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. كاوشگران اولیه برای پیمایش مجبور بودند از نشانههای محلی و ستارهها استفاده كنند 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.
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.
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 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.
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:
حالتی که قطب نما به دور از هر نوع اختلالی باشد و کاملاً دقیق قطب شمال را نمایش دهد.
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 نما در ساعت ها:
مغناطیسی(الکترونیکی)
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.
دیجیتال(ژیرو)
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.
کدام ساعت و دستگاه ها الکترونیکی و دیجیتال یا فقط دیجیتال هستند:
الکترونیکی و دیجیتال:
- مالتی اسپرت ها:
- ساعت گارمین خانواده فنیکس fenix garmin
- ساعت گارمین خانواده اینستینکت garmin instinct
- ساعت گارمین خانواده شنا و غواصی دیسنت و سویم garmin swim, garmin descent
- ساعت گارمین خانواده تاکتیکس garmin tactix
- ساعت گارمین خانواده اپیکس garmin epix
- ساعت گارمین خانواده اندرو garmin endure
- ساعت گارمین خانواده مارک garmin marq
- ساعت سونتو 9 پیک پرو suunto 9 peak pro
- جی پی اس ها: جی پی اس گارمین سری etrex 32x garmin به بعد
- دو میدانی و پیاده روی: ساعت گارمین فوررانر garmin forerunner 955 , 965 , 945
فقط دیجیتال ها:
- فیتنس و تناسب اندام ها: ساعت گارمین خانواده ونو venu garmin
- ساعت گارمین خانواده ویو vivo garmin
- ساعت گارمین خانواده لیلی lily garmin
- ساعت گارمین خانواده ایندکس garmin index
- ساعت گارمین خانواده فورانر garmin forerunner 255 به قبل
- جی پی اس ها: جی پی اس گارمین سری etrex 32x garmin به قبل
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.
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.
چگونه قطب نمای دستگاه خود 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.