قطب نما چیست و چگونه می توان از آن استفاده کرد؟

قطب نما (Compass) دستگاه اصلی جهت یابی در سطح زمین است که در ناوبری یا نقشه برداری مورد استفاده قرار می گیرد.

قطب نما ممکن است براساس اصول مغناطیسی یا ژیروسکوپی یا با تعیین جهت خورشید یا یک ستاره کار کند.قدیمی ترین و آشناترین نوع قطب نما، قطب نما مغناطیسی است که به اشکال مختلف در هواپیماها ، کشتی ها و وسایل نقلیه زمینی و توسط نقشه برداران استفاده می شود.

این وسیله یک مغناطیس سنج است که برای جهت یابی و جهت گیری استفاده می شود و موقعیت را نسبت به جهت های اصلی جغرافیایی (یا نقاط) نشان می دهد. در ادامه مقاله در نشریه جهان شیمی فیزیک توضیحات بیشتری در رابطه با این وسیله ارائه می شود لطفا همراه ما باشید.

طرز کارکرد قطب نما چگونه است؟

همه قطب نماها دارای صفحه ای هستند که جهت شمال ، جنوب ، شرق و غرب در آن با حروف اختصاری نشان داده می شود. هنگامی که از قطب نما استفاده می شود صفحه آن را می توان با جهت های جغرافیایی مربوطه مطابقت داد. به عنوان مثال ، علامت “N” روی صفحه به سمت شمال است. صفحه این وسیله جهت یابی علاوه بر جهات جغرافیایی دارای علامت هایی برای تعیین زاویه ها برحسب درجه است.

جهت شمال ۰ درجه است و زوایا در جهت عقربه های ساعت افزایش می یابد ، بنابراین شرق ۹۰ درجه ، جنوب ۱۸۰ درجه و غرب ۲۷۰ درجه است. این اعداد به قطب نما اجازه می دهد تا سمت مغناطیسی شمال واقعی را نشان دهد. اگر انحراف مغناطیسی بین شمال مغناطیسی و شمال واقعی از نظر زاویه عرض و زاویه طول شناخته شده باشد ، جهت شمال مغناطیسی نیز جهت شمال واقعی را نشان می دهد.

کاربرد قطب نما

این وسیله در کشتی ها و هواپیماها برای جهت یابی استفاده می‌ شود. از دیگر کاربردهای وسیع این وسیله در صنایع نظامی است که برای دیده بانی در مناطق عملیاتی استفاده می شود. در صنایع مخابرات ، کارهای پژوهشی و ساختمان ها نیز قبله نما ها که  نوعی دیگر از قطب نما هستند مورد استفاده قرار می گیرند.

قطب نمای مغناطیسی چیست؟

قطب نمای مغناطیسی آشنا ترین نوع این وسیله جهت یابی است. این وسیله به عنوان یک اشاره گر به سمت “شمال مغناطیسی” ، نصف النهار مغناطیسی محلی عمل می کند ، زیرا سوزن مغناطیسی شده در قلب آن با میدان مغناطیسی زمین همسو شده است.

در این وسیله میدان مغناطیسی یک گشتاور بر روی سوزن ایجاد می کند که انتهای شمالی یا قطب سوزن را تقریباً به سمت قطب مغناطیسی شمالی زمین می کشد و دیگری را به سمت قطب مغناطیسی جنوبی زمین می کشد. وقتی قطب نما در یک سطح ثابت قرار بگیرد سوزن آن می چرخد ​​تا اینکه پس از چند ثانیه نوسانات آن از بین می رود و جهت شمال را نشان دهد.

در ناوبری ، جهت ها روی نقشه ها معمولاً با اشاره به شمال واقعی بیان می شوند. بسته به جایی که قرار دارید زاویه بین شمال واقعی و شمال مغناطیسی بر حسب موقعیت جغرافیایی می تواند بسیار متفاوت باشد. انحراف مغناطیسی محلی در اکثر نقشه ها آورده شده است تا به نقشه اجازه داده شود با قطب نما به موازات شمال واقعی جهت گیری کند.

مکان قطب های مغناطیسی زمین با گذشت زمان به آرامی تغییر می کنند  که از آن به عنوان تغییرات سکولار ژئومغناطیسی یاد می شود بنابراین باید از نقشه ای با آخرین اطلاعات مربوط به انحراف استفاده شود. برخی از قطب نما های مغناطیسی ابزاری برای جبران دستی کاهش افت مغناطیسی دارند ، به طوری که قطب نما جهت های واقعی را نشان می دهد.

محدودیت های قطب نمای مغناطیسی

قطب نمای مغناطیسی در عرض های جغرافیایی متوسط ​​بسیار قابل اعتماد است ، اما در مناطق جغرافیایی نزدیک قطب های مغناطیسی زمین غیر قابل استفاده می شود. با نزدیک شدن قطب نما به یکی از قطب های مغناطیسی ، تمایل مغناطیسی ، اختلاف جهت به شمال جغرافیایی و شمال مغناطیسی ، بیشتر و بیشتر می شود. در برخی از نقاط نزدیک به قطب مغناطیسی ، قطب نما هیچ جهت خاصی را نشان نمی دهد اما شروع به حرکت نوسانی می کند. همچنین ، به دلیل اصطلاحاً تمایل مغناطیسی ، سوزن هنگام نزدیک شدن به قطب ها به سمت بالا یا پایین اشاره می کند.

قطب نما های مغناطیسی تحت تأثیر هر زمینه دیگری غیر از زمین قرار دارند. محیط های که ممکن است حاوی رسوبات مغناطیسی و منابع مصنوعی مانند MRI ، اجسام بزرگ آهن یا فولاد ، موتورهای الکتریکی یا آهنرباهای دائمی قوی باشند، جهت یابی آنرا تحت تاثیر قرار می دهند. هر جسم رسانای الکتریکی حامل جریان الکتریکی ، میدان مغناطیسی تولید می کند و قطب نماهای مغناطیسی در مجاورت چنین اجسامی مستعد خطا هستند. برخی از قطب نما ها دارای آهن ربا هستند که می توانند برای جبران میدان های مغناطیسی خارجی تنظیم شوند که وسیله ای مطمئن تر و دقیق تر ارائه می دهد.

انواع دیگر قطب نما

قطب نمای ژیروسکوپی

بعضی از قطب نماها از مغناطیس زمین برای نشان دادن جهت استفاده نمی کنند. قطب نمای ژیروسکوپی که در اوایل قرن ۲۰ اختراع شد ، از ژیروسکوپ چرخشی برای دنبال کردن محور چرخشی زمین برای نشان دادن شمال واقعی استفاده می کند. از آنجا که شمال مغناطیسی اندازه گیری نمی شود انحراف در این وسیله اهمیتی ندارد. هنگامی که ژیروسکوپ شروع به چرخیدن می کند ، حرکت وسیله باعث ایجاد مزاحمت نمی شود. این نوع قطب نما اغلب در کشتی ها و هواپیماها استفاده می شود.

 قطب نمای خورشیدی

قطب نما خورشیدی از خورشید به عنوان ابزاری جهت یابی استفاده می کند. متداول ترین روش استفاده از کارت قطب نما و زاویه سایه خورشید برای نشان دادن جهت است. حتی بدون کارت قطب نما ، روش هایی وجود دارد که از خورشید به عنوان قطب نما استفاده می کند. یک روش ساختن چوب سایه است. چوب سایه چوبی است که به صورت قائم در زمین قرار می گیرد. سنگریزه هایی که در اطراف چوب قرار داده می شود و یک تکه رشته برای ردیابی سایه خورشید در آسمان مورد استفاده قرار می گیرد تا جهت شرق و غرب را تعیین کند.

نوع دیگر قطب نمای خورشیدی ساعت آنالوگ است. با استفاده از عقربه های ساعت و موقعیت خورشید ، می توان جهت شمال یا جنوب را تعیین کرد. کافی است ساعت را به موازات زمین (در دست خود) نگه دارید و عقربه ساعت را به سمت خورشید نشان دهید. زاویه بین عقربه ساعت و علامت ساعت ۱۲ را پیدا کنید. این خط شمال به جنوب است. در نیمکره جنوبی ، شمال جهت نزدیک تر به خورشید خواهد بود. در نیمکره شمالی ، شمال جهت دورتر از خورشید خواهد بود.

قطب نمای ماهواره‌ای

این وسیله ها در واقع گیرنده‌های  GPSهستند. در حال حاضر گیرنده های سیستم موقعیت یابی جهانی (GPS) جای قطب نما را گرفته اند. یک گیرنده GPS با ماهواره هایی که به دور زمین می چرخند و ایستگاه های نظارتی روی زمین در تعیین محل گیرنده عمل می کند. گیرنده های GPS می توانند طول و عرض جغرافیایی و ارتفاع را روی نقشه ترسیم کنند. تا زمانی که اشیا بزرگ سیگنال ها را مسدود نکنند ، قرائت معمولاً در محدود ۱۵ متری (۵۰ فوت) دقیق است.

با وجود پیشرفت های GPS ، قطب نما هنوز هم ابزاری ارزشمند است. بسیاری از هواپیماها و کشتی ها هنوز از قطب نمای بسیار پیشرفته به عنوان ابزار ناوبری استفاده می کنند. برای بررسی گاه به گاه – برای ناوبران یا قایق های کوچک – یک قطب نمای جیبی یا قطب نمایی که روی داشبورد نصب شده است ، یک ابزار عملی و قابل حمل است.

قطب نمای انگشت شستی

این وسیله در اواسط دهه ۱۹۸۰ با ایجاد تغییراتی در شکل صفحه و ساختار قطب نما برای اتصال به انگشت شست ابداع شد. این وسیله برای دونده ها و افرادی که سریع پیاده روی می کنند، مورد استفاده قرار می گیرد.  این قطب نما به انگشت شست دست چپ بسته می شود و مزیت آن این است که قطب نما و نقشه در آن واحد خوانده می شوند و  نقشه  سریع تر و راحت تر توجیه و تنظیم می گردد. مشکل این قطب نما این است که موقع دویدن خیلی دقیق نیست.

قطب نماهای حالت جامد

قطب نماهای كوچک موجود در ساعت ها ، تلفن های همراه و ساير دستگاه های الكترونيكی از این دست هستند كه معمولاً از دو يا سه حسگر ميدان مغناطيسی ساخته شده اند و داده ها را برای یک ريزپردازنده فراهم می كنند.

این دستگاه یک جزء گسسته است که متناسب با جهت گیری آن سیگنال دیجیتال یا آنالوگ تولید می کند. این سیگنال توسط یک کنترل کننده یا ریزپردازنده تفسیر می شود و یا به صورت داخلی استفاده می شود یا به یک واحد نمایشگر ارسال می شود. این سنسور از الکترونیک داخلی بسیار کالیبره شده برای اندازه گیری پاسخ دستگاه به میدان مغناطیسی زمین استفاده می کند.

جالب است بدانید بسیاری از حیوانات – مانند انواع خاصی از مورچه ها ، ماهی ها و پرندگان – از خورشید به عنوان قطب نما استفاده می کنند تا به آنها در یافتن جهت کمک کند. آنها از ساعت بیولوژیکی داخلی خود برای تعیین جهت تابش خورشید در آسمان و حفظ مسیر مستقیم استفاده می کنند. حیوانات دیگر – مانند کبوترها – با استفاده از میدان مغناطیسی خود زمین قادر به پیمایش هستند. مغز آنها مانند یک قطب نما مغناطیسی داخلی عمل می کند تا میدان مغناطیسی زمین را دنبال کند.

قطب نمای پیشرفته

این قطب نماها بیشتر در صنایع مخابرات و امور نظامی کاربرد دارند و مجهز به سلول های شب نما هستند که در تاریکی شب نیز بتوانند جهت یابی را به خوبی انجام دهند. این نوع ابزارها در دوربین های نظامی ، تانک ها ، نفربرها و برخی خودروهای پیشرفته مورد استفاده قرار می گیرند. این وسیله در اندازه گیری طول و عرض جغرافیایی محل ، انجام عملیات نظامی ، نقشه خوانی و دیده بانی در مناطق جنگی نقش تعیین کننده دارند.

N در قطب نما یعنی چی

قطب نما، فراتر از کاربرد عملی آن در ناوبری، دارای معنای نمادین غنی است که فراتر از فرهنگ ها و دوره هاست. قطب نما برای راهنمایی، جهت گیری و توانایی یافتن راه است. این وسیله به عنوان یک نماد قدرتمند برای نشان دادن راه سفر است. همچنین ابزار مهمی برای مسافران و کاوشگران بوده است و آنها را در سرزمین های ناشناخته راهنمایی می کند. این وسیله همچنین می تواند استعاره ای برای جستجوی دانش و شجاعت برای جسارت در ناشناخته ها باشد.

اهمیت تاریخی قطب نما در نقش آن به عنوان یک ابزار ناوبری است که اکتشاف و تجارت را متحول کرد. قبل از اختراع، دریانوردان به روش های کمتر قابل اعتمادی مانند ناوبری آسمانی و محاسبات دیگر متکی بودند. قطب نما، با توانایی خود در جهت گیری مداوم به سمت شمال مغناطیسی، وسیله قابل اعتمادی را برای دریانوردان برای تعیین مسیرشان فراهم می کرد و آنها را قادر می ساخت تا با اطمینان به آب های ناشناخته وارد شوند.

این پیشرفت در ناوبری نه تنها عصر اکتشاف را تسهیل کرد، بلکه با گشودن مسیرهای دریایی جدید و اتصال سرزمین های دور، تجارت جهانی را به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار داد.

قطب نما در شکل دادن به دنیای مدرن با گسترش دانش جغرافیایی، ترویج مبادلات فرهنگی و محرک رشد اقتصادی از طریق افزایش تجارت دریایی نقش بسزایی دارد. اهمیت تاریخی آن را نمی توان اغراق کرد، زیرا اساساً نحوه حرکت انسان ها و تعامل با جهان را تغییر داد.

N در قطب نما به سمت شمال اشاره دارد و S سمت جنوب را نشان می دهد. آنها دو نماد اصلی هستند که در انواع این وسایل وجود دارند. قطب نما انواع مختلفی دارد و اکنون برای کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرد. انواع ساده این وسیله اکنون برای مقاصد آموزشی مورد استفاده قرار می گیرد.