XXVII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Можно ли создать компас своими руками?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Квасова А.В. 1

---

1Инженерный лицей БПОУ «Омавиат»

Попович С.В. 1

---

1Инженерный лицей БПОУ «Омавиат»

Работа в формате PDF

1.2 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

К нам в школу приезжала команда спасателей из поисково-спасательного отряда «ДОБРОСПАС-ОМСК». Послушав их выступление, я задумалась над тем, что помогает людям сориентироваться и найти верную дорогу. В древности человек понимал, как определять свое местоположение на основании того, что его окружает. Солнце соприкасается с горизонтом, обозначая восток и запад. Юг можно определить по нахождению солнца в зените. При наличии определенных знаний можно разобраться в направлениях по звездам или по другим природным признакам. Но как сориентироваться на местности, если небо затянуто тучами и никаких явных природных указателей нет? В таком случае помогает компас. Как же все-таки устроен компас и кто его изобрел? Можно ли самому изготовить компас из подручных материалов? Я решила найти ответы на поставленные мною вопросы.

Цель работы: изготовить магнитный компас своими руками из подручных материалов.

Объект исследования: компас.

Предмет исследования: особенности работы магнитного компаса.

Для достижения цели нами поставлены задачи:

1.Изучить историю происхождения компаса и его устройство.

2.Изучить свойства магнита, для того чтобы понять принцип работы компаса.

3.Изготовить своими руками модель магнитного компаса.

4. Экспериментальным путём проверить точность показаний самодельного компаса в сравнении с показаниями магнитного и электронного компасов.

Гипотеза: мы предполагаем, что можно изготовить компас своими руками из подручных материалов, который поможет точно определить стороны горизонта и направление движения.

Методы работы. Для реализации поставленных задач использовался метод наблюдения, сравнительный анализ, обобщение.

Глава 1. Теоретические подходы к изучению компаса

1.1 История происхождения компаса

Компас - это навигационный прибор для определения сторон света. Слово «компас» происходит от старинного английского слова compass, означавшее в XIII в. - «круг». Также существует версия, что слово происходит от латинского слова «compassare», что означает «измерять» [1, с. 285].

Компас был изобретен еще в древности в Китае. Его первое описание сделал китайский философ Хэнь Фэй-цзы в III в. до н. э. Первый китайский компас представлял собой ложку с длинной ручкой из магнитного железняка (магнетита), которая лежала на пластине с обозначением сторон света (Приложение 1 рис. 1). Ложка вращалась и останавливалась, указывая черенком на юг. Повернув пластину так, чтобы обозначение юга совпало с указаниями черенка, моряки определяли направления всех сторон света и устанавливали курс корабля. Компас-ложка был не точен – на вращение ложки влияло трение о пластину, и она могла остановиться, не «докрутившись» до юга.

После открытия китайского ученого Шэнь Гуа о намагничивании железа магнетитом, в XI в. был изобретен водяной компас с намагниченной стрелкой в форме рыбки, плавающей в миске с водой, так как в воде сила трения меньше и стрелка крутится почти беспрепятственно (Приложение 1 рис.2). В тоже время появился игольчатый компас, стрелкой которого стала тонкая и легкая намагниченная стальная игла, практически не испытывающая сопротивления при вращении и точно указывающая концами на юг и север.

В XII в. китайскую «плавающую иглу» заимствовали арабы. От них компас достался итальянским морякам, потом испанцам, португальцам, французам, немцам и англичанам. В Россию компас попал при Петре I [5, с. 3-4].

1.2 Разновидности компасов

По принципу действия компасы подразделяются на следующие виды:

• Магнитные, в которых используется свойство намагниченной стрелки при взаимодействии с магнитным полем Земли располагаться вдоль магнитного меридиана в направлении север – юг.

• Гироскопические (механические), в которых используется свойство быстро вращающегося ротора с помощью специальных приспособлений сохранять неизменным направление оси вращения и удерживать её в плоскости географического меридиана.

• Астрономические компасы представляют собой специальное устройство (пеленгатор), который непрерывно следит за положением какого-либо небесного светила, что позволяет при знании географических координат места нахождения определить направление географического меридиана.

• Радиокомпасы – устройства, автоматически фиксирующие направление на радиомаяк.

• Электронные компасы созданы в последние десятилетия, представляет собой приборы, улавливающие сигнал от спутников и показывающие направление по системе спутниковой навигации.

1.3 Устройство и принцип работы современного магнитного компаса

Компас состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка, предохранителя (зажима стрелки), шкалы (циферблат) (Приложение 2 рис.1). Намагниченная стрелка поставлена на острие и свободно вращается. Концы стрелки окрашены в разные цвета [3, с. 94]. В более ранних моделях при снятом предохранители красный конец стрелки повернут на юг, а синий показывает на север. На современных компасах красная стрелка чаще всего указывает на север, в синий на юг, так как красный цвет привлекает внимание и служит сигнальный цветом. Буквы на шкале либо русские (С, Ю, З, В), либо английские (N- North, S-South, W- West, E-East). Всегда необходимо смотреть на маркировку сторон света. Стрелка вращается в коробке – корпусе. На дне её находится круг с делениями.

У Земли также есть магнитное поле, которое создается движением расплавленного железа в ее ядре. Магнитные линии этого поля расположены приблизительно вдоль направления север-юг. Именно на это поле реагирует стрелка компаса. Она выравнивается по линиям магнитного поля Земли.

Ориентирование по компасу начинается с вычисления азимута.

Азимут – угол между направлением на север (0°) и искомым направлением, отсчитываемым от направления на север по часовой стрелке (Приложение 2 рис. 2).

Сначала кладем компас на горизонтальную поверхность и ждем пока стрелка не остановится и станет указывать окрашенным концом на магнитный север.

После этого нужно посмотреть на ориентир и примерно определить угол отклонения от 0°. Это и будет искомый азимут.

Поиск азимута – основа навигации, он помогает зафиксировать направление относительно севера и двигаться верным курсом.

1.4 Виды магнитов и их свойства

Магнит – это тело или объект, обладающее собственным магнитным полем. 

Магниты можно разделить на три вида: постоянные, временные и электромагниты.

Постоянные магниты способны долгое время сохранять свои магнитные характеристики без внешнего воздействия. Они делятся на два вида - естественные и искусственные. К естественным магнитам можно отнести магнитный железняк (магнетин). Они притягивают к себе металлические предметы без внешнего воздействия человека. Искусственные постоянные магниты изготавливают люди, их типы зависят от материала, из которого сделан магнит.

Временные магниты – это изделия из металлов, которые намагничиваются, попадая в магнитное поле. Они получают способность притягивать другие металлические предметы. Работают они только в магнитном поле.

Электромагниты – это магниты, которые создают магнитное поле, когда электрический ток протекает через проволочную катушку, намотанную на магнитный сердечник, обычно сделанный из железа. Силу магнитного поля можно регулировать, изменяя электрический ток.

Свойства магнитов

У магнита всегда два полюса: северный и южный. Разноимённые полюса магнита притягиваются, а одноимённые – отталкиваются. Магнит притягивает другие магниты и предметы из магнитных материалов, не находясь в соприкосновении с ними. Притяжение сильнее всего на полюсах. Такое действие на расстоянии объясняется существованием в пространстве вокруг магнита магнитного поля. Магнитное поле - это область действия магнитных сил вокруг магнита [5, с.17-18].

Основные свойства магнитного поля:

• Направление магнитного поля определяется направлением магнитной силовой линии.

• Интенсивность магнитного поля определяется магнитной индукцией, которая измеряется в теслах (T). Чем больше магнитная индукция, тем сильнее магнитное поле.

• Магнитные силовые линии – кривые замкнутые линии, которые указывают направление и интенсивность магнитного поля, идут от северного полюса магнита к южному полюсу, замыкаясь внутри магнита.

Магнитное поле создают небесные тела, например, планета Земля. Магнитное поле Земли создаёт в космическом пространстве магнитосферу. Явление земного магнетизма используется в конструкции компасов, снабженных магнитной стрелкой, два конца которой определяют север и юг.

Таким образом, мы узнали, что компас – это прибор, помогающий определять стороны горизонта и ориентироваться на местности, который был изобретён в Китае. Намагниченная ось прибора взаимодействует с природным магнитным полем Земли и поворачивается параллельно силовым линиям нашей планеты. 

Изучив магнит и его свойства, мы сделали вывод о том, что под магнитом понимается тело, обладающее собственным магнитным полем, с помощью которого он обладает способностью притягивать предметы из магнитных материалов, не соприкасаясь с ними. Явление магнетизма используется в конструкции компасов. Существует три вида магнитов: постоянные, временныеи электромагниты.

Глава 2. Организация экспериментального исследования

2.1 Экспериментальная часть №1

Изучив свойства магнита, мы выяснили, что намагниченный металлический предмет обладает свойствами временного магнита. Для магнитного указателя можно использовать иголку, булавку, рыболовный крючок, лезвие. Существует множество способов намагничивания иголки для создания простейшего компаса из подручных материалов в домашних условиях. Рассмотрим несколько из них.

Место проведения эксперимента: квартира. Для проведения эксперимента нам понадобятся: иголка, зажигалка, емкость с водой, поплавок (кусочек поролона, пробки, бумаги, щепки, коры деревьев и т. д.), кусочек шерсти, туристический нож, телефон, кусок медного провода, шуруп, элемент питания, швейные ножницы. Иглу перед проведением экспериментов размагничивали путем нагрева над пламенем (Приложение 3 рис. 1) и проверяли, приближая иголки к компасу. Если при приближении иголки к компасу не происходило отклонения стрелки, считали, что игла размагничена.

Способы намагничивания иголки

1. Попытались намагнитить размагниченную иголку с помощью волос на голове.

Результат: намагничивание иголки не произошло (Приложение 3 рис.2,3).

2. Попытались намагнитить размагниченную иголку, натирая острие иголки шерстяной тканью.

Результат: намагничивание иголки не произошло (Приложение 3 рис.4,5).

3. Пытались намагнитить размагниченную иголку с помощью туристического ножа, положив иглу на нож на две минуты.

Результат: намагничивание иголки произошло, показания соответствовали показаниям компаса (Приложение 3 рис.6,7).

4. Пытались намагнитить иголку с помощью швейных ножниц, положив иглу на ножницы.

Результат: намагничивание иголки произошло, показания соответствовали показаниям компаса (Приложение 3 рис.8,9).

5. Пытались намагнитить иголку с помощью изготовленного магнита постоянного тока. Намотали кусок медной проволоки на шуруп и свободные концы проволоки подключили положительному и отрицательному контактам источника питания (батарейке). В результате получилась магнитная катушка, которая сильно примагнитила иголку.

Результат: намагничивание иголки произошло, показания соответствовали показаниям компаса (Приложение 3 рис.10,11).

6. Попытались намагнитить иголку с помощью магнита.

Результат: намагничивание иголки произошло, показания соответствовали показаниям компаса (Приложение 3 рис.12,13).

Результаты экспериментов для наглядности сведены в таблицу (Приложение 4).

В ходе эксперимента установили, что намагниченная сторона иголки показывает строго на север, в соответствии с показаниями компаса.

2.2 Экспериментальная часть №2.

Место проведения эксперимента: квартира. В данном эксперименте мы использовали намагниченную иголку, магнитный компас и электронный компас.

Целью эксперимента было установить точность показаний намагниченной иглы, по сравнению с настоящими магнитным и электронным компасами. Три вида компаса расположили в средней части круговых транспортиров, ориентированных между собой в одной системе координат (Приложение 5 рис.1,2,3).

В ходе эксперимента установили, что стрелка магнитного туристического компаса показывала на 275, показания электронного компаса составляли 277, стрелка изготовленного компаса показала на 274. Данные указаны в сравнительной таблице (Приложение 6). Показания всех трех компасов очень близки.

Исходя из результатов эксперимента, можем сделать вывод, что компас, изготовленный собственными руками, при необходимости, может являться прибором для ориентирования на местности.

Заключение

Целью нашего исследования была проверка гипотезы, в которой мы предполагали, что можно изготовить компас своими руками из подручных материалов, который поможет точно определить стороны горизонта и направление движения.

С этой целью изучалась литература по теме исследования.

1.Мы узнали, что компас - это навигационный прибор для определения сторон света, помогающий ориентироваться на местности, был изобретён в Китае. Выяснили, что компас состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка, предохранителя, шкалы. Изучили виды магнитов.

2.Изучили свойства и виды магнитов.

3.Экспериментальным путём проверили способы намагничивания иголки.

4. Изготовили компас из подручных материалов.

5. Сравнили показания самостоятельно изготовленного компаса с показаниями магнитного и электронного компасов. Показания изготовленного компаса оказались близки к показаниям магнитного и электронного компасов.

Таким образом, цель исследования достигнута. Наша гипотеза подтвердилась.

Знания, полученные в ходе работы, могут пригодится нам в жизни для ориентирования на местности в экстренных ситуациях, также мою работу можно использовать на уроках окружающего мира, на классных часах и на дополнительной внеурочной деятельности.

Список литературы

1. Большая Советская Энциклопедия: в 50 томах. Т.22 /гл.ред. Г.А. Введенский.- 2-е издание- М: Государственное научное издание, 1953 г.– с.285-286.

2. Большая Советская Энциклопедия: в 50 томах. Т.26 /гл.ред. Г.А. Введенский.- 2-е издание- М: Государственное научное издание, 1954 г.– с.18-20.

3. Клименко А.И. «Карта и компас — мои друзья», научно-популярная литература. Рис. И. Кошкарева, А. Давыдова, В. Танасевича, А. Дьякова. М., «Дет.лит.», 1975г. - 143с. с ил. (Библиотечка пионера «Знай и умей»).

4. Коваленко А.П. «Приключения путеводной стрелки». 2-е издание. М.: МАИК «Наука»/Интерпериодика», 2001. - 256с ISBN 5-7846-009

5. Шур Я.И. «Магнитный компас» (исторический очерк) Серия III №41 Издательство «Знание», М.: 1956. - 33с.

6. «Я познаю мир»: Дет. энцикл.: География/Авт.-сост. В.А. Маркин; Худож. А.В. Кардашук и др.; Под общ.ред. О.Г. Хинн. - М.: ООО «Издательство АСТ», 2001. - 560с.: ил. ISBN 5-17-008496-Х.

Интернет – ресурсы

1. 5. Камагин Г. П. Компас: история, принципы действия и современные применения // Научные высказывания. 2025. №11 (79). С. 34-37. (https://nvjournal.ru/article/Kompas_istorija_printsipy_dejstvija_i_sovremennye_primenenija).

   6. Статья «Компас эпохи великих географических открытий» (https://geo.god-tigra.ru/kompas-epokhi-velikikh-geograficheskikh-otkrytiy.php).

П

риложение 1

Рис. 1 Рис. 2

Приложение 2

Рис. 1

Рис. 2

Приложение 3

Р ис.1

Рис. 2 Рис. 3

Рис. 4 Рис. 5

Рис. 6 Рис. 7

Рис. 8 Рис. 9

Рис. 10 Рис. 11

Рис. 12 Рис.13

Приложение 4

Таблица

Приложение 5

Рис.1 Рис. 2

Рис. 3

Приложение 6

Таблица

Виды компасов	Угол отклонения компаса по транспортиру	Рисунок №
Туристический компас	275°	1
Электронный компас	277°	2
Самодельный компас	274°	3