Творческое задание, страница 198 - гдз по физике 10 класс учебник Закирова, Аширов

Творческое задание

Подготовьте сообщение с ppt-презентацией (на выбор):

1. «Порошковая металлургия – современная технология изготовления постоянных магнитов».

2. «Виды компасов, их устройство и принцип действия».

3. «Современные области использования магнитных материалов».

2. «Виды компасов, их устройство и принцип действия».

Компас — это навигационный прибор, предназначенный для определения направления на магнитные полюса Земли и, соответственно, сторон света. Его работа основана на взаимодействии собственного магнитного поля прибора с магнитным полем Земли. Существует несколько основных видов компасов, различающихся по устройству и принципу действия.

Принцип действия классического магнитного компаса

Основой работы любого магнитного компаса является взаимодействие с геомагнитным полем Земли. Нашу планету можно представить как огромный постоянный магнит. У этого магнита есть южный магнитный полюс (расположенный вблизи географического Северного полюса) и северный магнитный полюс (расположенный вблизи географического Южного полюса). Магнитные силовые линии этого поля выходят из северного магнитного полюса и входят в южный.

Главный элемент магнитного компаса — это лёгкая, свободно вращающаяся на острие магнитная стрелка. Эта стрелка сама является небольшим постоянным магнитом. Согласно законам физики, противоположные полюса магнитов притягиваются, а одноимённые отталкиваются. Поэтому северный полюс магнитной стрелки (обычно окрашен в синий или красный цвет) всегда указывает в направлении южного магнитного полюса Земли, то есть на северное направление. Для удобства этот конец стрелки и называют «северным».

Важно отметить, что магнитные и географические полюса Земли не совпадают. Угол между направлением на географический север (истинный север) и магнитный север называется магнитным склонением. Для точной навигации необходимо вносить поправку на магнитное склонение, значение которого зависит от географического местоположения.

Виды компасов и их устройство

Магнитные компасы

Это наиболее распространенный и исторически первый тип компасов. Они делятся на несколько подтипов.

• Жидкостный компас (компас Адрианова, спортивный/планшетный компас):

Устройство: Состоит из герметичной колбы, заполненной незамерзающей жидкостью (например, керосином, спиртом или специальным маслом). В жидкости на острие иглы находится магнитная стрелка. Жидкость служит для успокоения (демпфирования) колебаний стрелки, что позволяет ей быстро устанавливаться в нужном направлении. Колба часто размещена на плате (планшете) с линейкой и имеет поворотное кольцо (лимб) с градусной шкалой для определения азимута. На корпусе также есть визирное приспособление для точного нацеливания на объект.

Принцип действия: Классический магнитный. Стрелка ориентируется вдоль силовых линий магнитного поля Земли.

• Морской компас (картушечный):

Устройство: В отличие от стрелочного, здесь система магнитов закреплена на обратной стороне диска с нанесенной шкалой — картушки. Вся эта система вращается в жидкости. Наблюдатель смотрит на неподвижный курсовой указатель, а под ним вращается картушка, показывая текущий курс судна. Весь прибор устанавливается в специальном подвесе (карданов подвес), который позволяет компасу оставаться в горизонтальном положении при качке судна.

Принцип действия: Также основан на взаимодействии с магнитным полем Земли. Особенность — во вращающейся картушке, а не стрелке.

Гирокомпас (гироскопический компас)

Устройство: Основной элемент — гироскоп, представляющий собой быстро вращающийся ротор, ось которого может свободно изменять своё направление в пространстве. Ротор приводится во вращение электродвигателем. Благодаря специальной конструкции (созданию маятникового момента) и свойству гироскопа сохранять неизменным направление оси вращения в пространстве, ось прибора под действием суточного вращения Земли самостоятельно устанавливается в плоскости истинного меридиана, то есть указывает на географический (истинный) Северный полюс.

Принцип действия: Не использует магнитное поле Земли. Его работа основана на двух свойствах гироскопа и факте вращения Земли. Он не подвержен влиянию магнитных полей от металлических частей корабля или магнитных аномалий. Поэтому его показания не требуют поправки на магнитное склонение и девиацию.

Электронный (цифровой) компас

Устройство: Не имеет движущихся частей. Основан на использовании специальных датчиков — магнитометров (например, на основе эффекта Холла или магниторезистивных датчиков). Обычно используются два или три датчика, расположенных перпендикулярно друг другу. Они измеряют проекции вектора индукции магнитного поля Земли на оси $B_x$ и $B_y$. Микропроцессор обрабатывает эти данные и вычисляет направление на магнитный север. Часто такие компасы дополняются акселерометром для коррекции показаний при наклоне устройства.

Принцип действия: Измерение компонент вектора магнитного поля Земли и последующий математический расчёт направления. Такие компасы встроены в большинство современных смартфонов, планшетов, GPS-навигаторов и умных часов. Требуют периодической калибровки для компенсации влияния локальных магнитных полей (например, от электроники самого устройства).

GPS-компас (условное название)

Устройство: Строго говоря, это не компас, а функция GPS-приёмника. Он состоит из антенны для приёма сигналов со спутников и вычислительного модуля.

Принцип действия: Принцип основан не на магнетизме, а на анализе изменения координат. Приёмник определяет свои географические координаты в два разных момента времени. Зная начальную и конечную точки, а также время, за которое было пройдено расстояние между ними, прибор вычисляет вектор скорости и, соответственно, направление движения (курс). Таким образом, GPS-компас показывает направление только при движении. В статичном положении он не может определить стороны света.

В заключение, выбор типа компаса зависит от задачи: для пешего туризма достаточно простого жидкостного компаса, на морских судах используются надёжные гироскопические и магнитные картушечные компасы, а в современных гаджетах повсеместно применяются компактные электронные компасы.

Ответ:

В ответе подробно рассмотрены основные виды компасов: магнитные (жидкостный, морской), гирокомпас, электронный и GPS-компас. Для каждого вида описаны его устройство и физический принцип действия, основанный либо на взаимодействии с магнитным полем Земли (магнитные и электронные компасы), либо на свойствах гироскопа и вращении Земли (гирокомпас), либо на анализе спутниковых данных о перемещении (GPS).