روش کار با انواع قطب نما
قطب نما وسیلهای است که جهت جغرافیایی را نشان میدهد و یکی از ابزارهای مهم برای ناوبری است.
قطب نما؛ وسیلهای مفید برای جهتیابی
باید گفت که قطب نماهای مغناطیسی، شناختهشدهترین نوع قطب نما بوده و آنقدر محبوب هستند که اصطلاح قطبنما همیشه به قطب نمای مغناطیسی اشاره دارد. با اینکه طراحی و ساخت این نوع قطب نما در طول قرنها تا حد قابل توجهی تغییر کرده، اما روش عملکرد آن ثابت باقی مانده است. در این مطلب قصد داریم به بررسی روش کار قطب نما بپردازیم.
تاریخچه قطب نما
در پاسخ به این پرسش که compass چیست، باید گفت قطب نما وسیلهای است که همیشه جهت شمال مغناطیسی زمین را نشان میدهد. در قرن پانزدهم، کاوشگران متوجه شدند که جهت شمال که توسط قطبنما نشان داده میشود، با شمال جغرافیایی واقعی زمین یکسان نیست. این اختلاف بین شمال مغناطیسی و شمال واقعی، انحراف مغناطیسی نامیده میشود و بسته به موقعیت مکانی متفاوت است. البته در هنگام استفاده از قطب نماهای مغناطیسی در نزدیکی استوا، این تفاوت چندان قابل توجه نیست، اما در نزدیکی قطب شمال و جنوب، این اختلاف بسیار بیشتر است و میتواند کسی را کیلومترها از مسیر دور کند. ناوبرها باید قطب نمای خود طوری تنظیم کنند که بتواند تغییرات مختلف را در نظر بگیرد.
قطب نماهای مغناطیسی در طول زمان پیشرفت کردهاند و به ویژه از آنها برای ناوبری دریایی استفاده شده است. زمانی که کشتیها از چوب به آهن و فولاد تبدیل شدند، مغناطیس کشتی بر خوانش قطبنما تاثیر میگذاشت. به این تفاوت، «انحراف» قطبنما گفته میشد. تنظیماتی مانند قرار دادن توپهای آهنی نرم (به نام کرههای کلوین) و آهنرباهای میلهای (موسوم به میلههای فلیندرز) در نزدیکی قطب نما، به افزایش دقت خوانشها کمک میکرد. از سوی دیگر، در هواپیماهایی که از قطبنما استفاده میکنند نیز باید انحراف را در نظر گرفت که دلیل آن، استفاده از فلز در ساخت بخشهای مختلف هواپیما است.
روش کار قطب نما
در پاسخ به این پرسش که قطب نما چیست، باید گفت قطب نماهای ابتدایی، از یک سوزن مغناطیسی متصل به یک تکه چوب یا چوبپنبه ساخته میشدند که آزادانه در یک ظرف آب شناور بود. همزمان با اتصال سوزن، انتهای مشخصشده، سمت شمال مغناطیسی را نشان میدهد. به زبان سادهتر، قطب نماهای مغناطیسی از یک سوزن مغناطیسی تشکیل شده است که اجازه دارد بچرخد تا با میدان مغناطیسی زمین همسو شود. انتهای این سوزن به شمال مغناطیسی و جنوب مغناطیسی اشاره میکند.
اگر در جنگل گم شده باشید، بهترین شانس شما برای یافتن راه، میتواند یک آهنربای ساده و کوچک باشد. در واقع آهنربا است که باعث میشود قطبنما، سمت شمال را نشان دهد – پین مغناطیسی کوچک در قطبنما بهطور معلق قرار دارد تا بتواند آزادانه در داخل بدنهاش بچرخد و به مغناطیس سیاره زمین پاسخ بدهد. سوزن قطبنما خود را در یک راستا قرار میدهد و به سمت بالای میدان مغناطیسی زمین اشاره میکند و به کاشفان و جهتگیری ثابتی ارائه میدهد.
قطب نما همیشه سمت شمال را نشان میدهد؛ زیرا همه آهنرباها دو قطب دارند، یکی قطب شمال و دیگری قطب جنوب. قطب شمال آهنربا به قطب جنوب آهنربای دیگر جذب میشود. در واقع زمین آهنربایی است که میتواند از این طریق با دیگر آهنرباها تعامل داشته باشد. از این رو، انتهای شمالی آهنربای قطبنما طوری قرار میگیرد که با میدان مغناطیسی زمین همسو شود. از آنجایی که قطب شمال مغناطیسی زمین انتهای شمال دیگر آهنرباها را جذب میکند، از نظر فنی قطب جنوب میدان مغناطیسی سیاره زمین است.
انواع قطب نما
قطب نماهای مغناطیسی اشکال مختلفی دارند. ابتداییترین آنها قطب نماهای قابل حمل برای استفاده در پیادهرویهای معمولی هستند. قطب نماهای مغناطیسی میتوانند ویژگیهای بیشتری نیز داشته باشند، مانند ذرهبین برای استفاده در نقشهها، منشور یا آینهای که به شما امکان میدهد در حالی که خواندن قطب نما را دنبال میکنید منظره را نیز تماشا کنید، یا علامتگذاری به خط بریل برای افراد کمبینا.
پیچیدهترین قطب نماها، دستگاههای پیچیدهای در کشتی ها یا هواپیماها هستند که میتوانند حرکت، تغییرات و انحراف را محاسبه و تنظیم کنند. علیرغم پیشرفتهای فناوری سامانه موقعیتیاب جهانی یا جیپیاس، قطبنما هنوز هم یک ابزار ارزشمند به شمار میرود. بسیاری از هواپیماها و کشتیها همچنان از قطب نماهای بسیار پیشرفته به عنوان ابزار ناوبری استفاده میکنند. از میان سایر انواع قطبنما میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
قطب نمای ژیروسکوپی: این ابزار که در اوایل قرن بیستم اختراع شد، برای اشاره به شمال واقعی از یک ژیروسکوپ چرخان برای دنبال کردن محور چرخش زمین استفاده میکند.
قطب نمای خورشیدی: این قطب نما از خورشید به عنوان ابزار ناوبری استفاده میکند.
چوب و سایه: منظور از چوب و سایه، چوبی است که به صورت عمودی در زمین قرار میگیرد. سنگریزههایی که در اطراف چوب گذاشته میشوند و یک تکه ریسمان برای ردیابی سایه خورشید در سراسر آسمان، به دریانوردان کمک میکند تا جهت شرق و غرب را تعیین کند.
گیرندههای سیستم موقعیتیابی جهانی (GPS): امروزه جیپیاس جایگزین قطبنما شده است. گیرنده جیپیاس با ماهوارههایی که به دور زمین میچرخند و همینطور ایستگاههای نظارت روی زمین، هماهنگ میشود تا مکان گیرنده را مشخص کند. گیرندههای جیپیاس میتوانند طول، عرض و ارتفاع را روی نقشه نشان دهند. مگر در حالتی که اجسام بزرگ سیگنالها را مسدود کنند، خوانشها معمولا تا حدود 15 متر دقیق هستند.
حقایق جالب درباره قطب نما
یکی از حقایق جالب درباره قطب نما این است که بسیاری از حیوانات مانند انواع خاصی از مورچهها، ماهیها و پرندگان از خورشید به عنوان قطب نما استفاده میکنند تا مسیر خود را پیدا کنند. آنها از ساعت بیولوژیکی داخلی خود برای جبران حرکت خورشید در آسمان و حفظ مسیر مستقیم بهره میگیرند. سایر حیوانات مانند کبوترها نیز میتوانند با استفاده از میدان مغناطیسی زمین حرکت کنند. مغز آنها مانند یک قطب نمای مغناطیسی داخلی عمل میکند تا میدان مغناطیسی زمین را دنبال کنند.
حقیقت جالب دیگری که در مورد قطب نما وجود دارد، این است که اگر 800 هزار سال پیش از قطب نما استفاده میکردید و رو به شمال میبودید، سوزن به قطب مغناطیسی جنوب اشاره میکرد. چرا؟ اگرچه زمین مانند یک آهنربای غول پیکر عمل میکند، اما پایدار نیست. هر دو قطب مغناطیسی شمال و جنوب به آرامی در حال جابجایی هستند.
از اوایل قرن نوزدهم که قطب شمال مغناطیسی کشف شد، بیش از 966 کیلومتر به سمت شمال رانده شد و با سرعتی نزدیک به 64 کیلومتر در سال به حرکت خود ادامه میدهد. جالب این که قطبهای مغناطیسی شمال و جنوب نیز بارها در تاریخ زمین جای خود را تغییر دادهاند.
قطبنما در طول تاریخ ارزش خود را حفظ کرده است
در این مطلب به این پرسش پاسخ دادیم که قطبنما چیست. سادهترین قطب نما یک سوزن فلزی مغناطیسی است و به گونهای نصب شده که بتواند آزادانه بچرخد. البته بهتر است توجه داشته باشید که قطبنماهایی که این روزها میخرید، کمی پیچیدهتر از سوزنهای شناور اولیه هستند، اما اساسا به همان شکل عمل میکنند.
سوالات متداول
قطب نما چیست؟
قطب نما وسیلهای است که با استفاده از یک سوزن مغناطیسی، جهت شمال مغناطیسی زمین را نشان میدهد.
آیا قطب نما برای افراد کمبینا نیز کاربرد دارد؟
بله، قطب نماهای مغناطیسی میتوانند ویژگیهای داشته باشند؛ از جمله علامتگذاری به خط بریل برای افراد کمبینا.
آیا حیوانات نیز به طور غریزی از قطب نما استفاده میکنند؟
بله، انواع خاصی از مورچهها، ماهیها و پرندگان برای مسیریابی از خورشید به عنوان قطب نما استفاده میکنند. آنها برای جبران حرکت خورشید در آسمان و حفظ مسیر مستقیم، از ساعت بیولوژیکی داخلی خودشان استفاده میکنند.
منابع
- https://education.nationalgeographic.org/resource/compass/
- https://www.livescience.com/32732-how-does-a-compass-work.html
- https://www.ramblers.org.uk/go-walking-hub/beginners-guide-using-compass
- https://www.explainthatstuff.com/how-compasses-work.html
