stringtranslate.com

قطب نما

قطب نما با شکاف در پوشش و سوراخ به نظر می رسد
یک قطب نمای نظامی مدرن، همراه با دستگاه دید برای تراز کردن

قطب نما وسیله ای است که جهت های اصلی مورد استفاده برای ناوبری و جهت گیری جغرافیایی را نشان می دهد. معمولاً از یک سوزن مغناطیسی یا عنصر دیگری مانند کارت قطب نما یا گل رز قطب نما تشکیل شده است که می تواند خود را با شمال مغناطیسی تراز کند . ممکن است از روش‌های دیگری مانند ژیروسکوپ، مغناطیس سنج و گیرنده‌های GPS استفاده شود .

قطب نماها اغلب زاویه ها را بر حسب درجه نشان می دهند: شمال برابر با 0 درجه است و زاویه ها در جهت عقربه های ساعت افزایش می یابد ، بنابراین شرق 90 درجه، جنوب 180 درجه و غرب 270 درجه است. این اعداد به قطب نما اجازه می دهد تا آزیموت ها یا یاتاقان هایی را که معمولاً بر حسب درجه بیان می شوند را نشان دهد. اگر تغییر موضعی بین شمال مغناطیسی و شمال واقعی مشخص باشد، جهت شمال مغناطیسی نیز جهت شمال واقعی را نشان می دهد.

در میان چهار اختراع بزرگ ، قطب نما مغناطیسی برای اولین بار به عنوان وسیله ای برای پیشگویی در اوایل سلسله هان چین (از حدود 206 قبل از میلاد) اختراع شد، [1] [2] و بعداً توسط چینی های سلسله سونگ برای ناوبری استفاده شد. قرن یازدهم. [3] [4] [5] اولین استفاده از قطب نما در اروپای غربی و جهان اسلام در حدود سال 1190 رخ داد. [6] [7]

قطب نما مغناطیسی آشناترین نوع قطب نما است. به عنوان یک اشاره گر به " شمال مغناطیسی "، نصف النهار مغناطیسی محلی عمل می کند، زیرا سوزن مغناطیسی در قلب آن، خود را با مولفه افقی میدان مغناطیسی زمین هماهنگ می کند . میدان مغناطیسی یک گشتاور بر روی سوزن اعمال می کند و انتهای شمالی سوزن یا قطب آن را تقریباً به سمت قطب مغناطیسی شمال زمین می کشد و دیگری را به سمت قطب مغناطیسی جنوبی زمین می کشد . [8] سوزن بر روی یک نقطه محوری با اصطکاک کم، در قطب نماهای بهتر یک یاتاقان جواهر نصب شده است ، بنابراین می تواند به راحتی بچرخد. هنگامی که قطب نما در سطح نگه داشته می شود، سوزن می چرخد ​​تا پس از چند ثانیه اجازه دهد تا نوسانات خاموش شوند، در جهت تعادل خود قرار گیرد.

در ناوبری، جهت روی نقشه ها معمولاً با اشاره به شمال جغرافیایی یا واقعی ، جهت به سمت قطب شمال جغرافیایی ، محور چرخش زمین بیان می شود. بسته به جایی که قطب نما در سطح زمین قرار دارد، زاویه بین شمال واقعی و شمال مغناطیسی ، که انحراف مغناطیسی نامیده می شود ، می تواند به طور گسترده ای با موقعیت جغرافیایی متفاوت باشد. انحراف مغناطیسی محلی در اکثر نقشه ها داده شده است تا به نقشه اجازه دهد با قطب نما موازی با شمال واقعی جهت یابی شود. مکان قطب های مغناطیسی زمین با گذشت زمان به آرامی تغییر می کند که به آن تغییرات سکولار ژئومغناطیسی می گویند . اثر این بدان معناست که باید از نقشه ای با آخرین اطلاعات انحراف استفاده شود. [9] برخی از قطب نماهای مغناطیسی دارای ابزارهایی برای جبران انحراف مغناطیسی به صورت دستی هستند، به طوری که قطب نما جهت های واقعی را نشان می دهد.

تاریخچه

مدل قطب نما لودستون از سلسله هان

اولین قطب نماها در چین باستان سلسله هان از سنگ لودستون ساخته شده بود ، سنگ معدن آهن مغناطیسی طبیعی. [2] [10] قطب نما مرطوب در قرن چهارم پس از میلاد به جنوب هند رسید. [11] [12] قطب‌نماهای بعدی از سوزن‌های آهنی ساخته شدند که با ضربه زدن به آن‌ها با سنگی آهنربایی می‌شدند که در سال 1088 در طول سلسله سونگ در چین ظاهر شد ، همانطور که شن کو توصیف کرد . [13] قطب نماهای خشک در حدود سال 1300 در اروپای قرون وسطی و جهان اسلام ظاهر شدند . [14] [7] در اوایل قرن بیستم توسط قطب‌نمای مغناطیسی پر از مایع جایگزین شد. [15]

طراحی

نقاله پر از مایع یا قطب نما جهت یابی با بند

قطب نماهای مدرن معمولاً از یک سوزن مغناطیسی یا صفحه در داخل یک کپسول کاملاً پر از مایع استفاده می کنند (روغن لامپ، روغن معدنی، الکل سفید، نفت سفید خالص یا الکل اتیلیک رایج هستند). در حالی که طرح‌های قدیمی‌تر معمولاً از یک دیافراگم لاستیکی انعطاف‌پذیر یا فضای هوایی در داخل کپسول استفاده می‌کردند تا تغییرات حجم ناشی از دما یا ارتفاع را امکان‌پذیر کند، برخی از قطب‌نماهای مایع مدرن از محفظه‌های کوچک‌تر و/یا مواد کپسول انعطاف‌پذیر برای دستیابی به نتیجه مشابه استفاده می‌کنند. [16] مایع داخل کپسول برای خنثی کردن حرکت سوزن، کاهش زمان نوسان و افزایش پایداری عمل می کند. نقاط کلیدی روی قطب نما، از جمله انتهای شمالی سوزن، اغلب با مواد فسفری ، فوتولومینسنت یا خود نورانی [17] مشخص می شوند تا بتوان قطب نما را در شب یا در نور ضعیف خوانده شود. از آنجایی که مایع پرکننده قطب نما تحت فشار غیر قابل تراکم است، بسیاری از قطب نماهای معمولی پر از مایع با دقت زیر آب تا اعماق قابل توجهی کار می کنند.

بسیاری از قطب نماهای مدرن دارای یک صفحه پایه و ابزار نقاله هستند و به انواع مختلف طرح های " جهت یابی "، "صفحه پایه"، "قطب نمای نقشه" یا "نقاشی" نامیده می شوند. این نوع قطب نما از یک سوزن مغناطیسی جداگانه در داخل یک کپسول چرخان، یک "جعبه" یا دروازه جهت تراز سوزن با شمال مغناطیسی، یک پایه شفاف حاوی خطوط جهت یابی نقشه، و یک قاب (صفحه گیری بیرونی) که در درجه یا واحدهای دیگر مشخص شده است، استفاده می کند. اندازه گیری زاویه ای [18] کپسول در یک صفحه پایه شفاف حاوی یک نشانگر جهت حرکت (DOT) برای استفاده در گرفتن بلبرینگ ها به طور مستقیم از نقشه نصب شده است. [18]

قطب نما عدسی پر از هوا کامنگا

سایر ویژگی‌های موجود در قطب‌نماهای جهت‌یابی مدرن عبارتند از مقیاس‌های نقشه و رومر برای اندازه‌گیری فواصل و ترسیم موقعیت‌ها بر روی نقشه‌ها، نشانه‌های نورانی روی صورت یا حاشیه‌ها، مکانیسم‌های دید مختلف (آینه، منشور و غیره) برای گرفتن یاتاقان از اجسام دور با دقت بیشتر. سوزن‌های «جهانی» نصب‌شده بر روی گیمبال برای استفاده در نیمکره‌های مختلف، آهن‌رباهای خاکی کمیاب برای تثبیت سوزن‌های قطب‌نما، میل قابل تنظیم برای به دست آوردن بلبرینگ‌های واقعی فوری بدون استفاده از حساب، و دستگاه‌هایی مانند شیب‌سنج برای اندازه‌گیری گرادیان‌ها. [19] ورزش جهت‌یابی همچنین منجر به توسعه مدل‌هایی با سوزن‌های بسیار سریع و پایدار شده است که از آهن‌رباهای خاکی کمیاب برای استفاده بهینه با نقشه توپوگرافی ، یک تکنیک ناوبری زمینی به نام تداعی زمین ، استفاده می‌کنند . [20] بسیاری از قطب‌نماهای دریایی که برای استفاده در قایق‌هایی با زاویه‌های متحرک دائمی طراحی شده‌اند، از مایعات مرطوب‌کننده مانند isopar M یا isopar L برای محدود کردن نوسانات سریع و جهت سوزن استفاده می‌کنند. [21]

نیروهای نظامی چند کشور، به ویژه ارتش ایالات متحده، همچنان به تولید قطب نماهای میدانی با صفحه قطب نما یا کارت های مغناطیسی به جای سوزن ادامه می دهند. قطب‌نمای کارت مغناطیسی معمولاً مجهز به یک دید اپتیکال، عدسی یا منشوری است که به کاربر اجازه می‌دهد تا یاتاقان یا آزیموت را از کارت قطب‌نما بخواند در حالی که به طور همزمان قطب‌نما را با هدف هماهنگ می‌کند (عکس را ببینید). طرح‌های قطب‌نما کارت مغناطیسی معمولاً به یک ابزار نقاله جداگانه نیاز دارند تا بتوانند یاتاقان‌ها را مستقیماً از نقشه بگیرند. [22] [23]

قطب نما لنزاتیک نظامی M-1950 ایالات متحده از یک کپسول پر از مایع به عنوان مکانیزم میرایی استفاده نمی کند، بلکه از القای الکترومغناطیسی برای کنترل نوسان کارت مغناطیسی خود استفاده می کند. از طراحی "چاه عمیق" استفاده می شود تا امکان استفاده از قطب نما را در سطح جهانی با شیب کارت تا 8 درجه بدون کاهش دقت فراهم کند. [24] از آنجایی که نیروهای القایی میرایی کمتری نسبت به طرح‌های پر از مایع ایجاد می‌کنند، قفل سوزنی برای کاهش سایش به قطب‌نما تعبیه می‌شود که با عمل تاشو نگهدارنده دید/عدسی عقب کار می‌کند. استفاده از قطب‌نماهای القایی پر از هوا در طول سال‌ها کاهش یافته است، زیرا ممکن است در دماهای انجماد یا محیط‌های بسیار مرطوب به دلیل تراکم یا ورود آب، از کار بیفتند یا دقیق نباشند. [25]

برخی از قطب‌نماهای نظامی، مانند قطب‌نمای لنزاتیک نظامی آمریکا M-1950 ( Cammenga 3H)، Silva 4b Militaire و Suunto M-5N(T) حاوی مواد رادیواکتیو تریتیوم هستند .3
1اچ
) و ترکیبی از فسفر. [26] M-1950 ایالات متحده مجهز به نور خود نورانی حاوی 120 mCi (میلی‌کوری) تریتیوم است. هدف از تریتیوم و فسفر تامین روشنایی برای قطب نما از طریق نور تریتیوم رادیولومنسانس است که نیازی به "شارژ مجدد" قطب نما توسط نور خورشید یا نور مصنوعی ندارد. [27] با این حال، نیمه عمر تریتیوم تنها حدود 12 سال است، [28] بنابراین قطب نمائی که حاوی 120 mCi تریتیوم در حالت جدید است، تنها حاوی 60 میلی سی سی تریتیوم در 12 سالگی، 30 در سن 24 سالگی است. و غیره در نتیجه، نور صفحه نمایش محو می شود.

قطب نماهای دریانوردان می توانند دارای دو یا چند آهنربا باشند که به طور دائم به یک کارت قطب نما متصل می شوند که آزادانه روی یک محور حرکت می کند. یک خط لاستیکی ، که می‌تواند علامتی روی کاسه قطب‌نما یا یک سوزن کوچک ثابت باشد، نشان‌دهنده سمت کشتی روی کارت قطب‌نما است. به طور سنتی کارت به سی و دو نقطه تقسیم می شود (معروف به رامب )، اگرچه قطب نماهای مدرن به جای نقاط اصلی به صورت درجه مشخص می شوند. جعبه (یا کاسه) پوشیده از شیشه حاوی یک گیمبال معلق در داخل یک سطل است . این حالت افقی را حفظ می کند.

عکس نزدیک از قطب نما زمین شناسی
عکس نزدیک از قطب نما زمین شناسی

قطب نما مغناطیسی در عرض های جغرافیایی متوسط ​​بسیار قابل اعتماد است، اما در مناطق جغرافیایی نزدیک به قطب های مغناطیسی زمین غیر قابل استفاده می شود. همانطور که قطب نما به یکی از قطب های مغناطیسی نزدیک تر می شود، انحراف مغناطیسی، تفاوت بین جهت شمال جغرافیایی و شمال مغناطیسی، بیشتر و بیشتر می شود. در نقطه ای نزدیک به قطب مغناطیسی قطب نما هیچ جهت خاصی را نشان نمی دهد اما شروع به رانش می کند. همچنین، سوزن به دلیل به اصطلاح تمایل مغناطیسی ، هنگام نزدیک شدن به قطب ها شروع به بالا یا پایین شدن می کند . قطب نماهای ارزان قیمت با بلبرینگ بد ممکن است به این دلیل گیر کنند و در نتیجه جهت اشتباه را نشان دهند.

قطب نماهای مغناطیسی تحت تأثیر هر میدانی غیر از زمین قرار دارند. محیط های محلی ممکن است حاوی ذخایر معدنی مغناطیسی و منابع مصنوعی مانند MRI ، بدنه های بزرگ آهنی یا فولادی، موتورهای الکتریکی یا آهنرباهای دائمی قوی باشند. هر جسم رسانای الکتریکی زمانی که جریان الکتریکی را حمل می کند میدان مغناطیسی خود را تولید می کند. قطب نماهای مغناطیسی در مجاورت چنین اجسامی مستعد خطا هستند. برخی از قطب نماها دارای آهنرباهایی هستند که می توانند برای جبران میدان های مغناطیسی خارجی تنظیم شوند و قطب نما را قابل اعتمادتر و دقیق تر می کند.

هنگام شتاب یا کاهش سرعت قطب نما در هواپیما یا خودرو، قطب نما نیز دچار خطا می شود. بسته به اینکه قطب نما در کدام یک از نیمکره های زمین قرار دارد و اگر نیرو شتاب یا کاهش سرعت باشد قطب نما جهت نشان داده شده را کم یا زیاد می کند. قطب نماهایی که حاوی آهنرباهای جبران کننده هستند به ویژه در معرض این خطاها هستند، زیرا شتاب ها سوزن را کج می کنند و آن را از آهنرباها نزدیک یا دورتر می کنند.

اثر فرو رفتن باعث می شود که کارت قطب نما در خطای چرخش شمالی (شکل A) و تاخیر در خطای گردش به سمت جنوب (شکل B) قرار بگیرد. [29]

یکی دیگر از خطاهای قطب نما مکانیکی خطای چرخش است. وقتی کسی از سمت شرق یا غرب می چرخد، قطب نما از پیچ عقب می ماند یا جلوتر از پیچ پیش می رود. مغناطیس‌سنج‌ها و جایگزین‌هایی مانند ژیروسکوپ‌ها در چنین شرایطی پایدارتر هستند.

انواع

قطب نمای شست سمت چپ

قطب‌نمای شست نوعی قطب‌نما است که معمولاً در جهت‌یابی استفاده می‌شود ، ورزشی که در آن نقشه‌خوانی و ارتباط با زمین از اهمیت بالایی برخوردار است. در نتیجه، اکثر قطب‌نماهای شست دارای حداقل علامت‌گذاری درجه هستند یا اصلاً علامت‌گذاری نمی‌کنند و معمولاً فقط برای جهت‌دادن نقشه به سمت شمال مغناطیسی استفاده می‌شوند. یک سوزن مستطیلی بزرگ یا نشانگر شمالی به دید کمک می کند. قطب نماهای شست نیز اغلب شفاف هستند به طوری که یک جهت یابی می تواند نقشه را با قطب نما در دست بگیرد و نقشه را از طریق قطب نما ببیند. بهترین مدل ها از آهنرباهای خاکی کمیاب برای کاهش زمان ته نشینی سوزن به 1 ثانیه یا کمتر استفاده می کنند.

مغناطیس سنج الکترونیکی 3 محوره AKM8975 توسط AKM Semiconductor

قطب‌نماهای کوچک موجود در ساعت‌ها، تلفن‌های همراه و سایر دستگاه‌های الکترونیکی، قطب‌نماهای سیستم‌های میکروالکترومکانیکی حالت جامد (MEMS) هستند که معمولاً از دو یا سه حسگر میدان مغناطیسی ساخته می‌شوند که داده‌ها را برای یک ریزپردازنده فراهم می‌کنند. اغلب، دستگاه یک جزء مجزا است که یک سیگنال دیجیتال یا آنالوگ متناسب با جهت آن خروجی می‌دهد. این سیگنال توسط یک کنترل کننده یا ریزپردازنده تفسیر می شود و یا به صورت داخلی استفاده می شود یا به یک واحد نمایش ارسال می شود. این حسگر از الکترونیک داخلی بسیار کالیبره شده برای اندازه گیری پاسخ دستگاه به میدان مغناطیسی زمین استفاده می کند.

یک Brunton Geo استاندارد که معمولاً توسط زمین شناسان استفاده می شود

به غیر از قطب‌نماهای ناوبری، قطب‌نماهای تخصصی دیگری نیز برای استفاده خاص طراحی شده‌اند. این موارد عبارتند از:

ساخت و ساز

هنگام ساخت قطب نما به میله مغناطیسی نیاز است. این می تواند با تراز کردن یک میله آهنی یا فولادی با میدان مغناطیسی زمین و سپس تعدیل یا ضربه زدن به آن ایجاد شود. با این حال، این روش تنها یک آهنربای ضعیف تولید می کند، بنابراین روش های دیگر ترجیح داده می شوند. به عنوان مثال، یک میله مغناطیسی می تواند با مالش مکرر یک میله آهنی با یک سنگ آهن مغناطیسی ایجاد شود . سپس این میله (یا سوزن مغناطیسی) مغناطیسی شده روی سطحی با اصطکاک کم قرار می گیرد تا بتواند آزادانه بچرخد تا خود را با میدان مغناطیسی هماهنگ کند. سپس برچسب گذاری می شود تا کاربر بتواند انتهای شمال را از انتهای جنوبی تشخیص دهد. در قراردادهای مدرن، انتهای شمالی معمولاً به نوعی مشخص می شود.

اگر یک سوزن بر روی یک آهنربا یا آهنربای دیگر مالیده شود ، سوزن مغناطیسی می شود. هنگامی که آن را در چوب پنبه یا تکه چوب قرار دهید و در یک کاسه آب قرار دهید تبدیل به یک قطب نما می شود. چنین وسایلی تا زمان اختراع قطب نمای جعبه مانند با سوزن چرخان "خشک" در حدود سال 1300 به طور جهانی به عنوان قطب نما مورد استفاده قرار می گرفتند.

قطب‌نمای مچی ارتش شوروی با درجه‌بندی دوتایی خلاف جهت عقربه‌های ساعت: 60 درجه (مانند ساعت) و 360 درجه

در اصل، بسیاری از قطب نماها فقط برای جهت شمال مغناطیسی یا چهار نقطه اصلی (شمال، جنوب، شرق، غرب) مشخص می شدند. بعداً اینها در چین به 24 و در اروپا به 32 نقطه با فاصله مساوی در اطراف کارت قطب نما تقسیم شدند. برای جدول سی و دو نقطه، نقاط قطب نما را ببینید .

در دوران مدرن، سیستم 360 درجه جا افتاد. این سیستم هنوز هم برای ناوبرهای غیرنظامی استفاده می شود. سیستم درجه در فاصله 360 نقطه در جهت عقربه های ساعت در اطراف صفحه قطب نما قرار می گیرد. در قرن نوزدهم، برخی از کشورهای اروپایی سیستم " گراد " (که به آن درجه یا گون نیز گفته می شود) را به کار گرفتند، که در آن زاویه قائمه 100 درجه برای ایجاد یک دایره 400 درجه است. تقسیم درجه ها به دهم برای ایجاد دایره 4000 درجه در ارتش ها نیز مورد استفاده قرار گرفته است.

اکثر نیروهای نظامی سیستم " millieme " فرانسوی را پذیرفته اند. این تقریبی از یک میلی رادیان (6283 در هر دایره) است که در آن صفحه قطب نما به 6400 واحد یا "میل" برای دقت بیشتر هنگام اندازه گیری زاویه، قرار دادن توپخانه، و غیره قرار می گیرد. ارزش برای ارتش این است که یک زاویه است. mil تقریباً یک متر در فاصله یک کیلومتری فرو می رود. امپراتوری روسیه از سیستمی استفاده کرد که از تقسیم محیط دایره به آکوردهایی به طول شعاع بدست می آمد. هر یک از این فضاها به 100 فضا تقسیم می‌شد که دایره‌ای 600 را نشان می‌داد . این سیستم توسط کشورهای سابق پیمان ورشو ، به عنوان مثال ، اتحاد جماهیر شوروی، آلمان شرقی و غیره، اغلب در خلاف جهت عقربه‌های ساعت (به تصویر قطب‌نمای مچ دست مراجعه کنید) اتخاذ شد . این هنوز در روسیه استفاده می شود.

از آنجایی که میل و شدت میدان مغناطیسی زمین در عرض های جغرافیایی مختلف متفاوت است، قطب نماها اغلب در حین ساخت متعادل می شوند به طوری که صفحه یا سوزن در یک سطح قرار می گیرند و کشش سوزن را از بین می برند. اکثر تولیدکنندگان، سوزن‌های قطب‌نمای خود را برای یکی از پنج منطقه، از منطقه 1، که بیشتر نیمکره شمالی را پوشش می‌دهد ، تا منطقه 5 که استرالیا و اقیانوس‌های جنوبی را پوشش می‌دهد، متعادل می‌کنند. این تعادل منطقه جداگانه از فرو رفتن بیش از حد یک سر سوزن جلوگیری می کند، که می تواند باعث چسبیدن کارت قطب نما و خوانش اشتباه شود. [32]

برخی از قطب نماها دارای سیستم متعادل کننده سوزنی خاصی هستند که بدون در نظر گرفتن منطقه مغناطیسی خاص، شمال مغناطیسی را به دقت نشان می دهد. سایر قطب نماهای مغناطیسی دارای یک وزنه تعادل کشویی کوچک روی سوزن هستند. اگر قطب نما به منطقه ای با شیب بالاتر یا پایین تر برده شود، می توان از این وزنه تعادل کشویی که "سوار" نامیده می شود، برای متعادل کردن سوزن در برابر شیب ناشی از شیب استفاده کرد. [32]

یک سطل شامل قطب نما استاندارد یک کشتی، با دو توپ آهنی که اثرات مواد فرومغناطیسی را اصلاح می کند . این واحد در یک موزه به نمایش گذاشته شده است.

مانند هر وسیله مغناطیسی، قطب نما نیز تحت تأثیر مواد آهنی نزدیک و همچنین نیروهای قوی الکترومغناطیسی محلی قرار می گیرد. قطب نماهای مورد استفاده برای ناوبری زمینی در بیابان نباید در مجاورت اجسام فلزی آهنی یا میدان های الکترومغناطیسی (سیستم های الکتریکی خودرو، موتورهای خودرو، پیتون های فولادی و غیره) استفاده شوند زیرا می تواند بر دقت آنها تأثیر بگذارد. [33] استفاده دقیق از قطب نما در کامیون ها، اتومبیل ها یا سایر وسایل نقلیه مکانیزه یا در نزدیکی آنها بسیار دشوار است، حتی زمانی که انحراف با استفاده از آهنرباهای داخلی یا دستگاه های دیگر اصلاح شود. مقادیر زیاد فلز آهنی همراه با میدان های الکتریکی روشن و خاموش ناشی از سیستم احتراق و شارژ خودرو معمولاً منجر به خطاهای قابل توجه قطب نما می شود.

در دریا، قطب نما کشتی نیز باید از نظر خطاهایی که انحراف نامیده می شود ، ناشی از آهن و فولاد در ساختار و تجهیزات آن اصلاح شود. کشتی تاب خورده است که حول یک نقطه ثابت می چرخد ​​در حالی که مسیر آن با همسویی با نقاط ثابت در ساحل مشخص می شود. یک کارت انحراف قطب نما تهیه شده است تا ناوبر بتواند بین عناوین قطب نما و مغناطیسی تبدیل کند. قطب نما را می توان به سه روش اصلاح کرد. ابتدا می توان خط لاستیک را طوری تنظیم کرد که با جهتی که کشتی در آن حرکت می کند هماهنگ شود، سپس اثرات آهنرباهای دائمی را می توان با آهنرباهای کوچکی که در بدنه قطب نما تعبیه شده اند اصلاح کرد. اثر مواد فرومغناطیسی در محیط قطب نما را می توان با دو توپ آهنی که در دو طرف دوبنده قطب نما نصب شده اند و با آهنرباهای دائمی و یک میله فلیندرز اصلاح کرد . [34] ضریب خطا را در خط لابر نشان می دهد، در حالی که اثرات فرومغناطیسی و جزء غیر فرومغناطیسی را نشان می دهد. [35]

فرآیند مشابهی برای کالیبره کردن قطب نما در هواپیماهای سبک هوانوردی عمومی استفاده می شود، با کارت انحراف قطب نما که اغلب به طور دائم درست در بالای یا زیر قطب نما مغناطیسی روی پانل ابزار نصب می شود. قطب نماهای الکترونیکی Fluxgate را می توان به طور خودکار کالیبره کرد، و همچنین می تواند با تغییر قطب نما محلی صحیح برنامه ریزی شود تا عنوان واقعی را نشان دهد.

استفاده کنید

چرخاندن مقیاس قطب نما روی نقشه (D - انحراف مغناطیسی محلی)
هنگامی که سوزن با فلش جهت‌نمای مشخص شده در پایین کپسول تراز شده و روی آن قرار می‌گیرد، شکل درجه روی حلقه قطب‌نما در نشانگر جهت سفر (DOT) یاتاقان مغناطیسی را به هدف (کوه) می‌دهد.

یک قطب نما مغناطیسی به قطب شمال مغناطیسی اشاره می کند که تقریباً 1000 مایل از قطب شمال جغرافیایی واقعی فاصله دارد. کاربر قطب‌نمای مغناطیسی می‌تواند شمال واقعی را با یافتن شمال مغناطیسی و سپس تصحیح تغییرات و انحراف تعیین کند. تغییر به عنوان زاویه بین جهت شمال واقعی (جغرافیایی) و جهت نصف النهار بین قطب های مغناطیسی تعریف می شود. مقادیر تغییرات برای بیشتر اقیانوس ها تا سال 1914 محاسبه و منتشر شده بود. [36] انحراف به پاسخ قطب نما به میدان های مغناطیسی محلی ناشی از حضور آهن و جریان های الکتریکی اشاره دارد. می توان تا حدی این موارد را با محل دقیق قطب نما و قرار دادن آهنرباهای جبران کننده در زیر خود قطب نما جبران کرد. دریانوردان مدتهاست می دانند که این اقدامات انحراف را به طور کامل لغو نمی کند. از این رو، آنها یک مرحله اضافی را با اندازه گیری یاتاقان قطب نما یک نقطه عطف با یک یاتاقان مغناطیسی شناخته شده انجام دادند. آنها سپس کشتی خود را به نقطه قطب نما بعدی نشان دادند و دوباره اندازه گیری کردند و نتایج خود را نمودار کردند. به این ترتیب می توان جداول تصحیح را ایجاد کرد که در هنگام سفر در آن مکان ها از قطب نما استفاده می شود.

دریانوردان نگران اندازه گیری های بسیار دقیق هستند. با این حال، کاربران معمولی نیازی به تفاوت بین شمال مغناطیسی و واقعی ندارند. به جز در نواحی با واریانس انحراف مغناطیسی شدید (20 درجه یا بیشتر)، این برای محافظت از راه رفتن در جهتی کاملاً متفاوت از آنچه انتظار می رود در فواصل کوتاه کافی است، مشروط بر اینکه زمین نسبتاً صاف باشد و دید مختل نشود. با ثبت دقیق مسافت ها (زمان یا سرعت) و یاتاقان های مغناطیسی پیموده شده، می توان مسیری را ترسیم کرد و تنها با استفاده از قطب نما به نقطه شروع بازگشت. [37]

سربازی که از قطب نما منشوری برای بدست آوردن آزیموت استفاده می کند

ناوبری قطب نما در ارتباط با نقشه ( تداعی زمین ) به روش متفاوتی نیاز دارد. برای بردن یک یاتاقان نقشه یا یاتاقان واقعی (برینگی که با اشاره به شمال واقعی و نه مغناطیسی گرفته می شود) به مقصدی با قطب نما ، لبه قطب نما روی نقشه قرار می گیرد تا مکان فعلی را به مقصد مورد نظر متصل کند. (برخی منابع ترسیم یک خط را به صورت فیزیکی توصیه می کنند). سپس خطوط جهت‌گیری در پایه صفحه قطب‌نما با هم‌تراز کردن آنها با یک خط مشخص شده از طول جغرافیایی (یا حاشیه عمودی نقشه)، بدون توجه به سوزن قطب‌نما، می‌چرخند تا با شمال واقعی یا واقعی هماهنگ شوند. [38] یاتاقان واقعی حاصل یا بلبرینگ نقشه ممکن است سپس در نشانگر درجه یا خط جهت سفر (DOT) خوانده شود، که ممکن است به عنوان یک آزیموت (مسیر) تا مقصد دنبال شود. اگر یاتاقان شمال مغناطیسی یا یاتاقان قطب نما مورد نظر است، قطب نما باید قبل از استفاده از یاتاقان بر اساس میزان انحراف مغناطیسی تنظیم شود تا هم نقشه و هم قطب نما هماهنگ باشند. [38] در مثال داده شده، کوه بزرگ در عکس دوم به عنوان مقصد مورد نظر روی نقشه انتخاب شده است. برخی از قطب نماها اجازه می دهند تا مقیاس برای جبران انحراف مغناطیسی محلی تنظیم شود. اگر به درستی تنظیم شود، قطب نما به جای یاتاقان مغناطیسی، یاتاقان واقعی را نشان می دهد.

قطب نمای نقاله دستی مدرن همیشه دارای یک فلش یا نشانگر اضافی جهت حرکت (DOT) است که بر روی صفحه پایه حک شده است. برای بررسی پیشرفت فرد در طول مسیر یا آزیموت، یا اطمینان از اینکه شی مورد نظر واقعاً مقصد است، می‌توان یک قطب‌نمای جدید را در صورت مشاهده به هدف برد (در اینجا، کوه بزرگ). پس از نشان دادن فلش DOT روی صفحه پایه به سمت هدف، قطب نما به گونه ای جهت گیری می شود که سوزن بر روی فلش جهت گیری در کپسول قرار می گیرد. یاتاقان حاصل نشان داده شده، یاتاقان مغناطیسی به هدف است. مجدداً، اگر کسی از یاتاقان‌های «واقعی» یا نقشه استفاده می‌کند و قطب‌نما انحراف از پیش تعیین‌شده و از پیش تنظیم‌شده ندارد، باید میل مغناطیسی را اضافه یا کم کند تا یاتاقان مغناطیسی به یک یاتاقان واقعی تبدیل شود . مقدار دقیق انحراف مغناطیسی وابسته به مکان است و در طول زمان تغییر می‌کند، اگرچه انحراف اغلب بر روی نقشه داده می‌شود یا به صورت آنلاین از سایت‌های مختلف قابل دریافت است. اگر کوهنورد مسیر صحیح را دنبال کرده باشد، یاتاقان نشان داده شده (درست) قطب نما باید دقیقاً مطابق با یاتاقان واقعی باشد که قبلاً از نقشه به دست آمده است.

قطب نما باید روی سطحی صاف گذاشته شود به طوری که سوزن فقط روی یاتاقان متصل به بدنه قطب نما قرار گیرد یا آویزان شود - اگر به صورت کج استفاده شود، سوزن ممکن است با بدنه روی قطب نما برخورد کند و آزادانه حرکت نکند، بنابراین اشاره نمی کند. با دقت به شمال مغناطیسی، یک قرائت معیوب می دهد. برای اینکه ببینید آیا سوزن به خوبی تراز شده است یا خیر، به سوزن نگاه کنید و آن را کمی کج کنید تا ببینید آیا سوزن آزادانه از این طرف به طرف دیگر می چرخد ​​و سوزن با بدنه قطب نما تماس ندارد یا خیر. اگر سوزن به یک جهت کج می شود، قطب نما را کمی و به آرامی به جهت مخالف کج کنید تا زمانی که سوزن قطب نما به صورت افقی، درازا قرار گیرد. مواردی که در اطراف قطب نما باید اجتناب کرد، آهنرباها از هر نوع و هر وسیله الکترونیکی هستند. میدان‌های مغناطیسی از وسایل الکترونیکی به راحتی می‌توانند سوزن را مختل کنند و از همسو شدن آن با میدان‌های مغناطیسی زمین جلوگیری کنند و باعث خوانش نادرست شوند. نیروهای مغناطیسی طبیعی زمین به طور قابل توجهی ضعیف هستند، اندازه گیری آن در 0.5 گاوس است و میدان های مغناطیسی از وسایل الکترونیکی خانگی به راحتی می توانند از آن فراتر رفته و بر سوزن قطب نما غلبه کنند. قرار گرفتن در معرض آهنرباهای قوی یا تداخل مغناطیسی گاهی اوقات می تواند باعث شود که قطب های مغناطیسی سوزن قطب نما متفاوت یا حتی معکوس شوند. هنگام استفاده از قطب نما از رسوبات غنی از آهن خودداری کنید، به عنوان مثال، سنگ های خاصی که حاوی مواد معدنی مغناطیسی هستند، مانند مگنتیت . این اغلب با یک سنگ با سطح تیره و دارای درخشش فلزی نشان داده می شود، همه سنگ های حامل معدنی مغناطیسی این نشانه را ندارند. برای اینکه ببینید آیا یک سنگ یا یک ناحیه باعث ایجاد تداخل در قطب نما می شود، از منطقه خارج شوید و ببینید آیا سوزن روی قطب نما حرکت می کند یا خیر. اگر این کار را کرد، به این معنی است که ناحیه یا سنگی که قطب‌نما قبلاً در آن قرار داشت، باعث تداخل می‌شود و باید از آن اجتناب کرد.

قطب نماهای غیر مغناطیسی

راه های دیگری برای یافتن شمال غیر از استفاده از مغناطیس وجود دارد، و از نقطه نظر ناوبری در مجموع هفت راه ممکن وجود دارد [39] (که در آن مغناطیس یکی از هفت راه است). دو حسگر که از دو مورد از شش اصل باقی مانده استفاده می کنند اغلب قطب نما نیز نامیده می شوند، یعنی قطب نما ژیروسکوپی و قطب نما GPS.

ژیروسکوپ شبیه ژیروسکوپ است . این یک قطب نما غیر مغناطیسی است که شمال واقعی را با استفاده از چرخ چرخان سریع (با نیروی الکتریکی) و نیروهای اصطکاک به منظور بهره برداری از چرخش زمین پیدا می کند. ژیروسکوپ ها به طور گسترده در کشتی ها استفاده می شوند . آنها دو مزیت اصلی نسبت به قطب نماهای مغناطیسی دارند:

کشتی‌های بزرگ معمولاً به قطب‌نمای ژیروسکوپی متکی هستند و از قطب‌نمای مغناطیسی فقط به عنوان پشتیبان استفاده می‌کنند. به طور فزاینده ای، قطب نمای فلاکس گیت الکترونیکی در کشتی های کوچکتر استفاده می شود. با این حال، قطب‌نماهای مغناطیسی هنوز به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرند، زیرا می‌توانند کوچک باشند، از فناوری ساده و قابل اعتماد استفاده می‌کنند، نسبتاً ارزان هستند، اغلب استفاده از آنها راحت‌تر از GPS هستند ، نیازی به منبع انرژی ندارند و بر خلاف GPS، تحت تأثیر اشیاء مانند درختان قرار نمی‌گیرند. که می تواند دریافت سیگنال های الکترونیکی را مسدود کند.

گیرنده‌های GPS با استفاده از دو یا چند آنتن که به طور جداگانه نصب شده‌اند و داده‌ها را با یک واحد حرکت اینرسی (IMU) ترکیب می‌کنند، اکنون می‌توانند به دقت 0.02 درجه دست یابند و زمان راه‌اندازی را در چند ثانیه به جای ساعت‌ها برای سیستم‌های ژیروسکوپی دارند. این دستگاه ها به طور دقیق موقعیت (طول و عرض جغرافیایی، طول و ارتفاع) آنتن ها را بر روی زمین تعیین می کنند، که از آن می توان جهت های اصلی را محاسبه کرد. آنها عمدتاً برای کاربردهای دریایی و هوانوردی ساخته شده‌اند، و همچنین می‌توانند زمین و چرخش کشتی‌ها را شناسایی کنند. گیرنده‌های جی‌پی‌اس کوچک و قابل حمل تنها با یک آنتن نیز می‌توانند جهت حرکت را تعیین کنند، حتی اگر فقط با سرعت پیاده‌روی انجام شوند. با تعیین دقیق موقعیت خود بر روی زمین در زمان هایی با فاصله چند ثانیه، دستگاه می تواند سرعت و یاتاقان واقعی (نسبت به شمال واقعی ) جهت حرکت آن را محاسبه کند. اغلب، اندازه گیری جهتی که یک وسیله نقلیه واقعاً در آن در حال حرکت است، به جای جهت آن، یعنی جهتی که دماغه آن در آن است، ترجیح داده می شود. در صورت وجود جریان جزر و مدی یا باد متقابل، این جهت ها ممکن است متفاوت باشد.

قطب نماهای GPS مزایای اصلی قطب نماهای ژیروسکوپی را به اشتراک می گذارند. آنها شمال واقعی را تعیین می کنند، [39] برخلاف شمال مغناطیسی، و تحت تأثیر اغتشاشات میدان مغناطیسی زمین قرار نمی گیرند. علاوه بر این، در مقایسه با قطب‌نماهای ژیرو، بسیار ارزان‌تر هستند، در نواحی قطبی بهتر عمل می‌کنند، کمتر در معرض ارتعاش مکانیکی قرار می‌گیرند، و می‌توان آن‌ها را با سرعت بیشتری مقداردهی اولیه کرد. با این حال، آنها به عملکرد و ارتباط با ماهواره های GPS بستگی دارند که ممکن است در اثر حمله الکترونیکی یا اثرات یک طوفان شدید خورشیدی مختل شوند. قطب نماهای ژیروسکوپی همچنان برای مقاصد نظامی مورد استفاده قرار می گیرند (به ویژه در زیردریایی ها، جایی که قطب نماهای مغناطیسی و GPS بی فایده هستند)، اما تا حد زیادی توسط قطب نماهای GPS، با پشتیبان های مغناطیسی، در زمینه های غیرنظامی جایگزین شده اند.

همچنین ببینید

یادداشت ها

  1. ^ لی شو هوا، ص. 176
  2. ^ آب لوری، ویلیام (2007). مبانی ژئوفیزیک (ویرایش دوم). لندن: انتشارات دانشگاه کمبریج. ص 281. شابک 978-0-521-67596-3. در اوایل سلسله هان، بین 300 تا 200 سال قبل از میلاد، چینی ها یک قطب نما ابتدایی را از سنگ لودستون ساختند... این قطب نما ممکن است در جستجوی جواهرات و در انتخاب مکان برای خانه ها استفاده شده باشد... قدرت هدایت آنها به رهبری استفاده از قطب نما برای ناوبری ...
  3. ^ کروتز، ص. 367
  4. ↑ Needham، Joseph (1986) علم و تمدن در چین ، جلد. 4: "فیزیک و فناوری فیزیکی"، Pt. 1: "فیزیک"، تایپه. ص 252 کتاب غارها، چاپ اولیه. توسط انتشارات دانشگاه کمبریج (1962)، ISBN 0-521-05802-3 
  5. ^ لی شو هوا، ص. 182f.
  6. ^ کروتز، ص. 370
  7. ^ آب اشمیدل، پترا جی. (2014). "قطب نما". در ابراهیم کالین (ویرایش). دایره المعارف فلسفه، علم و فناوری آکسفورد در اسلام . انتشارات دانشگاه آکسفورد صص 144-146. شابک 978-0-19-981257-8.
  8. ^ خطوط مغناطیسی نیرو در میدان زمین به طور دقیق از دایره های بزرگ در اطراف سیاره پیروی نمی کنند و دقیقاً از روی قطب های مغناطیسی می گذرند. بنابراین سوزن قطب نما فقط تقریباً به قطب های مغناطیسی اشاره می کند.
  9. ↑ «تنظیم انحراف روی قطب نما». Rei.com ​بازیابی شده در 06-06-2015 .
  10. ↑ Guarnieri, M. (2014). "روزی روزگاری قطب نما". مجله الکترونیک صنعتی IEEE . 8 (2): 60-63. doi :10.1109/MIE.2014.2316044. S2CID  11949042.
  11. ^ هلاین سلین، ویرایش. (2008). دایره المعارف تاریخ علم، فناوری و پزشکی در فرهنگ های غیر غربی . اسپرینگر. ص 197. شابک 978-1-4020-4559-2.
  12. ↑ مجله آمریکایی علوم. 1919 . بازیابی شده در 2009-06-30 .
  13. ^ مریل، رونالد تی. مک الهینی، مایکل دبلیو (1983). میدان مغناطیسی زمین: تاریخچه، منشأ و چشم انداز سیاره ای آن (ویرایش چاپ دوم). سانفرانسیسکو: مطبوعات آکادمیک. ص 1. ISBN 978-0-12-491242-7.
  14. ↑ لین، فردریک سی (1963). "معنای اقتصادی اختراع قطب نما". بررسی تاریخی آمریکا 68 (3): 605-617 [615]. doi :10.2307/1847032. JSTOR  1847032.
  15. ^ کریک، WH (1920). "تاریخ قطب نمای مایع". مجله جغرافیایی . 56 (3): 238-239. Bibcode :1920GeogJ..56..238C. doi :10.2307/1781554. JSTOR  1781554.
  16. ^ بررسی دنده: Kasper & Richter Alpin Compass ، OceanMountainSky.Com
  17. ^ Nemoto & Co. Ltd.، مقاله بایگانی شده 2008-12-05 در Wayback Machine : علاوه بر رنگ های نورانی معمولی فسفری ( سولفید روی )، پوشش های نورتابی درخشان تر که شامل ایزوتوپ های رادیواکتیو مانند استرانسیوم-90 ، معمولاً به شکل آلومینات استرانسیوم یا تریتیوم که ایزوتوپ رادیواکتیو هیدروژن است ، اکنون در قطب نماهای مدرن استفاده می شود. تریتیوم این مزیت را دارد که تابش آن چنان کم انرژی است که نمی تواند به محفظه قطب نما نفوذ کند.
  18. ^ آب جانسون، ص. 110
  19. ^ جانسون، ص 110-111
  20. ↑ Kjernsmo, Kjetil, How to use a Compass , بازیابی شده در 8 آوریل 2012 بایگانی شده در 2 مارس 2020 در Wayback Machine
  21. ↑ «سیال قطب نما ریچی». EastMarineAsia.com​
  22. ^ جانسون، ص. 112
  23. ↑ ارتش ایالات متحده، نقشه خوانی و ناوبری زمینی ، FM 21–26، ستاد فرماندهی، بخش ارتش، واشنگتن، دی سی (7 مه 1993)، فصل. 11، صفحات 1-3: هر قطب نما از نوع کارت شناور با محور مستقیم یا خط مرکزی می تواند برای خواندن یک یاتاقان نقشه با جهت دهی نقشه به سمت شمال مغناطیسی با استفاده از یک آزیموت مغناطیسی ترسیم شده استفاده شود، اما این فرآیند با قطب نمای نقاله.
  24. ^ مقاله MIL-PRF-10436N ، rev. 31 اکتبر 2003، واشنگتن دی سی: وزارت دفاع ایالات متحده
  25. ^ Kearny, Cresson H., Jungle Snafus ... And Remedies , Oregon Institute Press (1996), ISBN 1-884067-10-7 , pp. 164-170: در سال 1989، یکی از مربیان پیاده نظام جنگل ارتش ایالات متحده گزارش داد که حدود 20 درصد از قطب‌نماهای لنزاتیک شرکت او که در یک ورزش جنگلی در پاناما استفاده می‌شد ، در عرض سه هفته بر اثر باران و رطوبت خراب شد. 
  26. ↑ وزارت دفاع، کتابچه راهنمای نقشه خوانی و ناوبری زمینی ، کد ارتش HMSO 70947 (1988)، ISBN 0-11-772611-7 ، 978-0-11-772611-6 ، ch. 8، ثانیه 26، ص 6-7; فصل 12، ثانیه 39، ص. 4 
  27. ↑ «قطب‌نمای نظامی». Orau.org ​بازیابی شده در 2021-11-03 .
  28. ↑ CRC هندبوک شیمی و فیزیک . ص B247
  29. ↑ «فصل 8: ابزارهای پرواز». راهنمای خلبان دانش هوانوردی (FAA-H-8083-25B ed.). اداره هوانوردی فدرال 2016/08/24. ص 26. بایگانی شده از نسخه اصلی در 2023-06-20.
  30. ↑ کرامر، ملوین جی.، ثبت اختراع ایالات متحده 4،175،333 ، قطب نما مغناطیسی ، ریورتون، وایومینگ: شرکت برونتون، میخانه. 27 نوامبر 1979: Brunton Pocket Transit ، که از میرایی القایی مغناطیسی استفاده می کند، یک استثنا است.
  31. ^ آب جانسون، صفحات 113-114
  32. ^ ab "قطب نماهای جهانی". www.mapworld.co.nz . بازیابی 2023-03-16 .
  33. ^ جانسون، ص. 122
  34. ↑ آژانس اطلاعاتی جغرافیایی، ملی (2004). "راهنمای تنظیم قطب نما مغناطیسی" (PDF) . بایگانی شده از نسخه اصلی (PDF) در 2019-05-09 . بازیابی شده در 2019-05-09 .
  35. ↑ لوشنیکوف، ای. (دسامبر ۲۰۱۵). "قطب نما مغناطیسی در ناوبری مدرن دریایی". TransNav، مجله بین المللی ناوبری دریایی و ایمنی حمل و نقل دریایی . 9 (4): 539-543. doi : 10.12716/1001.09.04.10 . بازبینی شده در 11 فوریه 2016 .
  36. ↑ رایت، مونت (1972) محتمل ترین موقعیت . انتشارات دانشگاه کانزاس، لارنس. ص 7
  37. ^ جانسون، ص. 149
  38. ^ آب جانسون، صص 134-135
  39. ^ آب گید، کنت (2016). "هفت راه برای یافتن سرفصل" (PDF) . مجله ناوبری . 69 (5): 955-970. doi :10.1017/S0373463316000096. S2CID  53587934. بایگانی شده (PDF) از نسخه اصلی در 2022-10-09.

مراجع

در ادامه مطلب

لینک های خارجی

در ویکی‌انبار رسانه‌های مرتبط با:
قطب‌نما (رده) موجود است
ویکی‌نقل نقل قول‌هایی مربوط به قطب‌نما دارد .