направление на магнитные север и юг Земли. Однако местоположение магнитных полюсов не совпадает с местоположением истинных полюсов Земли. Кроме того, положение магнитных полюсов Земли постоянно меняется, причем скорость изменения непостоянна во времени и отличается у северного и южного магнитных полюсов, что связано с процессами, происходящими в недрах планеты.

Таким образом, утверждение о том, что стрелка магнитного компаса всегда показывает на истинный север, ошибочно.

Часто доводилось слышать, что на Аляске - самом крупном штаты США - стрелка магнитного компаса показывает не на север, а на восток. Это не совсем так. Если рассмотреть карту изогон магнитного склонения, то видно, что наибольшее отклонение стрелки на восток не достигнет даже 40°, а это не восточное направление, а северо-восточное. А вот если говорить о том, где стрелка компаса вместо севера покажет на запад, то такая территория есть - это Нунавут, недавно ставший частью Канады.

Карта изогон представлена ниже:

Однако при необходимости все же можно по показаниям магнитного компаса определить направление на истинные полюса Земли. Для этого нужно знать величину магнитного склонения, о которой мы рассказывали

Почему иногда стрелка не показывает на магнитный север

Если быть точным, то стрелка магнитного компаса не показывает точно даже на магнитные полюса Земли. Ее показания в этом случае являются приблизительными.

На самих магнитных полюсах стрелка магнитного компаса будет стремиться занять вертикальное положение, поскольку линии магнитного поля Земли, параллельно которым располагается стрелка, на этих территориях расположены перпендикулярно к плоскости горизонта. Таким образом, северная часть стрелки будет смотреть вниз на северном полюсе, а южная - на южном.

Однако бывают ситуации, когда показания магнитной стрелки достаточно сильно отклоняются от «нормы», и тогда без дополнительных поправок в расчетах можно получить большие ошибки.

Такие отклонения могут быть связаны с рядом причин. Рассмотрим некоторые из них.

Это, например, происходит в областях магнитных аномалий, где направление силовых линий магнитного поля Земли сильно отличается от направления силовых линий магнитного поля в соседних областях. Карты с такими участками иногда имеют заметку о том, что изображенная местность относится к магнитным аномалиям.

Иногда при некорректной работе на показания магнитной стрелки могут влиять различные ферромагнетики, находящиеся рядом. Обычно их влияние присутствует всегда, но из-за их удаленности от стрелки такое влияние ничтожно мало по сравнению с влиянием магнитного поля Земли. Если же источник постороннего магнитного поля (ферромагнетик или проводник, по которому течет электрический ток) оказывается слишком близко к стрелке, то его влияние может оказаться заметным, а зачастую и стать преобладающим, что негативно скажется на результатах проводимых с помощью компаса измерениях.

В конце концов, на ошибку в показаниях магнитного (да и не только магнитного) компаса может повлиять его неисправность. Это не такая уж редко встречаемая ситуация, поэтому к ней нужно отнестись со всей ответственностью, .

Вспомогательные «стрелочные» элементы компаса

Для обеспечения корректной работы основного элемента компаса - магнитной стрелки - в этом устройстве предусмотрен ряд вспомогательных элементов. Ознакомимся с некоторыми из них.

Колба. Она позволяет защитить стрелку от механических повреждений, утери и от влияния ветра и дождя.

Жидкость в колбе. Она служит для быстрой стабилизации стрелки. Компасы, колба которых заполнена специальной жидкостью, называются жидкостными. В «воздушных» моделях для этой цели использовался латунный корпус, уменьшающий колебания стрелки за счет возникновения индукционных токов. Однако, если сравнивать два варианта стабилизации, то в случае с жидкостью любые колебания стрелки затухают намного быстрее.

Арретир. Это специальный стопор для остановки стрелки, чаще всего представляющий собой небольшой рычажок-фиксатор. Он позволяет удерживать стрелку в неподвижном состоянии, предотвращая ее хаотичные колебания во время движения человека по маршруту.

Как сделать стрелку для компаса своими руками

В аварийной ситуации, которая произошла за пределами цивилизации, может понадобится сконструировать примитивный компас.

В качестве стрелки для такого компаса допустимо использовать любые небольшие изделия из ферромагнетиков. Чаще всего в качестве стрелки для самодельного компаса используют намагниченную швейную иглу, хотя с тем же успехом в этой роли выступают и другие предметы, например, английская булавка или рыболовный крючок.

Подробнее о том, как сделать компас из подручных материалов, можно прочитать в

Кстати, в древнем Китае, где был изобретен первый магнитный компас, в качестве стрелки использовали специальную намагниченную ложку, свободно вращающуюся на гладкой доске.

Как сориентироваться по стрелке компаса

С помощью работающей магнитной стрелки можно решать разные задачи, но для ориентирования важны в первую очередь две - определение сторон света и определение направления, в котором нужно двигаться.

Для того, чтобы определить стороны света, нужно с помощью стрелки найти направление на север и стать к нему лицом. Теперь позади окажется юг, справа - восток, а слева - запад.

Чтобы по стрелке компаса выбрать направление дальнейшего движения, зная азимут, нужно определить по показаниям стрелки направление на север, а затем от него по часовой стрелке отмерить угол, соответствующий нужному магнитному азимуту.

Как видим, в работе магнитной стрелки, как и самой стрелке нет ничего загадочного и противоречивого. Все вполне объясняется законами физики и знаниями об окружающем нас мире. Именно эти знания, накопленные предыдущими поколениями, позволяли людям выживать и привели к расцвету человеческую цивилизацию, и именно эти знания в наши дни становятся на помощь тем, кто оказались в аварийных условиях вдали от цивилизации или попросту заблудился в лесу, отправившись за грибами.

Многие думают, что стрелка магнитного компаса указывает на географический север. Однако это совсем не так. Дело в том, что географические и магнитные полюса не совпадают, поэтому северная стрелка магнитного компаса в общем случае указывает на северный магнитный полюс, который находится примерно в 560 км (для эпохи 2010 года) от географического, и кроме того, магнитные полюса постоянно дрейфуют. Если же поблизости присутствуют сильные локальные магнитные аномалии, то стрелка компаса не будет указывать и на магнитный полюс. Но в любом случае стрелка компаса направлена вдоль силовых линий магнитного поля земли.

На рисунке 1 изображено положение северного магнитного полюса на глобусе. Как видно из рисунка, в разных точках планеты между направлениями на северные магнитный и географический полюса имеется некоторый угол, который называется магнитным склонением . Если северный магнитный полюс расположен правее географического полюса (стрелка компаса отклоняется на восток), то магнитное склонение считается восточным (положительным). Если же стрелка магнитного компаса отклоняется на запад, то тогда магнитное склонение считается западным (отрицательным). При совпадении направлений склонение считается нулевым.

Рис. 1. Красные стрелки указывают направление на северный магнитный полюс, чёрные - на географический.
Угол между этими направлениями называется магнитным склонением.

Как определить магнитное склонение для определённой широты и долготы? Для этого необходимо воспользоваться данными, предоставляемыми Национальным Геофизическим Центром Информации . Если ввести там координаты Москвы (55.75 N 37.61 E) на эпоху 1 января 2012 года, то будет получено следующее магнитное склонение:
Склонение = 10°16"E, изменение 0°7" к Востоку в год.

Рис. 2. Получение величины магнитного склонения для Москвы на эпоху 1 января 2012 года
на сайте Национального Геофизического Центра Информации (NOAA).

Кроме того, на том же сайте можно скачать карту мира с магнитным склонением. Фрагмент такой карты приведён на рисунке 3.

Рис. 3. Фрагмент карты магнитных склонений на эпоху 2010 года.

Как использовать магнитное склонение?

Предположим, нам нужно двигаться по карте, используя компас, строго на восток (азимут=90°), мы находимся в Москве (координаты Москвы:55.75 N 37.61 E) и на сайте NOAA мы получили магнитное склонение для Москвы на текущую дату (01.01.2012), равное 10°16"E (т.е. восточное склонение). На рисунке 4 изображено положение северной стрелки магнитного компаса относительно направления на географический север:

Поскольку магнитное склонение у нас восточное (положительное), то что бы получить нужный азимут на шкале компаса, магнитное склонение следует вычесть из того географического азимута, по которому мы собираемся двигаться:
90° - 10° = 80° .

80° - это магнитный азимут (т.е. показание компаса), следуя по которому мы будем двигаться точно на восток (азимут=90°). Естественно, если в этом направлении нужно пройти большое расстояние (тысячи километров, а если имеются локальные магнитные аномалии - то сотни километров), то магнитное склонение придётся постоянно корректировать.

Как правильно указывать направление движения на плане эвакуации?

Как следует правильно обозначать направление движения к эвакуационному выходу на планах эвакуации? Сегодня есть два расхожих мнения:

1. Стрелкой
2. Знаком Е-03 или Е-04 (Направление к эвакуационному выходу направо/налево) по ГОСТ Р 12.4.026-2001

Что говорит НД? Ничего. ГОСТ Р 12.2.143-2009 не регламентирует как нужно правильно указывать направление движения. Поэтому и существуют разногласия.

Я считаю, что следует использовать стрелку. Почему? Предлагаю рассмотреть этот вопрос подробно с теоретической и практической точек зрения:

Теоретическое обоснование — как следует указывать направление движения.

Аргументы в пользу знака:

ГОСТ Р 12.2.143-2009 определяет, что «цветографические изображения знаков безопасности... на планах эвакуации должны соответствовать требованиям ГОСТ Р 12.4.026-2001». Изучая следующее требование - «Пути эвакуации, ведущие к основным эвакуационным выходам, следует обозначать сплошной линией зеленого цвета с указанием направления движения» - некоторые разработчики видят в нём некую фонетическую связь со смысловым значением знака Е-03 или Е-04 («Направление к эвакуационному выходу направо/налево»), основанную на упоминании слова «направление». Опираясь на такую отдалённую схожесть формулировок разработчики считают, что это самое «направление движения» следует обозначать именно знаком Е-03 или Е-04. В таком теоретическом подходе есть некоторая справедливость, но в то же время и противоречие: если полностью следовать правилу изображать направление движения с помощью знаков, в смысловом значении которых присутствует слово «направление, » то было бы логично использовать все знаки подряд с Е-03 по Е-12, потому как каждый из них имеет указание конкретного направления движения «налево» или «направо», «вверх» или «вниз»:

Притом на прямых участках (например, по коридорам) следовало бы указывать направление движения как раз через знак Е-11 и Е-12, если исходить непосредственно из его смысла «Направление к эвакуационному выходу прямо». Но почему-то так никто не делает. Разработчики полагают, на каком-то непонятном основании, что вполне достаточно знаков Е-03 и Е-04 для обозначения направления движения в любую из сторон. Давайте проследим как было бы нужно указывать направление движения, если следовать упомянутой логике до конца. Итак, допустим, есть такое помещение:

Вот так мы можем изобразить с помощью стрелок и графики линий, в какую сторону поворачивать человеку, чтоб добраться до выхода из любой комнаты:

Вот так это выглядит с использованием только знака Е-03(04):

А вот так это выглядело бы, если следовать упомянутой логике до конца:

На мой взгляд, такую схему так просто не прочитаешь. Притом посмотрите, какие появляются сложности при поворотах зелёной линии пути эвакуации, — особенно там где пересекается несколько линий. Одно успокаивает, что так никто не делает.

Основным аргументом в пользу знака для указания направления движения является то, что ГОСТ Р 12.2.143-2009 прямо ссылается на ГОСТ Р 12.4.026-2001, в котором содержится описание упомянутых знаков и то что этот ГОСТ регламентирует использование этих самых знаков. Да, это является очевидным, но совершенно несостоятельным, в качестве доказательства, поскольку речь идёт только о соответствии на плане эвакуации наносимых значков. Вопрос остаётся открытым — следует ли использовать символ Е-03 и Е-04 при разработке плана эвакуации?

Существует мнение, что знак Е-03(04) более наглядный при восприятии схемы эвакуации. На мой взгляд, это спорно, потому как знак этот разрабатывался с целью направления людей во время их действительного движения по коридорам здания, а значит, задумывался он в крупном исполнении, позволяющем разместить на нём в читаемом виде достаточно развитую пиктограмму из трёх элементов: не слишком спортивного вида бегущего человека, стрелку и схематичное изображение двери. При минимально допустимой высоте знака в 5см (Таблица 3 ГОСТ Р 12.4.026-2001), такой «комикс» действительно неплохо читается с расстояния не более метра. Нужно помнить, что читаться он будет без помех от какой бы то ни было посторонней графики, так как его разместят на свободной стене, чтобы он наилучшим образом выполнял свою роль — указывал направление. А теперь вспомним максимальную высоту знака на плане эвакуации в 1,5см, а также представим себе достаточно сложное и большое помещение с запутанной планировкой, которое требует постоянного уточнения направления движения, и вообразим себе, насколько просто это будет читать:

В пользу стрелки:

В пользу стрелки также свидетельствует то что ГОСТ Р 12.2.143-2009 прямо ссылается на ГОСТ 28130: «При необходимости конкретизации признаков (технических характеристик) средств противопожарной защиты, обозначаемых на планах эвакуации, допускается применять условные графические обозначения по ГОСТ 28130», в котором содержится рекомендация в виде таблицы 3, где самым наглядным и однозначным образом показано каким символом следует обозначать «Путь эвакуации, направление следования», а также «Путь эвакуации, выход».

Таблица 3

Мы видим, ГОСТ Р 12.2.143-2009 равно ссылается как на ГОСТ 28130, так и на ГОСТ Р 12.4.026-2001 и имено в том разделе, где изложены требования к графической части плана эвакуации.

Существует мнение, что ГОСТ 28130 нельзя использовать для того, чтобы заимствовать из него какие либо символы, кроме как условные графические обозначения огнетушителей, установок пожаротушения и пожарной сигнализации, потому что этим ограничена его область применения. С одной стороны это справедливо. Но с другой, стороны ГОСТ Р 12.4.026-2001 точно также имеет совсем другую область применения, и в документе ни разу не упоминается, что его нужно использовать при разработке планов эвакуации. Почему же его используют? Потому что на него ссылается ГОСТ Р 12.2.143-2009 требуя, чтобы знаки пожарной безопасности и знаки безопасности ему соответствовали. Но точно также ГОСТ Р 12.2.143-2009 ссылается и на ГОСТ 28130, предлагая заимствовать из него знаки «противопожарной защиты» при необходимости их конкретизации. По-моему, есть очевидная необходимость конкретизации знака (символа) направления движения и таблица 3 ГОСТ 28130 с этим хорошо справляется. Хотя знак направления движения является не совсем знаком «противопожарной защиты». Возвращаясь к контраргументу, что область применения ГОСТ 28130 не распространяется на планы эвакуации, а главное, не регламентирует никакие другие графические изображения, кроме как знаки огнетушителей, установок пожаротушения и пожарной сигнализации, даже если согласиться с таким юридическим ограничением, то в этом случае мы всё равно можем использовать символы из табл.3 просто за счёт того, что нет никакого другого документа, который бы также ясно определял, как следует обозначать направление движения (направление следования) на планах эвакуации. Поэтому противоречия или какого-то нарушения здесь не случится.

Что касается формулировки «направление движения» к которой апеллируют разработчики, использующие знаки Е-03 и Е-04 как наиболее близкой по смыслу, то опять же смысловое значение этих знаков отличается от проблемного словосочетания и звучит дословно так: «Направление к эвакуационному выходу...». Обратите внимание, что семантическая формулировка стрелки «... направление следования» существенно ближе к искомому словосочетанию «направление движения», в отличии от смыслового значения знака Е-03 «направление к эвакуационному выходу».

Кроме того, «направление движения» и «направление к эвакуационному выходу» это вообще разные понятия, в отличии от синонимичных «направление движения» и «направление следования».

В итоге, как мы видим, с теоретической точки зрения все аргументы имеют, в принципе, весьма шаткие основания и небольшой перевес в пользу стрелки может быть компенсирован тем, что в предыдущей редакции ГОСТ Р 12.2.143-2009 (Р 12.2.143-2002) было приложение с примером того, как нужно делать план эвакуации. И в качестве указателей направления движения в нём использовались именно знаки Е-03 и Е-04.

До 2009 года это был серьёзный аргумент, однако сегодня такого приложения больше нет. И я полагаю, что это связанно прежде всего с тем, что пример был составлен с явными недостатками, которые за 7 лет выявила практика. Даже при сильном желании, использование в планах эвакуации знаков Е-03 и Е-04 для указания направления движения приводит к очень серьёзным проблемам в сложных помещениях, которые ставят под сомнение рациональную пользу самого плана. Чтобы это понять нужно обратиться к практике.

Практическое обоснование — как следует указывать направление движения.

Итак, начнём с простого. Возьмём одну большую комнату с одним эвакуационным выходом, огнетушителем внутри и кнопкой сигнализации. Тут всё прсто:

Теперь представим что это лишь одна из комнат на этаже, увеличим количество эвакуационных выходов и увеличим количество коридоров, допустим, что это концертный зал::

Добавим необходимые тексты:

Раз это концертный зал, вспомним требованиях международных НД и продублируем текст на английском языке:

Как видите, на плане с использованием знаков уже начинаются неприятности - а это, всего лишь, провинциальный театр у которого число посадочных мест не доходит до 200 кресел:

Но ведь есть же и столичные театры с числом посадочных мест в 1000 кресел!

Мы не можем уменьшить масштаб плана, поскольку мы не можем уменьшить величину значков в 8мм. Если же не уменьшать значки, то они, как хорошо видно на предыдущей иллюстрации, чисто физически не влезают в некоторые помещения.

В результате план не помещается в фрмат 60×40.

Попробуем его разбить на на несколько секционных исходя из количества эвакуационных выходов:

Разумеется мы можем делать с нашим планом всё что нам вздумается, но, как видите, это всё равно не спасает наш план и даже в самой маленькой секции значки наезжают друг на друга:

И взгляните, как просто и изящно решается проблема наложения значков друг на друга и как легко выглядит план, если использовать стрелку. Даже при таком масштабе изображения видны направления движения к эвакуационным выходам. Кроме того, мы избавляемся от необходимости делать секционные планы, а предоставляем помещение целиком, что безусловно улучшает пространственную ориентацию человека.

Наш план сохранил свою практическую пользу и даже некоторую графическую эстетичность!

По-моему мнению, генеральным аргументом в пользу стрелки является именно её рациональная простота в использовании и восприятии. Стрелка это прежде всего общеупотребимый, узнаваемый знак. В качестве примера повсеместного использования можно привести дорожные знаки:

Даже если вы не знаете правил дорожного движения, наверное, вы всё равно сможете понять общий смысл.

А вот это военные карты с активным использованием стрелок:

Вот прекрасный пример как стрелка указывает направление движения в виде стрелок-указателей:

Превосходно видно в какой сторону Главрыба.

А вот исключительный пример — знакомый знак Е-03 центральной образующей которого также является стрелка:

Если же человек не может понять, глядя на стрелку, в какую сторону ему следует бежать, то у меня есть большие сомнения сможет ли он разобраться в мудрёной, по сравнению со стрелкой, графике знака Е-03. И вообще, если говорить откровенно, вряд ли человеку, который остаётся озадаченно стоять глядя на стрелку, как-то можно помочь.

Немного истории:

Где в действительности берёт своё начало проблема стрелки или знака и почему она до сих пор актуальна? Дело в том, что на рынке существует два графических программных пакета для создания планов эвакуации в полуавтоматическом режиме — SunoCAD Eva и «План эвакуации» . Когда они создавались, то ориентировались на приложение ГОСТ Р 12.2.143-2002, поэтому в них изначально закладывались ошибочные алгоритмы. С тех пор программные продукты широко разошлись среди организаций связанных с противопожарной защитой, занятых разработкой планов эвакуации (все эти организации с гордостью перечислены на сайтах обеих программ). Оба программных продукта так и не обновлялись с тех пор, продолжая нести в себе неправильные алгоритмы разработки. Вероятно, искоренить это видинье в ближайшее время не получится и разработчики планов эвакуации по прежнему будут совать знак Е-03 в планы эвакуации в качестве указателей направления движения.

Подведём итог:

1. На сегодняшний день ГОСТ Р 12.2.143-2009 не регламентирует каким образом нужно обозначать направление движения на путях эвакуации.
2. Из-за отсутствия сформулированных требований как нужно обозначать направление движения на путях эвакуации, разработчик вправе обозначать их с помощью тех символов, которых считает подходящими. В этом случае ему следует руководствоваться здравым смыслом и логикой.
3. Разработчики вправе защищать и обосновывать свою точку зрения относительно того, каким символом следует обозначать направление движения апеллируя к любой нормативно-технической документации.
4. Надзорные органы не вправе признавать план эвакуации не соответствующим ГОСТ Р 12.2.143-2009 на том лишь основании, что виденье пожарного инспектора не совпадает с видиньем разработчика по вопросу того, каким символом следует обозначать направление движения.

17.02.2013 Влад Рачков.

02.07.2009

Этому вопросу больше двух тысяч лет. Человечество использовало компас веками, но понимание, куда именно указывает стрелка компаса, появилось совсем недавно. Компас – древнее изобретение. Одно из первых упоминаний о «магнитной игле» найдено в древнекитайском альманахе, составленном во втором веке. «Магнит следует материнскому принципу. Игла выкована из железа (а оно первоначально было камнем) и суть матери и сына состоит в том, что они оказывают взаимное влияние, они общаются. Суть иглы состоит в том, чтобы вернуться к первоначальной полноте. Тело её очень легкое и прямое, оно должно отражать прямые линии. Оно реагирует на Ци своей ориентацией».

В XI веке ученый, политик и философ Шэнь Ко обнаруживает, что в некоторых местах компас не всегда указывает на север: «смещается немного к востоку вместо того, чтобы указать точно на юг», но объяснить причины этого явления он не может. Поэтому, в поисках объяснения не всегда одинакового поведения компаса нужно обратиться к истории изучения магнетизма учеными Европы, куда китайский компас попал в XII веке благодаря арабским купцам и путешественникам. И хотя Шэнь Ко еще в XI веке предложил ввести двадцать четыре деления направлений вместо восьми приняных в Китае в то время, и это нововведение «прижилось» в китайских мореходных компасах начиная с XII века, в Европу компас попал в более примитивном виде. Поэтому, европейской науке предстояло фактически открыть все заново.

Появление компаса в Европе

Первая «европейская» трактовка принципа действия компаса обнаружена в письме военного инженера Петруса Перегринуса, написанном в 1269-м году. Перегринус не только описывал свои эксперименты с компасом, но и размышлял о природе магнетизма и магнитных полюсах, отталкивании и притяжении. Невероятно, но ему удалось выдвинуть сразу три гипотезы, которые подтвердились спустя века:

1. Двуполярность земного магнетизма
2. На полюсах магнитные силы направлены вертикально
3. Магнитная сила растет при приближении к полюсу.

Именно Перегринус предложил названия полюсов магнита. Конец стрелки, указывающий на Север, он предложил называть северным полюсом, а противоположный – южным. Он доработал компас. В то время компас представлял собой плавающий в сосуде магнит, без какой либо разметки. Перегринус добавил в компас градуированную шкалу и соединил компас с морской астролябией, что дало возможность определять с помощью такого компаса азимуты небесных светил. Наряду с этими удивительными догадками и нововведениями, он допускал и ряд заблуждений. В частности, он не считал способность магнитной стрелки указывать на север следствием фундаментальных свойств магнита или Земли. Он склонялся к тому, что магнитная стрелка указывает на Полярную звезду. Его мысль заключалась в том, что Полярная звезда расположена на небесной оси, вокруг которой вращаются 10 небесных сфер. Если эта звезда настолько сильна, что вокруг нее вращаются звезды, то и магнитная стрелка занимает положение в соответствии с направлением на неё. Эта теория сейчас нам может показаться наивной, но для того времени (напоминаю, XIII век) она была смелой и прогрессивной. В те времена было принято считать, что стрелка компаса притягивается находящейся на Северном полюсе огромной магнитной горой. Это поверье бытовало вплоть до XVI-го века.

И теория Полярной звезды, и теория магнитной горы были ошибочными. Сомнения зародились, когда компас стал широко использоваться в качестве морского навигационного прибора. Моряки заметили, что в некоторых местах стрелка компаса сильно отклоняется от направления на Полярную звезду, и это вызывало проблемы в навигации. Но моряки – народ сообразительный, они стали отмечать на картах значения отклонения. Первые мореходные карты с отметками магнитного склонения появились в Германии в XV веке.

Начало массового наблюдения за магнитным склонением

XV-XVI века – эпоха великих открытий мореплавателей. После открытия Америки внимание Европы было устремлено за океан, а чем дальше в море уходили корабли, тем выше становилась цена ошибки в навигации, и тем большее внимание стало уделяться картированию магнитных склонений. Были разработаны специальные приборы, облегчающие эту задачу. Явление стало массовым, и благодаря этому довольно быстро удалось собрать значительное количество измерений. Измерения показывали, что в разных местах компас по-разному отклоняется от направления на Полярную звезду, и в большинстве случаев указывает не на нее. Наука конца XV – начала XVI века еще не «разгадала» явление магнетизма и поэтому искала разные пути объяснить отклонение компаса от Севера.

Первая попытка «вычислить» магнитный полюс

В 1546-м году известный картограф Меркатор предпринял первую попытку «вычислить» местоположение Северного полюса, нанеся на карту линии, соответствующие показаниям компаса в разных точках. Он полагал, что эти линии должны пересечься в одной точке – Полюсе. Попытка оказалась безуспешной, линии не сошлись в одну точку, Полюс найти не удалось. Но Меркатор не оставлял идею и искал другие подходы к задаче. Спустя два с лишним десятка лет, в 1569-м году он впервые опубликовал карту, на которой был показан полюс, да еще как! Он изобразил приполярные области в виде огромного материка, разделенного четырьмя протоками, в центре, на полюсе, огромная чёрная гора, в отдалении, за пределами полярного материка, еще одна гора, поменьше, а не некотором расстоянии от нее маленькая точка. Еще один полюс. Первая гора обозначена как Северный полюс, вторая – как «Polus magnetis respectu insularum capitis Viridis», а возле точки написано «Polus magnetis respectu Corui insule». И пусть Меркатор поместил свой Магнитный полюс «между Сибирью и Калифорнией», но сама идея разделить географический и магнитный полюса вызывает уважение, а введение дополнительного магнитного полюса - восхищение. Как-никак, это было в середине XVI века, когда еще была в ходу теория «магнитной горы».

Развитие науки о земном магнетизме

XVI век в истории изучения геомагнетизма ознаменован не только картой Меркатора, но и открытием еще одной характеристики магнитного поля – магнитного наклонения. В 1576-м году английский физик Роберт Норман, экспериментируя с плавающей в жидкости магнитной иглой, заметил, что игла изменяет свое положение не только в горизонтальной плоскости, но и вертикальной. Т.е. к концу XVI века исследователи знали о магнитном склонении, магнитном наклонении и о силах, действующих между магнитами. До главного вывода о причинах поведения магнитной стрелки оставалось рукой подать, и в 1600-м году это наконец произошло.

Английский физик Уильям Гилберт опубликовал книгу «De Magnete. О магните, магнитных телах и о великом магните - Земле», в которой высказал революционную мысль, о том, что Земля сама по себе – большой магнит. Используя небольшую модель Земли, сделанную из природного магнитного материала, Гилберт продемонстрировал, что ее свойства и поведение вблизи нее магнитной стрелки в точности совпадают с тем, что наблюдают исследователи в разных точках планеты. Гилберт отметил, что вблизи полюсов модели магнитная стрелка занимает вертикальное положение и тем самым дал определение истинного магнитного полюса.

Гилберт верил в то, что магнитный и географический полюса совпадают. На его модели Земли они совпадали. Конечно, он знал о магнитном склонении, но объяснял его не различными координатами полюсов, а тем, что в материках содержится больше магнитных элементов, чем в океане.

Открытие Гилберта вызвало переворот в подходах к изучению земного магнетизма и привлекло новых ученых к этой задаче. Возросшее количество измерений и данных о магнитном склонении указывало на несостоятельность теории магнитного поля как пары полюсов. Математик Леонард Эйлер попытался объяснить феномен магнитного склонения «сдвинув» ось магнитного поля так, чтобы она проходила не через центр Земли, но и этого оказалось недостаточно. Похоже, что нужно было больше полюсов.

Несколько полюсов?

В 1701-м году, известный астроном Эдмон Галлей опубликовал первую карту магнитных склонений в Атлантическом океане. В ходе многолетнего плавания Галлей собирал и обобщал данные измерений и убедился в замеченном ранее факте – показания компаса в одних и тех же местах меняются со временем , т.е. значение магнитного склонения непостоянно. Пытаясь найти объяснение этому явлению, он выдвинул теорию о том, что существует два северных полюса и два южных. Одну пару полюсов он поместил на поверхность Земли, а вторую – на внутреннюю сферу, находящуюся в 800-х километрах вглубь. Такая модель позволила ему объяснить имеющиеся данные о магнитном склонении, а характер их изменений со временем объяснялась разными скоростями смещения полюсов на внешней и внутренней сферах.

Идея множественности магнитных полюсов получила развитие в начале XIX века. В 1819-м году норвежский ученый Кристофер Ханстин опубликовал трактат «Исследования магнетизма Земли», в котором обобщил все известные к тому времени данные об измерениях и попытался построить математическую модель, которая объясняла бы имеющиеся данные. По этой модели было видно, что одной пары полюсов недостаточно, нужна еще одна пара. В дополнение к паре «первичных» полюсов расположенных на севере Канады и в восточной части Антарктиды он ввел еще два полюса: в Сибири и в юго-восточной части Тихого океана.

Математические модели магнитного поля

Идея Ханстина построить математическую модель магнитного поля Земли была подхвачена Великим Гауссом. Будучи математиком, он решил не пытаться разобраться в устройстве магнитного поля, а разработать исключительно эмпирическую модель, которая описывает результаты измерений. В 1839-м году Гаусс опубликовал сразу две работы: «Напряженность земной магнитной силы, приведенная к абсолютной мере» и «Общая теория земного магнетизма», в которых представил как теоретическое обоснование метода измерения, так и совершенно новую модель магнитного поля Земли, основанную на его методе сферического гармонического анализа. Для этой модели не важно, сколько у Земли магнитных полюсов, сами полюса не играют никакой роли при анализе. Существование двух магнитных полюсов, по одному в каждом полушарии, являлось следствием анализа, а определялись полюса как «область на поверхности Земли, в которой горизонтальная составляющая поля равна нулю, а наклонение равно 90°». Тогда не все согласились с концепцией Гаусса, но сейчас его метод сферического гармонического анализа является универсальным, как и его определение магнитного полюса.

Построенная по модели Гаусса карта напряженности магнитного поля Земли показывает, что версии о нескольких магнитных полюсах имели под собой почву, а Ханстин вообще попал в точку с расположением своих дополнительных полюсов.

То, что они считали дополнительными полюсами сейчас называют крупнейшими магнитными аномалиями. Восточно-Сибирская магнитная аномалия – область с повышенным значением напряженности геомагнитного поля (по этому параметру превосходит даже Северный полюс), а в Южно-Атлантической напряженность поля, наоборот, самая низкая. Напряженность магнитного поля – только одна из его характеристик, есть еще магнитное склонение и магнитное наклонение, а сама напряженность раскладывается на составляющие – вертикальную и горизонтальную, которая в свою очередь раскладывается на северную и восточную. Карта значений магнитного склонения наглядно демонстрирует, что попытки «вычислить» Магнитный полюс по показаниям компаса были обречены на неудачу, компас не показывает на Север .

Гаусс был прав в том, что не стал тратить время на разгадывание устройства магнитного поля, геофизикам удалось это сделать только в следующем веке, когда были найдены объяснения, почему магнитное поле Земли неоднородно и меняется со временем .

Что влияет на магнитное поле Земли

Согласно сегодняшним представлениям, магнитное поле Земли является комбинацией нескольких магнитных полей, порождаемыми различными источниками.

1. Главное поле . Более 90% общего магнитного поля порождается во внешнем жидком ядре планеты. Главное поле меняется очень медленно.

2. Магнитные аномалии земной коры, вызванные остаточной намагниченностью горных пород. Изменения очень медленные.

3. Внешние поля , порожденные токами в ионосфере и магнитосфере Земли. Изменения очень скоротечные.

4. Электрические токи в коре и внешней мантии возбуждаемые изменениями внешних полей. Изменения быстрые.

5. Влияние океанических течений .

Существующие математические модели магнитного поля позволяют рассчитывать только вековые изменения. Краткосрочные возмущения, вызываемые изменяющеся Солнечной активностью этими моделями не учитываются, но учитывая то, что вековым изменениям подвержены как раз самые значимые составляющие, точность моделей очень высокая. Например, точность магнитного склонения в моделях WMM и IGRF до 30’, т.е. 0.5°. Конечно, существуют небольшие по плошади магнитные аномалии, которые не вписываются в глобальные модели, но их немного.

И не стоит думать, что термин «вековые изменения» говорит об их медлительности или незначительности. В качестве иллюстрации характера вековых изменений приводится таблица изменения магнитного склонения в четырех городах.

По этой таблице видно, что даже за такой непродолжительный в масштабах истории отрезок времени магнитное склонение в Пекине изменилось на 3°, в Москве – на 7°, в Киеве – на 8°, а в Санкт-Петербурге – на 9°. Что примечательно, в Киеве склонение поменяло направление с западного на восточное.

Направление магнитного склонения

Говоря о магнитном склонении, нужно понимать, что значит направление склонения. Посмотрите на следующий рисунок, на нем изображена взаимосвязь между склонением, магнитным азимутом (то, что мы определяем по компасу) и истинным азимутом (угол к направлению на географический Север). Проще говоря, если склонение восточное (на рисунке справа), то стрелка компаса смещается к востоку от направления на Истинный (географический) Север, а если склонение западное (на рисунке слева), то стрелка смещается к западу.

Как измененилось магнитное поле Земли за несколько столетий

Как видно из таблицы, магнитное поле Земли заметно изменилось за сто с небольшим лет, но еще интереснее выглядит картина изменений за более продолжительный срок. Как уже было сказано выше, наблюдение за компасными показаниями началось на рубеже XV-XVI веков и с тех пор не прекращалось, и благодаря этому мореходные карты сохранили бесценные для современной науки данные, по которым можно составить модель изменений магнитного поля Земли за четыре столетия. Этим воспользовались геофизики Эндрю Джексон и Метью Уокер из Университета Лидса совместно с историком Артом Йонкерсом из Университета Амстердама, которые в 2000-м году представили новую модель магнитного поля Земли gufm1 , построенную по данным, собранным с 1590 по 1990 год. Впечатляет объем данных, которые они для этого обработали. К примеру, за период до 1800-го года – более 83 тысяч индивидуальных измерений магнитного склонения в более чем 64 тысячах мест, и из них более 8 тысяч измерений относятся к XVII-му веку.

Наиболее наглядно данные модели gufm1 выглядят в виде видеоролика. Посмотрите, как изменялось магнитное склонение с 1590 по 1990 год. Оттенками желтого цвета закрашены области с западным склонением (чем темнее, тем больше склонение), а оттенками синего – области с восточным склонением. Градации цвета соответствуют 20° изменения магнитного склонения, т.е. показаны именно глобальные изменения.

Хорошо видно, что за четыре века на территории Центральной Европы сначала действовало восточное склонение, потом западное, и сейчас опять восточное. Интересная ситуация с территорией восточного Китая, линия нулевого склонения долгое время балансировала на побережье, но в последнее время наметилась четкая тенденция в сторону увеличения магнитного склонения в сторону восточного. А если вспомнить, что XI веке Шэнь Ко зафиксировал некоторое западное склонение, то тенденция станет еще более очевидной.

Выводы

Используя компас для определения направлений на местности нужно помнить, что:

1. В общем случае стрелка компаса не указывает ни на Северный, ни на Магнитный полюс, она показывает направление линий магнитного поля в данном месте.

2. Магнитное склонение – это угол между направлением на Северный полюс и направлением стрелки компаса.

3. Показания компаса в одном и том же месте могут меняться со временем.

Наверное, каждый знает, что такое компас - этот прибор издавна применяется и установлен сейчас буквально в каждом электронном гаджете. Компас напоминает часы, только указывающие не на время, а на направления света: север, юг, запад и восток. Как ни крути, стрелка компаса всегда показывает на север - почему же? Все дело в полюсах и магнитном поле Земли.

Для чего используют компас?

Компас - весьма полезное устройство, когда нужно сориентироваться в незнакомой местности - в море, в лесу или в пустыне. Морские путешественники и экспедиторы используют этот прибор с XIV века. Синяя стрелка или магнитная сторона, как правило, всегда показывает на северный горизонт (N - north), красная стрелка - на юг (S - south). С лева направо стрелки указывают на запад и восток (W - west, E - east). Также бывают и промежуточные направления - северо-запад, юго-восток и так далее.

Так почему стрелка компаса всегда показывает на север? Вообще, направление компаса указывает не на действительный полюс, проходящий через ось вращения Земли, а на полюс магнитный. Основой работы прибора является магнитное поле планеты, а не географические полюса. Так, если направиться по компасу прямо на север, дорога приведет к острову Сомерсет, который находится в 2,1 тысяч километрах от действительного географического северного полюса. Кроме того, эта точка постепенно "дрейфует" на 0,5 % каждое десятилетие.

Ориентиры прибора работают по принципу магнитов, то есть Земли и намагниченного указателя - вот почему стрелка компаса всегда показывает на север.

История создания

Создание компаса относят к европейским изобретателям XII века. Изначально механизм был весьма лаконичным: намагниченная стрелка, закрепленная на пробке, была помещена в сосуд с водой. Затем ориентир в виде стрелки стали закреплять на дне чаши и устанавливать по оси координат.

Значительно усовершенствован ориентир направлений света был в XIV веке итальянским капитаном Флавио Джойем: был создан циферблат и размещен намагниченный указатель на шпильке.

По летописям Древнего Китая компасы были созданы намного раньше - за два или три тысячелетия до нашей эры. Согласно легенде, император Хуан-ди нашел путь из пустыни с помощью компаса. Во время преследований монгольской армии их войска сбились с пути и заблудились в пустыне. У Хуан-ди была фигурка в виде человечка, всегда указывающей на юг. Закрепив человечка на колеснице, он повел свои войска по указанному направлению и вывел их из пустыни.

Показатели компаса

Всегда ли стрелка компаса показывает на север? Оказывается, нет. Устройство может указывать направление неточно при различных обстоятельствах. Например, при солнечной активности - магнитных бурях или солнечных ветрах. Стрелка компаса может некорректно показывать также возле электронных гаджетов, которые при работе создают некое электромагнитное поле.

В так называемых зонах магнитных аномалий - в Курске или Медведицкой гряде, компас и вовсе теряет всякую координацию: начинает показывать север вместо южной стороны, или запад вместо востока. Помимо прочего, основанием неправильной работы компаса могут быть магниты или металлические предметы, находящиеся около прибора.

Таким образом, компас, как механическое устройство, может варьировать показатели, в зависимости от содержания металлических, железосодержащих веществ, магнитных полей Земли или солнечной активности.

Гироскопический компас

Компасы изготавливаются не только на основании магнитов, их еще делают по принципу гироскопа - устройства с вращающимся диском (пример: волчок или юла). Эти приборы, которые еще называют - гирокомпасы, широко распространены в ракетной технике или в морской навигации.

В гироскопических приборах всегда отражается истинный полюс, куда и показывает стрелка компаса. Другими словами, это точка, через которую проходит ось, вокруг которой вращается Земля. Преимуществом гироскопических компасов является их меньшая чувствительность к магнитным полям, которые могут вызвать какие-либо металлические детали, например, части корабля или судна.

Электронного же типа компасы с GPS-навигатором используются в смартфонах или других гаджетах.

Итак, если подытожить, почему стрелка компаса всегда показывает на север. Максимальное количество зарядов находится на магнитных полюсах Земли. Исходя из этого, указатель компаса перераспределяется по меридиану на противоположные заряды - на север и юг.