Jak fungují kompasy

Bez ohledu na to, kde stojíte na Zemi, můžete v ruce držet kompas a bude směřovat k severnímu pólu. Co neuvěřitelně elegantní a úžasná věc! Představte si, že jste uprostřed oceánu a díváte se všude kolem sebe ve všech směrech a vše, co vidíte, je voda a je zataženo, takže nevidíte slunce ... Jak na světě víte, jakým způsobem jít, pokud jste neměli kompas, který by vám řekl, která cesta je "nahoru"? Dlouho před satelity GPS a dalšími technologickými navigačními prostředky poskytl kompas lidem snadný a levný způsob orientace.

Co ale dělá kompas tak, jak funguje? A proč je to užitečné pro detekci malých magnetických polí, jak jsme viděli v Jak elektromagnetické práce fungují? V tomto článku odpovíme na všechny tyto otázky a také uvidíme, jak vytvořit kompas od nuly!

Kompas je velmi jednoduché zařízení. A kompas (na rozdíl od gyroskopického kompasu) se skládá z malého, lehkého magnetu vyváženého na bodu otáčení téměř bez tření. Magnet se obecně nazývá a jehla. Jeden konec jehly je často označen jako „N“ pro sever nebo je nějakým způsobem zbarven, aby naznačoval, že směřuje na sever. Na povrchu je to všechno kompas.

1. Magnetické pole Země
2. Vytvoření vlastního domácího kompasu
3. Gyroskopický kompas

Důvod, proč kompas funguje, je mnohem zajímavější. Ukázalo se, že na Zemi můžete myslet tak, že uvnitř máte pohřben gigantický tyčový magnet. Aby severní konec kompasu ukázal na Severní pól, musíte předpokládat, že pohřben tyčový magnet má svůj jižní konec na severním pólu, jak je znázorněno na obrázku vpravo. Pokud takto přemýšlíte o světě, pak vidíte, že normální pravidlo „protikladů přitahuje“ magnety způsobí, že severní konec kompasové jehly bude směřovat k jižnímu konci magnetu pohřbené tyče. Takže kompas ukazuje na severní pól.

Abychom byli zcela přesní, tyčový magnet neběží přesně podél zemské rotační osy. Je mírně zkosený mimo střed. Tento zkosení se nazývá deklinace, a většina dobrých map ukazuje, co je deklinace v různých oblastech (protože se trochu mění v závislosti na tom, kde jste na planetě).

Magnetické pole Země je na povrchu docela slabé. Koneckonců, planeta Země má průměr téměř 8 000 kilometrů, takže magnetické pole musí projít dlouhou cestu, aby ovlivnilo váš kompas. Proto kompas musí mít lehký magnet a ložisko bez tření. Jinak v magnetickém poli Země prostě není dost síly, aby se jehla otočila.

Analogie „velkého magnetu v baru pohřbené v jádru“ vysvětluje, proč má Země magnetické pole, ale samozřejmě to není to, co se skutečně děje. No a co je opravdu se děje?

Nikdo to neví jistě, ale v současné době existuje kola práce. Jak je vidět na výše uvedeném, jádro Země je myšlenka sestávat převážně z roztaveného železa (červené). Ale v samém jádru je tlak tak velký, že toto superhotové železo krystalizuje do pevné látky. Konvekce způsobená sáláním tepla z jádra, spolu s rotací Země, způsobuje tekuté železo pohybovat se v rotační vzor. Předpokládá se, že tyto rotační síly ve vrstvě tekutého železa vedou k slabým magnetickým silám kolem osy rotace.

Ukazuje se, že protože magnetické pole Země je tak slabé, kompas není nic jiného než detektor velmi malých magnetických polí vytvořených čímkoli. To je důvod, proč můžeme použít kompas k detekci malého magnetického pole vytvořeného drátem nesoucím proud (viz Jak elektromagnetické práce fungují).

Nyní se podívejme, jak si můžete vytvořit svůj vlastní kompas.

Pokud nemáte kompas, můžete si vytvořit svůj vlastní podobně jako lidé před stovkami let. K vytvoření vlastního kompasu budete potřebovat následující materiály:

• Jehla nebo jiný kus drátu podobného drátu (např. Narovnaná sponka na papír)
• Něco malého, co plave, jako kus korku, dno šálku polystyrenu, kus plastu nebo víčko z mléčné džbánky
• Miska, s výhodou koláčová deska, o průměru 9 až 12 palců (23 - 30 cm), v níž je asi 2,5 cm vody.

Prvním krokem je přeměňte jehlu na magnet. Nejjednodušší způsob, jak toho dosáhnout, je u jiného magnetu - pohněte magnetem kolem jehly 10 nebo 20krát, jak je znázorněno níže.

Pokud máte potíže s hledáním magnetu kolem domu, dva možné zdroje zahrnují otvírák na konzervy a elektromagnet, který si sami vytvoříte (viz Jak elektromagnetické práce fungují).

Umístěte plovák doprostřed misky s vodou, jak je znázorněno níže.

Technika „float on water“ je snadný způsob, jak vytvořit ložisko téměř bez tření. Vycentrujte magnetickou jehlu na plováku. Velmi pomalu bude směřovat na sever. Vytvořili jste kompas!

Magnetický kompas, jako je kompas vytvořený na předchozí stránce, má při použití na pohybujících se platformách, jako jsou lodě a letadla, několik problémů. Musí být na úrovni a má sklon se korigovat poměrně pomalu, když se platforma otáčí. Kvůli této tendenci používá většina lodí a letadel místo toho gyroskopické kompasy.

Spřádací gyroskop, pokud je podporován v orámovaném rámu a otočen, bude udržovat směr, kterým ukazuje, i když se rám pohybuje nebo otáčí. Při gyrocompassu se tato tendence používá k emulaci magnetického kompasu. Na začátku cesty je osa gyrocompassu zaměřena na sever pomocí magnetického kompasu jako reference. Motor uvnitř gyrocompassu udržuje gyroskop rotující, takže gyrocompass bude i nadále směřovat na sever a bude se rychle a přesně nastavovat, i když je loď v rozbouřeném moři nebo pokud letadlo zasáhne turbulenci. Pravidelně je gyrocompass kontrolován proti magnetickému kompasu, aby se odstranila chyba, kterou by mohl zachytit.

Další informace o kompasech, navigaci a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Proč se severní pól pohybuje??
• Jak najít skutečný sever
• Kompas Kvíz
• Jak fungují elektromagnety
• Jak fungují gyroskopy
• Jak fungují přijímače GPS
• Jak Magna Doodle funguje
• Jak bude elektromagnetický pohon fungovat  

Další skvělé odkazy

• Jak používat kompas
• Porozumění a používání kompasu
• Začínáme se základy výuky kompasů a map
• Původ magnetismu Země
• Laboratoř magnetismu Země