Компас, в навигации или геодезии, основной прибор для определения направления на поверхности Земли. Компасы могут работать на магнитных или гироскопических принципах или определять направление на Солнце или звезду.
Самым старым и наиболее известным типом компаса является магнитный компас, который в различных формах используется в самолетах, кораблях, наземных транспортных средствах и геодезистами. Где-то в XII веке мореплаватели в Китае и Европе независимо друг от друга обнаружили, что кусок лодстоуна, магнитной руды природного происхождения, плавающий на палочке в воде, стремится выровняться так, чтобы указывать направление на полярную звезду. За этим открытием, предположительно, быстро последовало второе: железная или стальная игла, к которой достаточно долго прикасается ледяной камень, также стремится выровняться в направлении север-юг. Исходя из знания о том, что такое север, можно, конечно, найти любое другое направление.
Магнитные компасы работают так, как они работают, потому что сама Земля действует как огромный стержневой магнит с полем север-юг, которое заставляет свободно движущиеся магниты принимать одинаковую ориентацию. Направление магнитного поля Земли не совсем параллельно оси север-юг земного шара, но оно достаточно близко, чтобы сделать компас без поправок достаточно хорошим ориентиром. Неточность, известная как вариация (или склонение), варьируется по величине в разных точках Земли. Отклонение иглы компаса из-за местных магнитных влияний называется девиацией.
На протяжении веков в магнитный компас было внесено множество технических усовершенствований. Пионерами многих из них стали англичане, чья огромная империя держалась на военно-морской мощи и поэтому во многом зависела от навигационных приборов. К XIII веку компасная игла была закреплена на штыре, стоящем на дне чаши компаса. Сначала на чаше были отмечены только север и юг, но затем на ней появились остальные 30 основных точек направления. Непосредственно под иглой была установлена карта с нарисованными на ней точками, что позволяло мореплавателям считывать направление с верхней части карты. Саму чашу впоследствии подвешивали на имбалы (кольца на боку, позволяющие ей свободно раскачиваться), чтобы карта всегда находилась ровно. В XVII веке сама игла приобрела форму параллелограмма, который было легче крепить, чем тонкую иглу.
В XV веке мореплаватели начали понимать, что иглы компаса указывают не прямо на Северный полюс, а на какую-то близлежащую точку; в Европе иглы компаса указывали немного восточнее истинного севера. Чтобы устранить эту трудность, британские мореплаватели стали использовать обычные меридиональные компасы, в которых север на компасной карте и «север на игле» совпадали, когда корабль проходил точку в Корнуолле, Англия. (Магнитные полюса, однако, блуждают предсказуемым образом — в последние столетия европейцы обнаружили, что магнитный север находится к западу от истинного севера, и это необходимо учитывать при навигации).
В 1745 году Говин Найт, английский изобретатель, разработал метод намагничивания стали таким образом, чтобы она сохраняла свою намагниченность в течение длительного времени; его усовершенствованная игла компаса имела форму стержня и была достаточно большой для того, чтобы на нее можно было надеть крышку, с помощью которой ее можно было закрепить на шарнире. Компас Найта получил широкое распространение.
Некоторые ранние компасы не содержали воды в чаше и были известны как компасы с сухой картой; их показания легко нарушались от ударов и вибрации. Хотя они меньше страдали от ударов, компасы, заполненные жидкостью, страдали от протечек и их было трудно ремонтировать, когда изнашивался шарнир. Ни жидкостный, ни сухокарточный тип не имели решающих преимуществ до 1862 года, когда был изготовлен первый жидкостный компас с поплавком на карте, который снимал большую часть веса с шарнира. Была изобретена система сильфонов, которые расширялись и сжимались вместе с жидкостью, предотвращая большинство утечек. Благодаря этим усовершенствованиям к концу XIX века жидкостные компасы вышли из употребления.
Современные компасы мореплавателей обычно устанавливаются в бинаклях — цилиндрических постаментах с возможностью подсветки циферблата компаса снизу. Каждый бинакль содержит специально размещенные магниты и куски стали, которые отменяют магнитное воздействие металла корабля. Примерно такое же устройство используется на борту самолетов, но в дополнение к этому оно содержит корректирующий механизм для устранения ошибок, возникающих в магнитных компасах, когда самолеты внезапно меняют курс. Корректирующий механизм представляет собой гироскоп, который обладает свойством сопротивляться усилиям, направленным на изменение оси вращения. Такая система называется гиромагнитным компасом.
Гироскопы также используются в немагнитных компасах, называемых гирокомпасами. Гироскоп установлен в трех наборах концентрических колец, соединенных имбалами, причем каждое кольцо вращается свободно. Когда начальная ось вращения центрального гироскопа направлена на север, она будет продолжать вращаться и сопротивляться попыткам направить ее в любую другую сторону; таким образом, сам гироскоп работает как компас. Если он начинает прецессировать (колебаться), маятниковый груз возвращает его в нужное положение. Гирокомпасы обычно используются в навигационных системах, поскольку их можно настроить на истинный север, а не на магнитный.
