Компас

<час />

Фон

Компас - это устройство, используемое для определения направления на поверхности земли. Самый известный тип компаса - это магнитный компас, который основан на том факте, что магнитный объект имеет тенденцию выравниваться с магнитным полем Земли. Другие типы компасов определяют направление, используя положение Солнца или звезды, или полагаясь на тот факт, что быстро вращающийся объект (гироскоп) имеет тенденцию сопротивляться повороту от направления, в котором указывает его ось.

Основными частями магнитного компаса являются стрелка (тонкий кусок магнитного металла), циферблат (круглая карта, на которой напечатаны направления) и корпус (который удерживает другие части на месте). Недорогие компасы, обычно используемые в качестве игрушек, могут не иметь других деталей. У компасов, предназначенных для более серьезных целей, обычно есть другие детали, которые делают их более полезными. Эти другие части могут включать крышки, крышки или футляры для защиты компаса; прицелы, в которых используются линзы, призмы или зеркала, позволяющие пользователю определять направление объекта на расстоянии; и прозрачную опорную пластину, на которой нанесена шкала в дюймах или миллиметрах, чтобы компас можно было использовать непосредственно на карте.

Важной функцией многих компасов является автоматическая регулировка склонения. Склонение, также известное как дисперсия, - это разница между магнитным севером (направлением, на которое указывает стрелка) и истинным севером. Это различие существует потому, что магнитное поле Земли не совпадает с ее северным и южным полюсами. Величина склонения варьируется от места к месту на поверхности Земли. Если величина склонения известна для определенной области, автоматическая регулировка склонения позволяет пользователю компаса считывать истинное направление непосредственно с компаса, вместо того, чтобы прибавлять или вычитать величину склонения каждый раз при использовании компаса.

История

К 500 <малому> году до н. Э. было известно, что магнитный камень, встречающаяся в природе форма оксида железа, также известная как магнетит, обладает способностью притягивать железо. Никто не знает, где и когда было впервые замечено, что свободно движущийся кусок магнитного камня имеет тенденцию выстраиваться так, чтобы указывать на север и юг. Письменные записи показывают, что китайцы использовали магнитные компасы до 1100 нашей эры . , западные европейцы и арабы к 1200 нашей эры и скандинавы к 1300 нашей эры

Ранние компасы представляли собой кусок магнитного камня на дереве, пробке или тростнике, плавающем в чаше с водой. Несколько позже иглу из магнита поворачивали на штифте, прикрепленном к дну емкости с водой. К тринадцатому веку к компасу добавили карту с указанием направлений. К середине шестнадцатого века чаша с водой была подвешена на карданном подвесе, что позволяло компасу оставаться на одном уровне во время использования на борту корабля, выбрасываемого океаном.

В 1745 году английский изобретатель Говин Найт разработал метод намагничивания стали в течение длительного времени. Это позволило иглам из намагниченной стали заменить иглы из магнитного камня. В начале девятнадцатого века железо и сталь стали широко использоваться в судостроении. Это вызвало искажения в работе магнитных компасов. В 1837 году британское адмиралтейство создало специальную комиссию для изучения этой проблемы. К 1840 году новая конструкция компаса с использованием четырех игл оказалась настолько успешной в преодолении этой трудности, что вскоре была принята военно-морскими силами по всему миру.

До середины XIX века мореплаватели использовали как компасы с сухими карточками, в которых стрелка вращалась в воздухе, так и жидкие компасы, в которых стрелка вращалась в воде или другой жидкости. Компасы с сухими картами легко подвергались ударам и вибрациям, тогда как компасы с жидкими картами имели тенденцию протекать и их было трудно ремонтировать. В 1862 году усовершенствования в конструкции жидкостных компасов быстро сделали сухой компас устаревшим для использования на море. К Первой мировой войне британская армия использовала жидкие компасы на суше, и жидкие компасы по-прежнему являются стандартом для лучших портативных магнитных компасов.

Сырье

Стрелка магнитного компаса должна быть изготовлена ​​из металлического материала, который можно намагничивать в течение длительного периода времени. Чаще всего для стрелок компаса используется сталь. Сталь - это сплав железа и небольшого количества углерода. Сырьем, используемым для производства стали, является железная руда и кокс (богатое углеродом вещество, получаемое путем нагревания угля до высокой температуры в отсутствие воздуха). Другие вещества, такие как кобальт, часто добавляют в сталь для получения сплавов, которые могут намагничиваться в течение очень долгого времени.

Корпус, удерживающий иглу на месте, часто изготавливается из акрилового пластика. Акриловые пластмассы производятся из различных производных химического соединения акриловой кислоты. Наиболее важным из этих производных является метилметакрилат. Тысячи молекул метилметакрилата связаны в длинную цепь с образованием полиметилметакрилата, известного под торговыми названиями Lucite и Plexiglas. Полиметилметакрилат имеет преимущества в том, что он прочный и прозрачный.

Производственный
процесс

Изготовление иглы

• 1 Железная руда, кокс и известняк нагреваются в доменной печи горячим сжатым воздухом. Кокс выделяет тепло, которое плавит руду, и окись углерода, которая реагирует с оксидами железа в руде с выделением железа. Известняк реагирует с примесями в руде, такими как сера, с образованием шлака, который плавает на расплавленном чугуне и удаляется. Продуктом этого процесса является чугун, который содержит около 90% железа, 3-5% углерода и различные примеси.
• 2 Чтобы удалить примеси и большую часть углерода, кислород продувается в расплавленный чугун под высоким давлением. Примеси выделяются в виде шлака, а углерод - в виде оксида углерода. Оставшуюся расплавленную сталь разливают в формы и дают остыть в слитки весом в тысячи фунтов каждый.
• 3 Слитки нагревают примерно до 2200 ° F (1200 ° C) и прокатывают между рифлеными валками для формирования слябов. Плиту разрезают гигантскими ножницами, повторно нагревают и снова прокатывают до тех пор, пока она не станет подходящей для игл толщины. Затем тонкий лист стали штампуют острым штампом в форме иглы. Этот процесс повторяется для изготовления множества игл из одного листа стали.
• 4 Иглы отправляются от производителя стали производителю компаса. На заводе по производству компасов иглы вручную вставляются в держатели на автоматизированном поворотном столе. Во время вращения поворотного стола «северный» конец иглы покрывается красной краской, а «южный» конец иглы окрашивается белой краской. Продолжая движение иглы, она подвергается воздействию сильного магнитного поля, создаваемого электронным намагничивателем.
• 5 Намагниченные иглы снимаются с вращающегося подноса и краске дают высохнуть. Иглы также можно запечь в духовке, чтобы краска высохла. Затем они помещаются на хранение до тех пор, пока не понадобятся для сборки.

Изготовление корпуса

• 6 Полиметилметакрилат образуется при воздействии на раствор метилметакрилата света, тепла или воздействия различных химических катализаторов. Затем компоненты корпуса компаса формируются с помощью процесса, известного как литье под давлением. Полиметилметакрилат нагревают до тех пор, пока он не превратится в жидкость. Затем впрыскивается расплавленный пластик. Простой компас с поворотной стрелкой, вид спереди и сбоку. в форму желаемого продукта. Форме дают остыть, открывают и удаляют твердый пластик. Различные пластиковые компоненты отправляются от производителя пластика производителю компаса и хранятся до тех пор, пока они не понадобятся.

Сборка компаса

• 7. Когда производитель компаса получает заказ от оптовика, руководитель завода организует выдачу необходимых деталей со склада рабочим на сборочной линии. По мере продвижения компаса по сборочной линии пластиковые компоненты защелкиваются вместе. Некоторые пластиковые компоненты проходят через принтеры, которые наносят на них маркировку, например логотип компании, или отметки масштаба для использования с картами.
• 8 Одним из важнейших компонентов компаса является пузырек, в котором находится игла. Игла сбалансирована на шарнире, что позволяет ей свободно перемещаться. Недорогие компасы могут иметь стальную ось, но лучшие компасы имеют ось, украшенную драгоценными камнями, чтобы противостоять износу. Украшенные драгоценными камнями оси изготовлены из очень твердых материалов, таких как сплав осмий-иридий, и покрыты таким материалом, как искусственный сапфир.
• 9 Флаконы погружают в жидкость, которая служит увлажнителем. Демпфер - это вещество, которое заставляет иглу быстрее останавливаться, когда ее трогают. Для глушителей используются различные жидкости. Эти жидкости должны быть прозрачными и не должны вступать в реакцию с какими-либо компонентами компаса. Типичная жидкость, используемая для этой цели, может быть смесью этилового спирта и воды.
• 10 Флаконы, наполненные жидкостью, герметизируются с помощью ультразвуковой сварки. Это позволяет избежать воздействия тепла на иглу, которое может нарушить ее магнетизм. В этом процессе ультразвуковые волны используются для плавления пластмассы в том месте, где флакон должен быть запечатан. Затем пластику дают застыть, образуя плотное уплотнение. Сборка компаса продолжается, когда запечатанный флакон фиксируется на опорной плите. Компас на опорной плите.
• 11 Готовые компасы упакованы таким образом, чтобы защитить их от кражи и повреждения. Они могут быть упакованы в упаковку из моллюска, в которой пластиковый контейнер, напоминающий раковину моллюска, окружает компас. Они также могут быть упакованы в блистерную упаковку, в которой пластиковый пузырек, прикрепленный к плоскому куску картона, окружает компас. Упакованные компасы помещаются в картонные коробки и отправляются оптовику.

Контроль качества

На каждом этапе производственного процесса различные компоненты компаса проверяются визуально и удаляются, если они неисправны. Общие недостатки включают ошибки печати и пузырьки в увлажняющей жидкости. Самая важная часть компаса, магнитная стрелка, вряд ли окажется неисправной. Те немногие случаи, когда игла не работает должным образом, обычно вызваны тем, что потребитель подвергает иглу воздействию сильного магнитного или электрического поля. В таких случаях игла может быть повторно намагничена так, чтобы она указывала назад, а «северный» конец был направлен на юг.

Самая важная часть контроля качества магнитного компаса - это ответственность пользователя за обучение правильному использованию компаса. Компасы - очень надежные инструменты, но они бесполезны, если пользователь не знает, как правильно ими пользоваться. Умение учитывать склонение - важный навык при использовании магнитного компаса. В некоторых частях света отказ от отклонения может привести к ошибке в несколько градусов, в результате чего пользователь будет отклоняться на много миль от предполагаемого пункта назначения. Отличный способ научиться пользоваться компасом - это заняться спортивным ориентированием. Этот вид спорта включает использование карты и компаса, чтобы соревноваться с другими в поиске пути от начальной точки до выбранного пункта назначения.

Будущее

В 1970-х годах ВМС США начали амбициозный проект, известный как Глобальная система позиционирования (GPS). Проект GPS был передан ВВС США в 1980-х годах и завершен в июне 1993 года. GPS состоит из системы из 24 спутников, содержащих атомные часы, которые передают на Землю очень точные сигналы времени. Анализируя точное время прибытия этих сигналов на приемник, можно с большой точностью определить местоположение. Устройства размером не намного больше обычного компаса могут определять местоположение в пределах 100 футов (30 м).

На первый взгляд может показаться, что GPS грозит сделать магнитный компас устаревшим. На самом деле все как раз наоборот. Поскольку GPS указывает положение, но не направление, производители оборудования GPS рекомендуют использовать его с компасом. Компасы также имеют то преимущество, что не требуют подачи энергии. В отличие от GPS, компасы можно использовать, когда густые деревья или большие здания блокируют прием электронных сигналов. Хотя GPS обещает произвести революцию в навигации, традиционные компасы останутся жизненно важным компонентом того, как мы ориентируемся.