指南针如何工作

经过:马歇尔大脑

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想知道为什么指南针总是北方?ATU图像/盖蒂图像

无论你站在哪里地球,你可以在手里拿着一个指南针,它将指出北极.多么令人难以置信的整洁和神奇的东西!想象你在大海的中央,你环顾四周,你看到的是天又阴,所以你看不见太阳...如果你没有指南针告诉你哪条路是向上的,你怎么知道该走哪条路呢?很久以前GPS卫星和其他高科技导航辅助援助,指南针给人们一种简单而廉价的方式来定向。

但是,什么让指南针工作的方式?为什么我们看到的小磁场是有用的,因为我们看到电磁铁如何工作?在本文中,我们将回答所有这些问题,我们还将看到如何从头开始创建一个指南针!

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指南针是一个非常简单的设备。一种磁指南针(与陀螺仪指南针相反)由一个小的轻质磁铁组成,在几乎无摩擦的枢轴点上平衡。这磁铁通常被称为.针的一端通常标有北方的“n,”,或以某种方式彩色表示它指向北方。在表面上,这就是指南针。

地球磁场

指南针工作的原因更有趣。事实证明,您可以将地球思考,因为埋藏在里面的巨大条形磁铁。为了让指南针的北端指向北极,您必须假设埋藏的酒吧磁铁在北极处于南端,如右图所示。如果您以这种方式想到世界,那么您可以看到正常的“对立面吸引”磁铁的规则会导致指南针的北端指向埋入的杆磁铁的南端。所以罗盘指向北极。

要完全准确,条磁体不会完全沿地球的旋转轴线运行。它略微偏离中心。这种偏差被称为拒绝而且大多数好的地图都表明了不同领域的拒绝(因为它根据你在地球上的位置而变化)。

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地球表面的磁场相当弱。毕竟,地球的直径接近8000英里,所以磁场必须经过很长的一段距离才能影响到你的指南针。这就是为什么指南针需要有一个轻量级的磁铁和一个无摩擦轴承.否则,地球磁场中只有足够的力量来转动针头。

“埋在核心”的“大酒吧磁铁”的类比作品可以解释为什么地球有磁场,但显然不是真正发生的。所以呢真的发生了吗?

没有人知道确切的答案,但目前有一种可行的理论正在流传。如上图所示,人们认为地核主要由熔融物组成(红色)。但在最核心的地方,由于压力太大,超高温的铁结晶成了固体。由地核辐射的热量引起的对流,连同地球的旋转,造成了液态铁在…中移动旋转模式.据信液体铁层中的这些旋转力导致旋转轴线周围的弱磁力。

事实证明,由于地球磁场非常弱,指南针只不过是一个探测器,探测任何物体产生的非常微弱的磁场。这就是为什么我们可以用指南针来探测携带电流的导线产生的小磁场电磁铁如何工作)。

现在让我们看看你如何创建自己的指南针。

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创造自己的自制指南针

如果您没有指南针,您可以以人们做数百年前的方式创建自己的方式。要创建自己的指南针,您需要以下材料:

  • 针或一些其他电线状块(例如,一个拉直的回形针)
  • 漂浮物漂浮的小东西,如一块软木,聚苯乙烯泡沫塑料的底部咖啡杯子,塑料片或牛奶罐的盖子
  • 一道菜,优选饼板,直径为9至12英寸(23-30厘米),其中约一英寸(2.5厘米)

第一步是把针变成磁铁.这样做的最简单方法是用另一个磁铁 - 沿着针10或20次行程,如下所示。

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如果你在房子周围找不到磁铁,有两个可能的来源,包括开罐器和电磁铁你使自己(看电磁铁如何工作)。

将你的浮子放在水盘的中间,如下图所示。

“浮在水上”技术是一种创造几乎无摩擦的简单方法轴承.将磁针浮在浮子上。它慢慢指向北方。你创造了一个指南针!

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陀螺仪指南针

像在上一页创建的一个磁罗盘有几个问题,当使用在移动平台,如船舶和飞机.它必须是级别,当平台转弯时,它往往会纠正它们。由于这种趋势,大多数船只和飞机使用陀螺仪。

旋转陀螺仪,如果在Gimbaled帧中支撑并旋转,即使框架移动或旋转,也将保持其指向的方向。在Gyrocompass中,这种趋势用于模拟磁性罗盘。在跳闸开始时,使用磁罗盘作为参考,将GyroCompass的轴指向北方。一种马达在Gyrocompass内部保持陀螺仪旋转,因此Gyrocompass将继续指向北方,即使船在汹涌的海洋中或飞机击中湍流,也会迅速准确地调整自己。定期上,将Gyrocompass针对磁指南针检查以校正可能拾取的任何错误。

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有关指南针,导航和相关主题的更多信息,请查看下一页上的链接。

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