علوم پایه, فیزیک 539 بازدید

قطب نما یا Compass یکی از قدیمی‌ترین ابزارهای جهت یابی در تاریخ است. از زمانی که بشر درک بیشتری از ناوبری و جهت یابی به دست آورده این ابزار از مهم‌ترین وسیله‌های ناوبری در سفرهای مهم مانند اولین سفرهای ماورای اقیانوس‌ها و گردش در جهان بوده‌اند. هیچ یک از این سفرها بدون کمک قطب نما در انجام محاسبات ناوبری در مسافت‌های طولانی امکان پذیر نیست. کاوشگران اولیه برای پیمایش مجبور بودند از نشانه‌های محلی و ستاره‌ها استفاده کنند و این امر سفر به مقصد دور یا ناشناخته را بسیار دشوار می‌کرد. قطب نما یکی از موفقیت‌های اساسی بود که چنین سفرهایی را به واقعیت تبدیل کرد. در این مطلب در مورد طرز کار و نحوه عملکرد قطب نما صحبت می‌کنیم.

فهرست مطالب این نوشته پنهان کردن

یک قطب نما چگونه کار می‌کند؟

قطب نما با تشخیص میدان‌های مغناطیسی طبیعی زمین کار می‌کند. همان طور که می‌دانید زمین دارای یک هسته آهنی است که به دلیل فشار گرانشی بخشی از آن مایع و بخشی بلور جامد است. اعتقاد بر این است که حرکت در هسته خارجی مایع همان چیزی است که میدان مغناطیسی زمین را تولید می‌کند. مانند همه میدان‌های مغناطیسی، میدان مغناطیسی زمین دارای دو قطب اصلی یک قطب شمال و یک قطب جنوب است.

این قطب‌های مغناطیسی کمی از محور چرخش زمین که به عنوان قطب‌های جغرافیایی استفاده می‌شوند، فاصله دارند اما با این حال به اندازه کافی به این قطب‌ها نزدیک هستند که می‌توان جهت‌های کلی را با محاسبه اختلاف زاویه، به عنوان یک زاویه انحراف برای ناوبری مورد استفاده قرار داد.

میدان مغناطیسی زمین
تصویر ۱: میدان مغناطیسی زمین

اساساً قطب نما یک آهن ربای سبک است و یک سوزن مغناطیسی روی یک محور چرخان آزاد روی آن قرار دارد. این ویژگی اجازه می‌دهد تا سوزن نسبت به میدان‌های مغناطیسی اطراف واکنش و عکس العمل بهتری داشته باشد. از آنجا که قطب‌های مغناطیسی غیرهمنام یکدیگر را جذب می‌کنند قطب جنوب سوزن مغناطیسی به قطب شمال مغناطیسی طبیعی زمین اشاره می‌کند و بدین ترتیب دریانوردان می‌توانند برای مثال جهت شمال جغرافیایی را تشخیص دهند.

اولین قطب نماها قطب نماهای آبی بودند که چینی‌ها در زمان سلسله سونگ اختراع کردند. این قطب نماها یک قطعه فلز مغناطیسی شده بودند که در یک کاسه آب شناور بودند. آب محور چرخش بدون اصطکاک مورد نیاز برای ساخت قطب نما را تأمین می‌کرد.

قطب نما بعداً در قرن 14 میلادی در غرب به صورت متداول مورد استفاده قرار گرفت. این امر منجر به آنچه در حال حاضر عصر اکتشاف، جایی که قدرت‌های بزرگ اروپایی کاوش بیشتر در جهان از جمله آمریکای شمالی و جنوبی را آغاز کردند، شد. در حالی که قطب نما تنها یکی از وسایلی بود که این عصر طلایی اکتشاف را به وجود آورد، اما در تحقق آن نقش مهمی داشت. حتی در حال حاضر ناوبری مدرن هنوز به قطب نما و نقشه‌های دقیقی که به کمک آن به وجود آمده، متکی است.

چه کسی قطب نما را اختراع کرد؟

هیچ کس دقیقاً نمی‌داند که چه زمانی قطب نما اختراع شده است، با این حال در مورد اطلاعات اولیه استفاده از قطب نما این موارد روشن است:

اختراع قطب نما

  • 300–200 پیش از میلاد: اعتقاد بر این است که جهت یاب‌های مغناطیسی اولیه در چین اختراع شده‌اند.
  • قرن دوازدهم میلادی: قطب نماهای پیچیده‌تری به طور مستقل در چین، جهان عرب و اروپا اختراع شدند که دارای سوزن‌های قطب نما بودند و برای اولین بار روی پین‌ها نصب شده بودند.
  • قرن سیزدهم: قطب نماها دارای کارت‌هایی بودند که با نقاط اصلی و زیرمجموعه‌های آن‌ها شناخته شده بودند.
  • قرن پانزدهم: ناوبران متوجه شدند که قطب نماها به قطب شمال مغناطیسی زمین اشاره دارند و به سمت قطب شمال جغرافیایی و واقعی آن نیستند.
  • قرن شانزدهم: قطب نماهای دریایی برای کاهش مشکلات ناشی از حرکت کشتی‌ها در گیمبال نصب شدند.
  • قرن هفدهم: «ویلیام گیلبرت» (William Gilbert) انگلیسی یک گزارش علمی جامع از مغناطیس زمین را منتشر کرد و از آن برای توضیح اینکه چرا قطب نما به سمت شمال اشاره می‌کند استفاده کرد.
  • دهه 1880: «ویلیام تامپسون» (William Thompson)یا لرد کلوین فیزیکدان اسکاتلندی قطب نمایی طراحی کرد که می‌توانست برای کار در داخل کشتی‌های سنگین  حمل آهن استفاده شود.
  • دهه 1880: «مارینوس جراردوس ون دن بوس» (Marinus Gerardus van den Bos) هلندی یک ژیروسکوپ را ثبت و اختراع کرد. بعد از او افراد دیگری این اختراع را طی چند دهه توسعه داده و اصلاح کردند.
  • دهه 1900: یافتن جهت رادیویی (RDF) توسط مهندسان ایتالیایی «اتوره بلینی» (Ettore Bellini) و «الساندرو توسی» (Alessandro Tosi) توسعه یافت.
  • 1906: «هرمان آنشوتز-کامپفه» (Hermann Anschütz-Kaempfe) یک ژیروقطب نمای مدرن را طراحی کرد.
  • 1911: ژیروقطب نمای توسعه یافته توسط «المر اسپری» (Elmer Sperry) برای اولین بار با موفقیت بر روی یک کشتی آزمایش شد.
  • 1900–1920: قطب نمای رادیویی (جهت یاب رادیویی) طراحی و ساخته شد.
  • 1973: پروژه ناوبری ماهواره‌ای GPS ایالات متحده شروع به جهت یابی با ابزار و روش‌های مدرن‌تر و دور از ناوبری سنتی کرد. این پیشرفت کمک کرد تا جهت‌یابی راحت‌تر و سریع‌تر اتفاق بیفتد.

چه عواملی سبب می‌شود جهت یابی با قطب نما دقیق نباشد؟

همان طور که گفتیم قطب نماها بسیار مفید هستند اما به دلیل دو مشکل کاملاً متفاوت که به نام‌های زاویه میل (یا تغییر) و انحراف شناخته می‌شوند، گاهی اوقات می‌توانند ما را گمراه کنند. در اینجا این دلایل را معرفی و بررسی می‌کنیم.

زاویه میل یا Declination

زمین در اطراف یک محور (نوعی میله نامرئی) می‌چرخد که از قطب شمال (که عموماً قطب شمال جغرافیایی در بالای سیاره زمین است) به قطب جنوب (یا قطب جنوب جغرافیایی در پایین سیاره زمین است) کشیده شده. اما میدان مغناطیسی زمین کمی انحراف دارد و با محور چرخش کاملاً همسو نیست. قطب شمال مغناطیسی (مکانی که قطب نمای شما به سمت آن اشاره می‌کند) دقیقاً با قطب شمال واقعی مطابقت ندارد (فاصله آن چند صد کیلومتر یا مایل است) و این موضوع در مورد قطب جنوب مغناطیسی نیز صدق می‌کند.

با این حال در عمل تفاوت بین قطب شمال واقعی و قطب شمال مغناطیسی اندک است و به طور کلی وقتی با قطب نما و نقشه بیرون می‌روید می توانید با قطب شمال مغناطیسی که قطب نما به شما نشان می‌دهد همانند قطب شمال واقعی برخورد کنید و این دو را یکسان در نظر بگیرید.

زاویه میل
تصویر ۲: تفاوت میان قطب شمال واقعی و قطب شمال مغناطیسی

اگر دقت بیشتری داشته باشیم خواهیم دید که تفاوت بین شمال مغناطیسی و  شمال واقعی زاویه‌ای است که از مکانی به مکان دیگر و از سال به سالی دیگر کمی تغییر می‌کند، زیرا موقعیت شمال مغناطیسی زمین دائماً در حال تغییر است که به آن زاویه میل یا Declination می‌گویند. هنگامی که نیاز به ناوبری دقیق دارید (به عنوان مثال در کشتی‌ها) باید این زاویه انحراف را در ناوبری خود در نظر بگیرید و با توجه به آن جهت یابی کنید.

انحراف یا Deviation

قطب نما برای واکنش به میدان مغناطیسی تولید شده توسط توده سنگی متلاطمی که هزاران کیلومتر در عمق زمین جا گرفته طراحی شده است، اما اجسام بسیار دیگری نیز در نزدیکی قطب نمای شما قرار دارد که می‌تواند بر قطب نمای شما تاثیر بگذارد و آن را منحرف کند. به عنوان مثال اگر داخل یک ماشین یا کشتی آهنی باشید تمام این مواد می‌توانند بر آهنربای قطب نمای شما تاثیر بگذارند و موجب عدم نشان دادن جهت صحیح توسط قطب نما شوند.

به دقت اندازه گیری قطب نما در یک موقعیت خاص انحراف گفته می‌شود. انحراف برابر با اختلاف زاویه بین مکانی است که قطب نما در دو حالت نشان می‌دهد:

  1. حالتی که قطب نما به دور از هر نوع اختلالی باشد و کاملاً دقیق قطب شمال را نمایش دهد.
  2. حالتی که قطب نما در واقعیت و در شرایط آزمایش باشد و قطب شمال را نمایش دهد.

اگر به یک آهن ربا، یا به یک میدان مغناطیسی خاص از پوسته زمین، یا جریان‌های الکتریکی متغیری که میدان‌های مغناطیسی تولید می‌کنند، نزدیک هستید سوزن قطب نما تحت تأثیر این موارد قرار می‌گیرد و دقت آن کاهش می‌یابد. پیشرفته‌ترین قطب نماها دارای آهن ربا یا قطعات آهن جبران کننده‌ای هستند که می‌توانید با تنظیم آن‌ها اثرات مغناطیسی محلی را خنثی کنید.

انواع قطب نماها

در ادامه انواع قطب نماها را معرفی کرده و عملکرد آن‌ها را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

قطب نمای کشتی

اگر به صورت پیاده یا با اتومبیل در حال حرکت با کمک یک نقشه باشید انحراف و زاویه میل خیلی مهم نیست. به طور کلی موارد دیگری وجود دارد که می‌تواند به شما در یافتن راه کمک کند و اگر یک یا دو دور اشتباه حرکت کنید، فاجعه بار نخواهد بود.

در یک کشتی و دور از خشکی و در هوای بد که نمی‌توانید از طریق آسمان مسیریابی انجام دهید، مسئله کاملاً متفاوت است. قبل از پیشرفت‌های فنی مانند GPS و رادار، زندگی افراد برای پیمایش دقیق فقط به قطب نما بستگی داشت. به همین دلیل قطب نماهای کشتی که بعضاً قطب نمای دریایی نیز نامیده می‌شوند بسیار پیچیده‌تر از نمونه‌هایی بودند که مردم معمولاً در خشکی استفاده می‌کردند.

در قطب نماهای مدرن کشتی‌، کارت قطب نما به یک شناور متصل است که تعدادی سوزن مغناطیسی در زیر آن قرار دارد و به طور آزادانه در داخل یک کاسه شیشه‌ای بزرگ پر از مخلوط الکل و آب برای به حداقل رساندن اصطکاک و جذب ارتعاشات از کشتی در حال حرکت می‌چرخد. همه چیز روی گیمبال (محور) در پایه‌ای به نام «بیناکله» (binnacle) نصب شده و بنابراین حتی در هنگام حرکت (حرکت به سمت بالا و پایین) و غلتیدن کشتی در امواج، قطب نما به صورت افقی باقی می‌ماند.

قطب نمای کشتی
تصویر ۳: قطب نمای مورد استفاده در کشتی

برای آشنایی بیشتر با الکتریسیته و مغناطیس، می‌توانید فیلم آموزش فیزیک ۲ دانشگاه را مشاهده کنید که توسط فرادرس ارائه شده، لینک این آموزش در ادامه آورده شده است.

ژیرو قطب نما

اگر استفاده از قطب نماهای مغناطیسی در کشتی‌ها مشکل است تصور کنید که استفاده از آن‌ها در هواپیماهای با سرعت بالا چه وضعیت بدتری دارد. به همین دلیل هواپیماها (بعلاوه کشتی‌های بزرگ و برخی وسایل نقلیه زمینی) برای مسیریابی از ژیرو قطب نماها استفاده می‌کنند.

بر خلاف قطب نماهای مغناطیسی که با استفاده از جاذبه مغناطیسی جهت جغرافیایی را نشان می‌دهند، یک دستگاه ژیرو قطب نما از یک ژیروسکوپ برای جهت یابی استفاده می‌کند. این دستگاه یک چرخ سریع در حال چرخش است که بر روی گیمبال‌ها سوار شده و در هر جهتی که بچرخید مدام می‌چرخد.

ژیرو قطب نماها می‌توانند با محیط پویای موجود در کشتی‌ها و هواپیماها کنار بیایند و از دیگر مزایای آن‌ها این است که می‌توان آن‌ها را به جای نشان دادن جهت شمال مغناطیسی برای نشان دادن شمال واقعی (قطب شمال) تنظیم کرد.

ژیرو قطب نما
تصویر ۴: ژیرو قطب نماهای اولیه

نحوه کار یک ژیرو قطب نما بدین صورت است که یک ژیروسکوپ چرخشی سنگین (استوانه زرد در تصویر بالا) توسط یک موتور الکتریکی (قسمت بنفش در تصویر بالا) کار می‌کند. همچنین در داخل این سیستم دو حلقه به صورت عمود و به نام گیمبال (در تصویر با رنگ قرمز و سبز نمایش داده شده‌اند) می‌چرخند. این حلقه‌ها توسط فنر به محفظه خارجی (قسمت آبی رنگ در شکل) متصل شده اند و محکم به بدنه کشتی یا هواپیما ثابت شده‌اند. ایده اصلی این است که ژیروسکوپ در حال چرخش یک شاخص را در همان راستا نگه می‌دارد و به انحراف کشتی یا هواپیما کاری ندارد.

ژیرو قطب نماها با در اوایل قرن 20 توسط مهندس آمریکایی المر اسپری (1930-1860) ساخته شدند و با موفقیت مورد آزمایش قرار گرفتند. این دستگاه در سال 1908 ثبت اختراع شد و اولین بار در سال 1911 در کشتی مورد استفاده قرار گرفت. با این حال اختراع اسپری در حقیقت کپی از ژیروسکوپی بود که توسط دانشمند آلمانی «هرمان انشوتز-کامپفه» (Hermann Anschütz-Kaempfe) (1872–1931) طراحی شده بود. بدین ترتیب این دانشمند با کمک آلبرت انیشتین (1855-1995) از اسپری به دلیل نقض حق ثبت اختراع در آلمان شکایت کرد و رای و حق اختراع به او داده شد. بعدها موارد نقض حق ثبت اختراع در انگلستان و ایالات متحده به نفع اسپری یافت شد و به همین دلیل امروزه عمدتاً وی به خاطر این اختراع شناخته می‌شود.

قطب نمای ستاره‌ای

در حالی که قطب نمای مغناطیسی و ژیرو قطب نماها مطابق با زمین تنظیم می‌شوند، قطب نماهای ستاره شناسی با موقعیت اجرام آسمانی (نقاط ثابت در آسمان، مانند خورشید یا ستاره‌ها) تنظیم می‌شوند و سپس با توجه به این اجرام موقعیت شمال واقعی را نشان می‌دهند. استفاده از این ابزار اغلب از قطب نماهای مغناطیسی پیچیده‌تر و دشوارتر است اما در مکان‌هایی مانند مناطق قطبی که قطب نمای مغناطیسی و ژیروسکوپ‌ها غیرقابل اطمینان هستند جهت جغرافیایی را بهتر نمایش می‌دهند.

قطب نمای ستاره‌ای
تصویر ۵: قطب نمای ستاره‌ای که روی یک قطعه چوب سوار شده است.

قطب نمای رادیویی

این قطب نماها که به نام یابنده‌های سیگنال‌های رادیویی نیز شناخته می‌شوند در حقیقت سیگنال‌های جهت دار که از فرستنده‌های رادیویی ساطع می شوند را تشخیص می‌دهند. ایده اصلی این است که یک آنتن گیرنده (روی وسیله نقلیه‌ای مانند کشتی یا هواپیما) با توجه به اینکه کدام فرکانس رادیویی به سمت آنتن فرستنده نشانه می‌رود سیگنال قوی‌تر یا ضعیف‌تر را تشخیص می‌دهد.

با استفاده از تجهیزات RDF اصلی، شما باید آنتن گیرنده را به سمتی بچرخانید تا سیگنال به حداکثر یا به حداقل برسد. این موضوع به شما امکان می‌دهد تا محل انتقال را تشخیص دهید و با استفاده از سیگنال‌هایی که از بیش از یک فرستنده ساطع می‌شوند می‌توانید موقعیت خود را دریابید.

جهت یاب‌های خودکار (ADF) در هواپیماهای مدرن قطب نماهای رادیویی هستند که به طور خودکار جهت‌ها را با استفاده از یک اشاره‌گر مشخص کرده و نمایش می‌دهند و شبیه قطب نمای مغناطیسی سنتی کار می‌کنند.

قطب نمای نظامی

از قطب نمای لنزاتیک غالباً به عنوان قطب نمای نظامی یاد می‌شود و معمولاً توسط ارتش آمریکا مورد استفاده قرار می‌گیرد. قطب نمای لنزاتیک در مقایسه با قطب نمای پایه از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است. اصطلاح لنزاتیک نیز از این واقعیت ناشی می‌شود که یک لنز در قسمت عقب قطب نما وجود دارد که به روند جهت یابی کمک می‌کند.

قطب نمای نظامی

چگونه از قطب نما استفاده کنیم؟

قطب نما ابزاری اساسی در میان بیابان و صحرا برای زنده ماندن است. این وسیله به همراه نقشه توپوگرافی با کیفیت خوب از منطقه‌ای که در آن پیمایش می‌کنید و دانستن نحوه استفاده از قطب نما این اطمینان را می‌دهد که هرگز گم نخواهید شد. بدین ترتیب با یادگیری اجزای اصلی یک قطب نما و طرز استفاده از آن می‌توانید مطمئن باشید که در میانه یک بیابان نیز گم نخواهید شد.

اجزای اصلی قطب نما

باید در ابتدا بتوانید اجزای اصلی یک قطب نما را بشناسید. در حالی که ممکن است طرح یک قطب نما متفاوت باشد اما همه قطب نماها شامل یک سوزن مغناطیسی هستند که خود را در راستای میدان‌های مغناطیسی موجود در زمین همراستا و هم سو می‌کنند. صفحه اصلی قطب نما که گاهی اوقات قطب نمای پایه نیز نامیده می‌شود دارای اجزای ساده زیر است که در ادامه آن‌ها را معرفی می‌کنیم:

اجزای اصلی قطب نما
تصویر ۶: اجزای اصلی قطب نما
  • صفحه پایه که صفحه پلاستیکی شفافی است و قطب نما روی آن تعبیه شده است.
  • پیکان جهت حرکت، پیکانی در صفحه اصلی قطب نما است که جهت قطب نما را نشان می‌دهد.
  • محفظه قطب نما یک قوطی پلاستیکی شفاف و روشن است که سوزن قطب نمای مغناطیسی را در خود جای داده است.
  • صفحه مدرج، یک صفحه مدرج و دایره‌ای که تمام درجات دایره مثلثاتی را نشان می‌دهد.
  • سوزن مغناطیسی قطب نما که سوزنی است که در داخل محفظه قطب نما می‌چرخد.
  • پیکان جهت دار که یک پیکان غیر مغناطیسی درون محفظه قطب نما است.
  • خطوط جهت دهی، خطوطی در داخل محفظه قطب نما هستند که به موازات پیکان جهت دار قرار می‌گیرند.

قطب نما را در یک سطح صاف نگه دارید

قرار دادن قطب نما در محلی صاف

قطب نما را به درستی نگه دارید. برای این کار قطب نما را کف دست و کف دست را جلوی سینه نگه دارید. این حالت برای زمانی مناسب است که در حال حرکت هستید. اگر در حال پیدا کردن جهت بر روی نقشه هستید، نقشه را روی یک سطح صاف قرار دهید و قطب نما را روی نقشه قرار دهید تا بتوانید دقیق‌تر جهات جغرافیایی را تعیین کنید.

تشخیص دهید که به کدام سمت هستید

برای انجام یک تمرین مقدماتی و سریع، بهتر است دریابید که در حال حاضر به کدام سمت هستید یا در حال حرکت به کدام سمت هستید. به سوزن مغناطیسی دستگاه خود نگاه کنید، این سوزن باید به اطراف چرخش کند مگر آن که رو به شمال ایستاده باشید.

صفحه قطب نما را بچرخانید تا جایی که پیکان جهت دار با سوزن مغناطیسی قطب نما همراستا شوند و هر دو سمت شمال را نشان دهند و سپس با مشاهده جهت پیکان حرکت، جهت حرکت خود را پیدا کنید. برای مثال اگر جهت پیکان حرکت شما اکنون بین N و E است، این موضوع نشان می‌دهد که شما در حال حرکت به سمت شمال شرقی هستید.

نقطه‌ای که جهت پیکان حرکت با صفحه مدرج را قطع می‌کند را پیدا کنید. اگر این نقطه در 23 درجه قرار دارد به این معنی است که شما در حال حرکت در 23 درجه شمال شرقی هستید.

تفاوت بین قطب شمال واقعی و قطب شمال مغناطیسی

اگرچه ممکن است وجود دو نوع شمال گیج کننده به نظر برسد اما این موضوع یک تمایز و تفاوت اساسی است که به سرعت می‌توانید آن را یاد بگیرید و این یک نکته اساسی برای یادگیری و استفاده صحیح از قطب نما است.

شمال واقعی یا شمال جغرافیایی به نقطه‌ای بر روی نقشه اشاره دارد که تمام خطوط طولی روی نقشه در آن نقطه به هم می‌رسند. همه نقشه‌ها به یک شکل ترسیم شده‌اند، در قسمت بالای نقشه نقطه شمال واقعی قرار دارد. متأسفانه به دلیل تغییرات جزئی در میدان مغناطیسی، قطب نما جهت شمال واقعی را نشان نمی‌دهد و به جهت مغناطیسی شمالی اشاره می‌کند.

شمال مغناطیسی در حقیقت برابر با کج شدن یا انحرافی معادل ۱۱ درجه از محور زمین است و این موضوع باعث می‌شود تفاوت بین شمال واقعی و شمال مغناطیسی در بعضی از نقاط تا 20 درجه باشد. در نتیجه بسته به مکانی که در سطح زمین هستید و در آن قرار دارید باید انحراف مغناطیسی را حساب کنید تا قرائت دقیق از جهت را به دست آورید.

شمال واقعی و شمال جغرافیایی

اگرچه این تفاوت بین شمال جغرافیایی و شمال مغناطیسی ممکن است مهم به نظر نرسد، اما فقط یک درجه انحراف برای مسافت یک کیلومتری سبب می‌شود تا شما 30٫5 متر از مقصد اصلی خود دور شوید. حال به راحتی می‌توانید حساب کنید که بعد از طی مسافت ده یا بیست کیلومتر چقدر دور از مسیر اصلی خواهید بود و به همین دلیل مهم است که زاویه میل و انحراف را در محاسبات خود در نظر بگیرید.

زاویه میل یا انحراف را اصلاح کنید

زاویه میل یا انحراف به مقدار تفاوتی که شمال در نقشه جغرافیایی و شمال در قطب نمای مغناطیسی با توجه به میدان مغناطیسی زمین نشان می‌دهد، اشاره دارد. برای اینکه استفاده از قطب نما راحت‌تر باشد بسته به اینکه جهت را از نقشه یا از قطب نما می‌خوانید، و یا اینکه در منطقه‌ای با میزان انحراف شرقی یا غربی قرار دارید می‌توانید با افزودن یا کم کردن مقدار انحراف از جهتی که خوانده‌اید بر حسب درجه، میزان انحراف خود را اصلاح کنید.

در ایالات متحده خط انحراف صفر از آلاباما، ایلینوی و ویسکانسین با کمی اعوجاج عبور می‌کند. در سمت شرق این خط انحراف به سمت غرب است بدین معنی که شمال مغناطیسی چند درجه غربی شمال واقعی است. در غرب این خط این موضوع برعکس است. بدین ترتیب با توجه به منطقه‌ای که می‌خواهید به آن سفر کنید می‌توانید میزان انحراف را محاسبه و در جهت یابی خود لحاظ کنید.

فرض کنید با قطب نما در منطقه‌ای با انحراف غربی قرار دارید، در این حالت شما به اندازه گیری خود مقداری اضافه می‌کنید تا به جهت مورد نظر روی نقشه برسید و در حالتی که اگر در منطقه‌ای با انحراف شرقی باشید این عدد را از مقدار اندازه‌گیری خود کم می‌کنید.

بهترین اپلیکشن قطب نما برای اندروید و آیفون

در این بخش بهترین نرم افزارهای قطب نما را برای سیستم عامل‌های مختلف معرفی می‌کنیم و نکات مثبت و منفی این نرم افزارها را نیز مورد بررسی قرار می‌دهیم. لیست این نرم افزارها به شرح زیر است:

  • بهترین نرم افزار قطب نما برای اندروید در سال ۲۰۲۱، Digital Field Compass (دانلود +)
  • بهترین نرم افزار قطب نما تا کنون برای آی او اس و اندروید، Altimeter GPS Pro (دانلود +)
  • بهترین نرم افزار قطب نما با ویژگی‌های متفاوت برای آی او اس، Commander Compass (دانلود +)
  • بهترین نرم افزار قطب نمای پایه برای آیفون، Smart Compass (دانلود +)
  • بهترین نرم افزار قطب نما یا جی پی اس، Compass 55 (دانلود +)
  • بهترین نرم افزار قطب نمای ساده و کاربردی اندروید، Compass 360 Pro (دانلود +)
  • بهترین نرم افزار قطب نما از نظر دقت برای آی او اس و اندروید، Gyro Compass (دانلود +)
  • بهترین قطب نمای آموزشی برای آی او اس و اندروید، 3D Compass Plus (دانلود +)

اپلیکیشن Digital Field

این نرم افزار که برای سیستم عامل اندروید طراحی شده است، بهترین اپلیکیشن قطب نما در سال ۲۰۲۱ است. نکات مثبت و منفی این نرم افزار به صورت زیر است:

Digital Field
نکات مثبت
  • بسیار دقیق است.
  • دانلود آن رایگان است.
  • استفاده از آن راحت و آسان است.
  • برای استفاده در مسابقات دو صحرایی با استفاده از قطب نما عالی است.
  • دارای حالت استفاده در شب است.
نکات منفی
  • هیچ افزونه اضافی دیگر و ویژگی خاصی در آن وجود ندارد.

اپلیکیشن Altimeter GPS Pro

این نرم افزار بهترین اپلیکشن قطب نما تا به امروز برای دو سیستم عامل اندروید و آی او اس است. در ادامه جنبه‌های مثبت و منفی آن را معرفی می‌کنیم.

Altimeter GPS Pro
نکات مثبت
  • افزونه‌ها و ویژگی‌های جانبی این نرم افزار بسیار مفید است.
  • اطلاعات آن بسیار دقیق است.
  • رایگان است.
نکات منفی
  • برای افراد مبتدی استفاده از آن کمی پیچیده است.

اپلیکیشن Commander Compass

این اپلیکیشن بهترین اپلیکیشن با ویژگی گوناگون و متنوع در سیستم عامل IOS است. جنبه‌های مثبت و منفی این نرم افزار در جدول زیر معرفی شده است:

Commander Compass APP
نکات مثبت
  • دارای اطلاعات مفید و مفرح است.
  • تعداد بسیار زیادی افزونه‌های متعدد در آن وجود دارد.
  • رایگان است.
  • دارای حالت جهت یابی نجومی است.
نکات منفی
  • تبلیغات زیاد آن مزاحمت ایجاد می کند.
  • جهت یابی با آن سخت است.

اپلیکیشن Smart Compass

این نرم افزار یکی از بهترین نرم افزارهای قطب نمای ابتدایی است که در ادامه جنبه‌های مثبت و منفی آن را معرفی می‌کنیم.

Smart Compass
نکات مثبت
  • بسیار دقیق است.
  • رایگان است.
  • استفاده از آن راحت و آسان است.
  • برای استفاده در مسابقات دو صحرایی با استفاده از قطب نما عالی است.
  • دارای حالت استفاده در شب است.
نکات منفی
  • هیچ ویژگی یا افزونه اضافی در آن وجود ندارد.

اپلیکیشن Compass 55

این نرم افزار بهترین نرم افزار قطب نما و جی پی اس موجود در IOS است و دارای جنبه‌های مثبت و منفی به شرح زیر است:

Compass 55
نکات مثبت
  • ترکیب GPS و قطب نما است.
  • بسیار قدرتمند و مفید است.
  • تعداد زیادی افزونه اضافی دارد.
  • اطلاعات در آن ثبت و قابل بازیابی است.
نکات منفی
  • برای استفاده از تمام ویژگی‌های آن باید هزینه پرداخت کنید.
  • جهت یابی با آن بسیار سخت است.

اپلیکیشن Compass 360 Pro

این اپلیکیشن یکی از بهترین نرم افزارهای قطب نما در سیستم عامل اندروید است.  جنبه‌های مثبت و منفی این اپلیکیشن را می‌توانید در جدول زیر مشاهده کنید.

Compass 360 Pro
نکات مثبت
  • یک نرم افزار آموزشی عالی است.
  • کار کردن با آن بسیار آسان است.
  • دانلود آن رایگان است.
  • می‌توان به عنوان قطب نماهای نسل قدیمی نیز از آن‌ها استفاده کرد.
نکات منفی
  • تبلیغات زیادی دارد.
  • باطری زیادی از موبایل شما استفاده می‌کند.
  • افزونه‌ها یا ویژگی‌های اضافی زیادی ندارد.

اپلیکیشن Gyro Compass

این اپلیکیشن یکی از قطب نماهای قابل اعتماد در سیستم عامل آی او اس و همچنین بهترین اپلیکیشن قطب نما در سال ۲۰۲۱ در اندروید است.

Gyro Compass
نکات مثبت
  • یک نرم افزار آموزشی عالی است.
  • دانلود آن رایگان است.
  • مانند یک قطب نمای واقعی است.
نکات منفی
  • افزونه‌ها یا ویژگی‌های اضافی زیادی ندارد.
  • برای افراد مبتدی مفید نیست.

اپلیکیشن 3D Compass Plus

این نرم افزار یک قطب نمای بسیار خوب برای دو سیستم عامل اندروید و آی او اس است. جنبه‌های مثبت و منفی آن به شرح زیر است.

Gyro Compass
نکات مثبت
  • کار گردن با آن بسیار سرگرم کننده است.
  • یک ابزار آموزش درجه یک است.
  • دانلود آن رایگان است.
  • افزونه و ویژگی‌های اضافی زیادی دارد.
  • دارای حالت واقعیت مجازی است.
نکات منفی
  • اختلالات زیادی در زمان اجرا ممکن است اتفاق بیفتد.
  • شبیه به یک قطب نمای سنتی کار نمی‌کند.

چگونه با استفاده از قطب نما جهت قبله را پیدا کنیم؟

استفاده از قطب نما به دقت نمی‌تواند جهت قبله را به شما نشان دهد اما اگر می‌دانید در جایی که ایستاده‌اید مکه نسبت به شما در کجا قرار دارد می‌توانید از قطب نما استفاده کنید. برای تعیین جهت توسط قطب نما، مراحل زیر را انجام دهید:

  1. جهت جغرافیایی مکه را نسبت به خودتان مشخص کنید.
  2. قطب نما را روی سطح صافی قرار دهید و منتظر بمانید تا عقربه‌ آن تنظیم شود. سپس قطب نما را بچرخانید تا عقربه به سمت مکه قرار گیرد.
  3. اینک جهت قبله برای شما مشخص است.

این موضوع به تفصیل در مطلب قبله نما چگونه کار می‌کند ؟ — به زبان ساده توضیح داده شده است.

چگونه در خانه یک قطب نما بسازیم؟

برای انجام این کار به موارد زیر نیاز دارید:

  1. یک سوزن
  2. چوب پنبه
  3. یک آهنربا
  4. یک کاسه آب
ساخت قطب نما
تصویر ۷: ساخت قطب نما در خانه

یک قطب نما با نشان دادن جهت شمال جغرافیایی توسط یک سوزن مغناطیسی که با جهت میدان مغناطیسی زمین همسو است کار می‌کند. هر فلزی که می‌تواند خاصیت مغناطیسی پیدا کند می‌تواند به قطب نما تبدیل شود.

در این روش برای ساخت یک قطب نما سوزن خیاطی یا سنجاق انتخاب‌های خوبی هستند. قرار دادن سوزن مغناطیسی قطب نما در آب سبب می‌شود تا سوزن مغناطیسی با قطب مغناطیسی زمین همسو شود.

برای شروع کار با مالش دادن سوزن با آهنربا به آن خاصیت مغناطیسی دهید. بدین منظور ۵۰ بار سوزن را در یک جهت و بر روی آهنربا مالش دهید.

سوزن را به چوب پنبه بچسبانید. آن را به صورت افقی روی سطح مقطع چوب پنبه قرار دهید طوری که هر دو طرف سوزن از چوب پنبه بیرون باشد. همچنین دقت کنید مقدار برابری از سوزن باید از دو طرف چوب پنبه بیرون قرار داشته باشد. اگر چوب پنبه در اختیار ندارید می‌توانید از هر وسیله دیگر که در آب غوطه ور بماند به عنوان پایه قطب نما استفاده کنید.

سوزن مغناطیسی شده را روی سطح آب درون کاسه قرار دهید. به حرکت سوزن برای پیدا کردن راستای شمال و جنوب مغناطیسی نگاه کنید اگر در سوزن چرخش یا جابه‌جایی اتفاق نیفتاد سوزن را از روی چوب پنبه برداشته و مجددا 75 مرتبه با آهنربا یا میخ مالش دهید و دوباره امتحان کنید. برای آشنایی بیشتر با روش‌هاس ساخت آهنربا مطلب ساخت آهن ربا — چگونه آهن ربا بسازیم؟ | از صفر تا صد را مطالعه کنید.

چگونه قطب نمای موبایل را کالیبره کنیم؟

برای جهت یابی صحیح و درست، قطب نمای دستگاه باید کالیبره شود. اگر قطب نما کالیبره نشده باشد ممکن است موقعیت شما به سمت اشتباهی هدایت شود.

دقت قطب نما دیجیتال می‌تواند تحت تأثیر تداخل‌های مغناطیسی یا سایر تداخلات محیطی قرار گیرد. از جمله این تداخلات شامل موارد زیر هستند:

  • تداخل ناشی از محافظ مورد استفاده برای محافظت از تلفن همراه یا تبلت
  • لوازم برقی دیگر اطراف گوشی
  • میدان‌های الکترومغناطیسی

به همین دلیل ممکن است لازم باشد هر از گاهی قطب نما کالیبره شود. ساده ترین راه برای بررسی کالیبره شدن قطب نما استفاده از برنامه مپ یا نقشه تلفن همراه یا تبلت است. بدین مظنور برای گوشی با سیستم عامل‌های متفاوت به صورت زیر عمل می‌کنیم.

کالیبره کردن قطب نما در گوشی با سیستم عامل iOS

در ابتدا سرویس کالیبراسیون قطب نما را فعال کنید و برای این کار این مسیر را دنبال کنید:

  • روی نماد Settings کلیک کنید.
  • گزینه Privacy را انتخاب کنید.
  • گزینه Location Services را انتخاب کنید.
  • گزینه System Services را انتخاب کنید.
  • Compass Calibration را روشن کنید.
  • برنامه مپ یا نقشه گوشی را باز کنید و دستورالعمل‌های روی صفحه را دنبال و اجرا کنید تا موقعیت مکانی دقیق را بخوانید.
  • پیکان سمت چپ پایین را فشار دهید تا به سمت بالا قرار گیرد.
  • گر قطب نما شما کالیبره نشده باشد، یک صفحه دایره‌ای کالیبراسیون ظاهر می‌شود و شما می‌توانید با پر کردن دایره تصویر با حرکت دادن گوشی به شکل 8 در هوا قطب نما را کالیبره کنید.با شکل 8 حرکت در هوا ، قطب نما را کالیبره کنید.
  • در پایان این روند متوجه خواهید شد که خط دید آبی در برنامه مپ سمت درست را نشان می‌دهد.
  • در این حالت قطب نمای شما کالیبره شده است.

کالیبره کردن قطب نما در گوشی با سیستم عامل اندروید

  • اپلیکیشن مپ یا نقشه را در گوشی خود باز کنید.
  • در پایین نقشه به به پیکان کوچک آبی رنگ که در پایین یک دایره آبی قرار گرفته دقت کنید و مطمئن شوید این فلش به سمت راست است.

کالیبره کردن قطب نما در اندروید

  • کمی به اطراف حرکت کنید و ببنید آیا دایره آبی با شما حرکت می‌کند یا خیر.
  • اگر در دایره آبی عدم حرکت دیدید بر روی این گزینه My location کلیک کنید.

معرفی فیلم آموزش فیزیک ۲ دانشگاه

آموزش فیزیک ۲

مجموعه فرادرس در تولید و تهیه محتوای آموزشی خود اقدام به تهیه فیلم  آموزش فیزیک ۲ دانشگاه برای دانشجویان علوم پایه و فنی و مهندسی کرده است. این مجموعه آموزشی از شانزده درس تشکیل شده و برای دانشجویان رشته علوم پایه و فنی مهندسی مفید است. پیش‌نیاز این درس آموزش فیزیک پایه ۱، ریاضی ۱ و معادلات دیفرانسیل است.

درس اول دوم این مجموعه به ترتیب به بار الکتریکی و میدان‌های الکتریکی اختصاص دارد. درس سوم و چهارم در مورد قانون گاوس صحبت خواهد کرد و درس پنجم به مفهوم پتانسیل الکتریکی می‌پردازد. درس ششم، هفتم و هشتم مربوط به مفاهیم ظرفیت، جریان و مقاومت و مدار‌ها است و درس نهم به معرفی مفهوم میدان‌های الکترومغناطیسی می‌پردازد. در درس دهم مفهوم میدان‌های مغناطیسی حاصل از جریان‌ها معرفی می‌شود و در درس یازدهم و دوازدهم القا و خودالقایی آموزش داده می‌شود. درس سیزدهم و چهاردهم این مجموعه آموزشی به موضوع نوسان‌های الکترومغناطیسی و جریان های متناوب اختصاص دارد و درس پانزدهم به معرفی معادلات ماکسول می‌پردازد. در نهایت در درس شانزدهم امواج الکترومغناطیس آموزش داده می‌شود.

جمع‌بندی

در این مطلب در مورد قطب نما صحبت کردیم. در ابتدا به این سوال که قطب نما چیست و بر چه اساسی کار می‌کند پاسخ دادیم و سپس به معرفی انواع قطب نماها و کاربردهای آن‌ها پرداختیم. همچنین نحوه کار با قطب نما را توضیح دادیم و در نهایت بهترین اپلیکیشن‌های مورد استفاده در اندروید و آی او اس را معرفی کردیم.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده است، آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

«سارا داستان»، دکتری فیزیک نظری از دانشگاه گیلان دارد. او به فیزیک بسیار علاقه‌مند است و در زمینه‌ متون فیزیک در مجله فرادرس می‌نویسد.

بر اساس رای 1 نفر

آیا این مطلب برای شما مفید بود؟

نظر شما چیست؟

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *