Проект по физике : «Компас. История компаса».

МКОУ « Ростошинская СОШ»

               Проект по физике

        «Компас. История компаса».

Выполнил ученик 9 класса

Александр Власов

Руководитель: учитель физики Стебунова О.А.    

                2019-2020у.г.

                                       План работы:

                                       Вводная часть

 Что значит - ориентироваться?        

Устройство магнитного компаса.        

 Исследовательская часть

1. Большая история маленькой магнитной стрелки.        
2.  Магнитное поле Земли.        
3.  Как изменился компас.        

 Заключение.        

Литература.        

Компас (в профессиональной речи моряков: компас) — устройство, облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас. Предположительно, компас был изобретён в Китае при династии Сун. В Европе изобретение компаса относят к 13в.

Цель работы: узнать историю и принцип действия магнитного компаса

Актуальность: Умение ориентироваться  только с компасом. Без компаса изучать электромагнитные явления по физике  нельзя.

 Гипотеза: для чего человеку необходимо знать навыки ориентирования, как и зачем появился новый предмет компас, который так важен человечеству. Желание доказать, что компас можно не только использовать в профессиональных целях, но и в играх детских.

Методы исследования: поисковые, описательные, теоретические и практические.

Результаты работы и выводы: поиск материала из интернет.

Практическая значимость: знакомство с историей происхождения компаса и его работой, использование компаса в разных сферах деятельности, на уроке физики в школе, при выполнении лабораторных работ на уроках физики, географии.  

,

I. Вводная часть.

1. Что значит - ориентироваться?

Умение ориентироваться - очень важное умение в жизни не только человека, но и животных. Многие животные обладают этой способностью от рождения. Кошки находят дорогу домой. Перелетные птицы дважды в год летают по своим маршрутам. Прекрасно ориентируются в пространстве птицы, летучие мыши, волки и собаки, крысы, пчелы и многие другие животные. Известны случаи, когда целые экспедиции гибли из-за потери ориентировки. И, наоборот, умение ориентироваться на местности, помогало людям в трудную минуту.

•  В книге Бориса Полевого «Повесть о настоящем человеке» раненый военный летчик Мересьев был сбит фашистами и упал на занятой врагом территории. Карту он потерял при падении. Чтобы выйти к своим, он решает двигаться на восток и ориентируется по Солнцу и звукам отдаленного боя.
•  В рассказе Тургенева «Бежин луг» автора выводит к людям свет огня.
•  В повести А. Гайдара «Школа» учитель географии ставит двойку двум сбежавшим на фронт ученикам за то, что те выбрали неправильное направление в то время, как остальные учителя хвалили беглецов за возвращение и ублажали их пятерками.

Ориентироваться на местности - это уметь определять свое местонахождение в пространстве, определять стороны горизонта и находить нужное направление движения. Причем, направление движения определяется относительно направления на север и выражается в углах, измеренных от этого

направления по ходу часовой стрелки от 0° до 360°. Эти углы называются магнитными азимутами.

На практике при измерении углов часто обращаются к компасу.

На однообразной и бедной ориентирами местности: в лесу, в поле, в иногда никак иначе не сличить карту с местностью и ориентирование возможно только по компасу.

Объект исследования: компас.

Предмет исследования: история происхождения компаса, правильное пользование компасом.

Методы: поисковые, описательные, теоретические и практические.

Цель: узнать историю и принцип действия магнитного компаса. Виды компасов.

Задачи:

теоретические

1.  знакомство с понятием «магнетизм»
2.  знакомство с историей создания и усовершенствования компаса

 практические

1. создание школьного пособия для объяснения способа ориентирования с помощью компаса
2. Устройство магнитного компаса.

Рассмотрим устройство армейского компаса Андрианова. Он состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка. При незаторможенном состоянии стрелки ее северный конец устанавливается в направлении на Северный магнитный полюс, а южный — на южный магнитный полюс. В нерабочем состоянии стрелка закрепляется тормозом.

Внутри компаса — круговая шкала из 120 делений. Одно деление — 3 градуса. В компасе две шкалы. Одна (внутренняя) нанесена по часовой стрелке, другая (внешняя) — против часовой стрелки. На вращающемся кольце закреплены мушка и целик для точного наведения на предмет (визирования).

Мушку ставят на нулевое деление, компас — в горизонтальное положение. Отпускают тормоз магнитной стрелки и поворачивают компас так, чтобы северный конец стрелки совпал с мушкой (нулевым отсчетом). Если нужно замерить угол направления движения (азимут), то нужно просто повернуть (навести) мушку на объект направления движения, не меняя положения компаса.

Такой замер легче произвести вдвоем, когда один человек точно следит за ориентированием компаса, а второй — определяет положением крышки направление на ориентир.

II. Исследовательская часть.

1. Большая история маленькой магнитной стрелки.

Главная часть компаса, которая определяет его работу — магнитная стрелка. Это одно из величайших изобретений человечества. Легенда гласит, что давным-давно жил пастух, которого звали Магнитус. Пастух носил с собой железный посох и, однажды, когда он присел отдохнуть у камня, посох прилип к странному камню. Камни, которые по необъяснимым причинам притягивали железные предметы, стали называть камнями Магнитуса, потом — магнитусами, еще позже — просто магнитами.

В китайской энциклопедии 2-го века магнит определяется как «камень, который дает направление железной игле». На колесницах китайских вельмож еще до нашей эры устанавливались железные фигурки с вытянутой рукой, которая показывала на юг. Это был прообраз компаса.

4 тысячи лет назад в китайской летописи осталась такая запись: «Идут караваны по бескрайним пескам пустыни Гоби. Солнце скрыто желтой пеленой пыли... Трудно пришлось бы караванщикам, если бы они не захватили с собой белый глиняный горшок, который они берегут пуще всех своих дорогих грузов, хотя нет в нем ни золота, ни жемчуга, ни слоновой кости. В сосуде на деревянном поплавке лежит коричневый камень, «любящий железо». Он, поворачиваясь, все время указывает путникам сторону юга, а это ... спасает их от многих бед, выводя к колодцам и направляя по верному пути».

В Китае магнитный компас использовался и в далеких плаваниях на кораблях.

Странность камня была и в том, что если потереть небольшим железным предметом о такой камень, то он тоже намагничивался. У намагниченных предметов появлялись два конца - полюса. Одни полюса притягивались друг к другу, другие - отталкивались. То есть еще на заре нашей эры китайские ученые уже создавали искусственные магниты! Условно, конец стрелки, показывающий в направлении Полярной звезды, назвали - северным, а противоположный конец - южным. Первый компас привез в Европу из Китая великий путешественник Марко Поло. Это было

в 13 веке. Он представлял из себя чашу с водой, внутрь которой помещали пробку с воткнутой в нее намагниченной иголкой.

Первый ученый труд о магнитах был написан в 13 веке во Франции Пьером де Мерикуром по прозванию Перегрим. Этот талантливый ученый описывает как плавающий магнит, так и «сухой», причем у последнего - стрелка на вертикальной оси и вращается по кругу, имеющему 360 делении. Перигрим, в отличие от китайских ученых, считал, что стрелку притягивает не Полярная звезда, она сама поворачивается к полюсу, потому что «полюсы магнитных камней получают силу от полюсов мира». Это была первая догадка о том, что земля сама создает силу, поворачивающую магнитную стрелку. Труд ученого был забыт и опубликован только через 300 лет.

В средние века инквизиция считала, что стрелку компаса двигает нечистая сила и запрещала компас. Капитаны кораблей, однако, возражали, что им все равно, какая сила - чистая или нечистая покажет дорогу в родной порт. В 12 - 13 веке появляются и первые руководства по движению с помощью компаса. Там объяснялось, что стрелку компаса ориентирует магнетизм Полярной звезды.

Интересно, что во время плавания Колумба в сентябре и октябре 1492 года, его моряки заметили, как стрелка компаса перестала показывать на географический север — тот, где Полярная звезда. Это случилось после отплытия его кораблей «Санта - Мария», «Пинта» и «Нинья» с Канарских островов. Матросы грозили бунтом, кричали, что «сам Бог проклял Колумба» и требовали повернуть корабли на восток. Колумб не знал, как это объяснить, не знал, что магнитный и географический полюса не совпадают и «успокоил» команду тем, что Полярная звезда сдвинулась со своего места. Так было установлено, что магнитное поле ориентировано не строго на север — имеет склонение.

Первый трактат «О магните» сформулировал Гильберт - лейб- медик английской королевы в 1600 году. Он же провел такой опыт. Из куска природного магнита он вырезал шар - модель Земли и исследовал. Какое положение занимают магнитные стрелки вокруг шара. Гильберт высказал предположение, что, если бы магнитные стрелки направлялись магнитным полем отдаленной звезды, их положение было бы иное.

На труды Гильберта ссылался Галилео Галилей. Их продолжили ученые Российской Академии наук - Эллер и Ломоносов. Эллер пытался рассчитать распределение магнитного поля Земли. Ломоносов среди прочих своих изысканий занимался еще и усовершенствованием компаса.

Он тоже интересовался распределением магнетизма Земли. Профессор

Казанского университета Иван Михайлович Симонов увлекся геомагнитными исследованиями после того, как вернулся из плавания к берегам Антарктиды вместе с Беллинсгаузеном и Лазаревым на кораблях «Восток» и «Мирный». В этом плавании Симонов был астрономом экспедиции — определял координаты побережья и проводил магнитные измерения. Он напечатал целый ряд работ о магнетизме. Формулу, позволяющую определить все элементы земного магнетизма в любой точке, открыл Карл Фридрих Гаусс. Его труд «Напряженность земной магнитной силы, приведенной к абсолютной мере» вышел в 1832 году.

2. Магнитное поле Земли.

Магнитное поле помогает ориентироваться кораблям, самолетам, подводным лодкам и просто путешественникам. Стрелка компаса располагается вдоль направлений линий магнитного поля, которые идут от одного полюса магнита к другому. В северном полушарии располагается Северный геомагнитный полюс, а в южном — Южный геомагнитный полюс, хотя расположение полюсов, если сравнить их с магнитами, прямо противоположное. Магнитные и географические полюса не совпадают. Не совпадают, также, географический и геомагнитный экватор (воображаемая линия, где магнитное склонение равно нулю).

Северный магнитный полюс открыл английский капитан Джеймс Кларк Росс в 1831 году в районе Канадского Арктического архипелага на расстоянии примерно 1000 км от Северного географического полюса.

Южный магнитный полюс был открыт экспедицией Джеймса Росса через 10 лет недалеко от берега Антарктиды на расстоянии примерно 800 км от Южного географического полюса.

Магнитный экватор установил немецкий натуралист Александр Гумбольдт в 1799 году во время путешествия в Южную Америку.

Магнитный компас помогал не всегда. В 1694 году в районе Гибралтарского пролива разбилась о скалы английская эскадра. Крушение произошло потому, что штурман не знал величины магнитного склонения. В океан была направлена экспедиция под командованием моряка и ученого Эдмонда Г аллея, который почти 2 года измерял его в Атлантическом и Индийском океанах. Подобные исследования проводились в 18, 19 и 20 веке. Они стали проводиться не только на море, но и на суше. Ныне подробная информация о распределении магнитного поля Земли получается с искусственных спутников, оснащенных специальными приборами.

О возникновении магнитного поля нашей планеты есть много предположений.

В физике известны явления, когда магнитное поле возникает при вращении. Правда, расчеты показали, что если бы магнитное поле возникло таким образом, оно было бы в 10 миллиардов раз меньше.

В 1947 году наш физик Я. И. Френкель предположил, что в земном ядре вырабатывается электрический ток, а тот — вызывает магнитное поле и усиливает первичное, возникающее при вращении Земли. Эту теорию развили и доработали. Появилось даже направление науки — магнитогидродинамика. Сегодня считается, что изменение магнитного поля Земли вызывают и внешние причины — влияние Солнца, луны, например. От Солнца к Земле летит поток заряженных частиц - «солнечный ветер». Летящая заряженная частица — это электрический ток. Они подлетают к Земле и взаимодействуют с ее полем. Так возникают магнитные бури, во время которых сбиваются показания приборов.

3. Как изменился компас.

Устройство компаса с момента его появления в Европе в 12 - 13 веке оставалось очень простым — магнитная стрелка, укрепленная на пробке и опущенная в сосуд с водой.

Усовершенствован он был только в 14 веке. Этому событию предшествовала романтическая история. Итальянский моряк Флавио Жиойя был влюблен в единственную дочь капитана Доминико - Анжелику. Выдать замуж ее за Флавио он отказывался, но, однажды, он попал в кораблекрушение. Капитан потерял всю команду, сам выжил чудом и поклялся, что отдаст свою дочь тому, кто придумает, как находить верный путь, когда из-за тумана не видно ни Солнца, ни звезд.

Дорожный компас с солнечными часами XVIII в.

Центральный Военно-Морской музей, Санкт- Петербург.

Влюбленный юноша догадался скрепить магнитную стрелку с бумажным кругом, по краю.

• Электромагнитный компас является "развёрнутым"

электрогенератором, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а одна или несколько рамок с обмотками - ротора. Первое применение электромагнитный компас нашёл в авиации. Был использован Чарльзом Линдбергом при перелёте через Атлантику в 1927 году.

• Электронный компас, история создания и принцип действия которого тесно связаны с системами спутниковой навигации.

.

Даже если с тобой нет никаких приборов, то можно наэлектризовать иглу, потерев ее об сухие волосы, шерсть. Вместе с электрическим полем одновременно появится магнитное поле. Игла слегка отклонится в сторону севера. Эффект очень слабый, поэтому все нужно делать быстро, беречь показания самодельного компаса от ветра и быть внимательным. Для страховки можно повторить опыт несколько раз и обязательно сверить с другими признаками на местности.

Если ты заблудился, то помни, что магниты стоят во всех приборах, где есть динамики - устройства, издающие звуки. Они есть в радиоприемниках, магнитолах автомашины и телефонах. Значит, ты можешь изготовить компас, намагнитив иглу или кусочек тонкой проволоки или тонкую железную скрепку.

                                                                  Вывод.

В данной работе я изучил необходимую литературу , узнал интересные факты о происхождении компаса, выяснил родину и путь развития компаса, установил его полезные свойства, провел исследование среди одноклассников об информированности этого прибора и его популярности.

Проанализировав все выше сказанное я сделал следующие выводы:

• Компас был открыт в Китае
• В Европе компас использовали в 13 веке.
• Знакомство с разными видами компасов.
• Использование компаса в разных направлениях: играх, при работе на природе, в процессе обучения на уроках  физики,географии.

Во время работы я нашел много интересного материала о компасе, научилась анализировать собранный материал и проверять результат.Компас нужен человеку.