Поверни корпус компаса — стрелка качнётся, немного подождёт и снова упрямо повернётся почти в прежнюю сторону. Ей никто не показывает букву N, она не видит Полярную звезду и не получает команду со спутника. Что же заставляет её искать север?
Короткий ответ: стрелка компаса сама является маленьким магнитом и поворачивается вдоль магнитного поля Земли. Поэтому один её конец указывает примерно в северном направлении. Но «примерно» здесь очень важно: магнитный север и настоящий географический север совпадают далеко не везде.
Как работает компас
Главная деталь обычного компаса — намагниченная стрелка, которая может почти свободно вращаться.
Попробуй повернуть весь прибор на четверть оборота.
Корпус повернётся вместе с твоей рукой. Буквы N, E, S и W уедут в сторону. А стрелка немного покачается и снова займёт привычное положение.
Так происходит потому, что её направление задаёт не рисунок на шкале.
Стрелка взаимодействует с магнитным полем Земли.
У маленького магнита есть два полюса. Если он может свободно вращаться, магнитное поле создаёт момент силы, который стремится развернуть магнит вдоль направления поля.
Поэтому компас работает даже ночью, под облаками и вдали от интернета.
Почему стрелка компаса показывает на север
Потому что Земля окружена собственным магнитным полем, а свободно вращающаяся магнитная стрелка выстраивается вдоль его местного направления.
Мы привыкли говорить: «стрелка показывает на север».
Для обычной прогулки этого объяснения часто достаточно.
Но физически картина немного хитрее.
Стрелка не знает, где находится Северный полюс, и не тянется к одной определённой точке на глобусе.
Она чувствует магнитное поле прямо там, где находится компас.
У этого поля есть направление, и горизонтально лежащая стрелка ориентируется вдоль его горизонтальной составляющей.
Именно поэтому в разных местах Земли направление магнитной стрелки может немного отличаться от направления точно к географическому Северному полюсу.
Откуда у Земли магнитное поле
Главный источник земного магнитного поля находится глубоко внутри планеты — во внешнем ядре.
Там вещество находится не в твёрдом состоянии. Внешнее ядро состоит главным образом из очень горячего жидкого железа с другими элементами.
Эта электропроводящая жидкость движется.
Вместе с вращением Земли такие движения способны поддерживать электрические токи, а электрические токи создают магнитное поле.
Этот механизм называют геодинамо.
Поэтому школьная фраза «Земля похожа на огромный магнит» полезна, но не совсем буквальна.
В центре планеты не лежит громадный железный брусок с буквами N и S. Магнитное поле поддерживается движением проводящего вещества внутри Земли.
Показывает ли компас точно на Северный полюс
Нет. Обычный магнитный компас почти никогда не указывает точно на географический Северный полюс.
Здесь легко запутаться, потому что существует несколько разных «северов».
Географический север связан с осью вращения Земли. Географический Северный полюс находится в точке 90° северной широты.
Магнитное направление задаётся местным магнитным полем.
И эти направления могут не совпадать.
Более того, NOAA отдельно уточняет: даже выражение «стрелка направлена прямо на магнитный полюс» является упрощением. Стрелка ориентируется по местному полю, а его линии не обязаны вести к полюсу по кратчайшей линии.
Что такое магнитное склонение
Магнитное склонение — это угол между направлением на истинный географический север и направлением, которое показывает магнитный компас.
Представь, что настоящий север находится точно впереди.
Но твоя стрелка отклонилась на несколько градусов вправо.
Вот этот угол и есть склонение.
В другом месте Земли стрелка может отклониться в противоположную сторону.
Причём склонение меняется не только от места к месту, но и со временем, потому что магнитное поле Земли постепенно изменяется.
Для прогулки в знакомом парке несколько градусов часто не играют решающей роли.
Но при серьёзной навигации по карте ошибка постепенно превращается в большое расстояние. Поэтому туристы, моряки, геологи и другие специалисты учитывают магнитное склонение.
Как пользоваться компасом
Для самого простого определения сторон света компас нужно держать горизонтально, дать стрелке успокоиться и совместить север шкалы с северным концом стрелки.
Шаг 1. Отойди от автомобиля, металлического ограждения, мощного магнита и других предметов, которые могут искажать магнитное поле возле прибора.
Шаг 2. Положи компас горизонтально на ладонь или другую ровную поверхность.
Шаг 3. Подожди несколько секунд, пока стрелка перестанет качаться.
Шаг 4. Найди её северный конец. В разных моделях он может быть красным, окрашенным иначе или иметь специальную отметку.
Шаг 5. Поверни корпус или шкалу компаса так, чтобы обозначение N совпало с северным концом стрелки.
Теперь остальные стороны света расположены правильно относительно местности: восток — E, юг — S, запад — W.
Но прежде чем идти куда-либо по компасу, нужно понимать ещё одну вещь: прибор показывает направление, а не говорит, безопасен ли выбранный маршрут.
Как пользоваться компасом в лесу
В лесу компас особенно полезен тогда, когда направление известно заранее — например, ты знаешь, что дорога или населённый пункт находятся к востоку от тебя.
Самая плохая идея — впервые достать компас после того, как уже заблудился, и ожидать, что стрелка сама покажет дорогу домой.
Она этого не умеет.
Компас скажет, где север, юг, восток и запад. Но он не знает, где находится твой дом.
Поэтому нормальное ориентирование начинается ещё до выхода.
Нужно посмотреть карту, понять маршрут, определить важные ориентиры и знать, в какую сторону следует двигаться, если понадобится выйти к дороге, реке или другому крупному объекту.
Для ребёнка правило ещё проще: в незнакомый лес нельзя отправляться одному только потому, что в кармане есть компас.
Что такое азимут
Азимут — это угол, который показывает направление на выбранный объект относительно севера.
Представь круг компаса.
Север — 0° или 360°.
Восток — примерно 90°.
Юг — 180°.
Запад — 270°.
Если нужная башня находится между севером и востоком, направление на неё может составлять, например, 40°.
Это и будет азимут.
Так компас превращается из прибора «где север?» в настоящий инструмент навигации.
Почему компас иногда показывает неправильно
Потому что стрелка реагирует не только на магнитное поле Земли, но и на достаточно сильные магнитные поля рядом с ней.
Поднеси к компасу постоянный магнит — и стрелка немедленно забудет о севере.
Это не поломка.
Просто ближайший магнит создаёт возле стрелки поле намного сильнее той небольшой части земного поля, которую она обычно использует для ориентации.
Похожее искажение может возникнуть рядом с крупной стальной конструкцией, автомобилем, динамиком, магнитной застёжкой или другим намагниченным предметом.
Поэтому перед измерением компас лучше отнести подальше от очевидных источников помех.
Работает ли компас в телефоне так же
Смартфон тоже может определять магнитное направление, но вместо свободно вращающейся стрелки использует электронный магнитометр.
Этот датчик измеряет магнитное поле вокруг устройства.
Программа превращает измерения в знакомую картинку компаса на экране.
Поэтому электронный компас тоже способен ошибаться возле магнитов и металлических предметов.
Телефон иногда просит выполнить калибровку — например, подвигать устройство определённым образом. Это помогает системе лучше оценить показания датчиков.
Важно не путать магнитный компас и GPS.
GPS определяет положение устройства с помощью спутниковых сигналов. Магнитометр определяет направление магнитного поля. В телефоне эти данные могут использоваться одновременно, но это разные технологии.
Можно ли сделать простой компас самому
Да. Принцип можно увидеть даже с помощью намагниченной иглы, которая способна свободно поворачиваться.
Такой опыт делай только со взрослым: игла острая.
Иглу можно намагнитить постоянным магнитом, затем положить на маленький кусочек лёгкого материала, плавающий в миске с водой.
Если конструкция вращается достаточно свободно и рядом нет сильных магнитных помех, игла постепенно занимает направление примерно север—юг.
Если осторожно повернуть плавающую основу, игла снова стремится вернуться в прежнее направление.
И вот перед тобой почти тот же принцип, на котором веками работали настоящие магнитные компасы.
Почему возле магнитных полюсов обычный компас работает хуже
Чем ближе к магнитному полюсу, тем слабее становится горизонтальная составляющая поля, по которой ориентируется обычная горизонтальная стрелка.
Представь линии магнитного поля.
Во многих местах они идут под углом к поверхности Земли.
Возле магнитного полюса направление поля становится почти вертикальным.
А обычная стрелка лежит горизонтально.
Значит, ей всё труднее выбрать устойчивое горизонтальное направление.
Поэтому NOAA даже выделяет возле магнитных полюсов зоны, где показания обычного магнитного компаса становятся ненадёжными.
Только ли люди используют магнитное поле для навигации
Нет. У некоторых животных обнаружена способность получать информацию о магнитном поле Земли.
Особенно интересны перелётные птицы.
Они не носят в крыле туристический компас, но исследования показывают, что некоторые виды способны использовать магнитную информацию вместе с Солнцем, звёздами, ландшафтом и другими ориентирами.
Получается забавное сравнение.
Человек построил маленькую магнитную стрелку.
А эволюция задолго до него создала живые навигационные системы.
Так почему компас показывает на север
Потому что его стрелка — это магнит, способный свободно вращаться в магнитном поле Земли.
Поле разворачивает стрелку вдоль местного магнитного направления.
Это направление обычно позволяет определить север и юг, но не всегда точно совпадает с направлением на географический Северный полюс.
Разницу между истинным и магнитным севером называют магнитным склонением.
Поэтому хороший навигатор знает сразу две вещи.
Первая: стрелке можно доверять.
Вторая: нужно понимать, что именно она показывает.
Коротко для школьного сообщения
Магнитный компас работает благодаря магнитному полю Земли. Его стрелка является маленьким магнитом и может свободно вращаться. Под действием магнитного поля она выстраивается примерно в направлении север—юг.
Компас показывает не точно на географический Северный полюс. Угол между магнитным направлением и истинным севером называется магнитным склонением. Он зависит от места и постепенно изменяется со временем.
Чтобы пользоваться компасом, его держат горизонтально и вдали от сильных магнитов и крупных металлических предметов. После того как стрелка успокоится, север шкалы совмещают с её северным концом.
Источники
NOAA National Centers for Environmental Information — Magnetic Declination
NOAA NCEI — Geomagnetism Frequently Asked Questions
U.S. Geological Survey — Introduction to Geomagnetism
U.S. Geological Survey — What is declination?
National Geographic Education — Compass
Wikimedia Commons — фотографии, авторство и лицензии.