KOMPAS
„Směrem
na východ... se rozkládá
nekonečný oceán ... a loď
se při plavbě může řídit
pouze podle jehly ukazující k jihu.
Její hrot je nutno
bedlivě sledovat ve dne i v noci, neboť i ta
nejmenší chyba rozhoduje
o tom, zda posádka přežije či zhyne.“
ČCHAN ŤÜ-KCHUA, 1225
Větrná
růžice a střelka kompasu G. Knighta
Gdě
Preboha Sme?! (GPS???)
Tuto
situaci jistě někdy zažil každý námořník.
GPS navigace donedávna neexistovaly
a tak se na moři používaly k navigaci jednodušší (i když důmyslné)
prostředky. K určení zeměpisné
šířky na širém moři sloužily postupně Jakubova
hůl, astroláb a po r. 1730 sextant. Zato zeměpisná délka
dlouho odolávala lidskému snažení. Po několika neúspěšných pokusech
určovat ji z hvězd nebo podle Měsíce byl tento problém konečně
vyřešen až
chronometrem (cca 1730), na kterém si loď vezla svůj čas. Bez
chronometru to
opravdu nešlo. I tak zkušený mořeplavec, jakým byl Kryštof
Kolumbus, se domníval, že už doplul do Indie nebo Japonska, ač přitom
byl jen u
jednoho z Bahamských ostrovů. Důležitou pomůcku při plavbě v blízkosti
pobřeží
také představovala olovnice
s důlkem naplněným lojem. Měřila nejen hloubku, ale z písku,
bahna a
dalšího materiálu dna zachyceného v loji se porovnáním s mapami a
příručkami dala zhruba zjistit poloha lodi. A co se týče směru další plavby,
tak ten se určoval kompasem a rychlost lodi tehdy udával log na šňůře
tažený za lodí.
Takováto navigace vypadá
téměř idylicky. Tedy aspoň v učebně nebo ve skautské klubovně. Jenže
moře je moře: bouře, blesky a hromy, vichřice,
liják, loď se zmítá ve velkých vlnách, do lodi teče a je třeba z ní
stále pumpovat vodu, stěžně se lámou, plachty a lana
se trhají, loď je
neřiditelná,
růžice kompasu se točí sem a tam, sextant je v tuto chvíli též k ničemu
a všichni se modlí, aby to přežili... Ani v dnešní době není žádná
legrace se dostat do takové bouře.
Ale dosti strašení a věnujme se kompasům.
Kompas
Historický
úvod
Kompas
slouží k určování světových stran. Ještě před jeho vynálezem se sever
v noci určoval podle hvězdy Polárky (pokud ovšem byla
jasná
obloha,
což na moři zdaleka není pravidlem) a ve dne podle Slunce. Lidé už od
začátku středověku znali magnetizmus určitých hornin. Ve 12. století
mnich A. Neckham popsal, že námořníci krouží úlomkem magnetitu pod
jehlou zapíchnutou do stébla trávy plovoucí v nádobce s vodou. Po
chvíli nerost odloží – a jehla ukazuje k severu! K podobnému objevu
už dříve došli i staří Číňané. Na klidném moři to jistě bylo
hezké,
ale za
větru
na houpající se lodi takovýto kompas přestával fungovat. Začaly se
používat „suché“ kompasy, takže voda ani při velkém kymácení nemohla
vyšplíchnou z nádobky. Kolem r. 1300
nějakého Itala napadlo, že by bylo dobré na střelku ze železa přilepit
papírovou růžici s vyznačenými světovými stranami. Papírová
růžice byla uprostřed propíchnuta jehlou a ta umístěna v
achátovém
ložisku. Strany byly označeny symboly S, J, V a Z (tedy spíš
N, S,
E W), přičemž sever byl označen kresbou lilie a východ
křížem. K
tomu přibyly čtyři mezilehlé směry (SV SZ, JV a JZ) a dalších
8
směrů
(SSZ, SSV atd.). A jelikož ani to nestačilo, tak se dělení dále
zjemňovalo a nakonec se počet směrů (čárek na stupnici kompasu) ustálil
na 32, což odpovídá současným
11,25° (viz růžice v titulu mého listingu).
Postupně přibyly půlčárky i
čtvrtčárky,
než je konečně nahradily úhlové stupně. (Podívejte se na současný
jednoduchý
kompas (obr. vlevo), tam jsou ale
světové strany nehybné a otáčí se jen střelka). Popsané řešení s
kruhovou
otočnou růžicí se na lodích používá dodnes. Stačilo na skleněné víko
kompasu narýsovat čáru rovnoběžnou s kýlem lodi a plout podle kurzu
(azimutu) na růžici. Rozkaz: „kurz SSV“ znamenal, že kormidelník má
řídit
loď tak, aby cíp růžice označený SSV byl pod čarou nakreslenou na víku
kompasu. Jednoduché a geniální. (Zkuste to s obyčejným
turistickým kompasem, choďte po pokoji a za chvíli z toho zblbnete nebo
do něčeho vrazíte...).
Není sever jako sever...
Jenže
jak se ukázalo, tak to tak jednoduché nebylo. Nešlo ale jen o kymácení
lodi ve vlnách, byly tu horší věci. Už Portugalci si v polovině 15.
století na svých cestách kolem Afriky a Evropy všimli, že kompasy
neukazují přesně k severu, ale odchylují se od něj o určitý úhel.
Nejhorší bylo, že tato odchylka (magnetická
deklinace)
nebyla všude na Zemi stejná. A že se dokonce v průběhu krátké doby
měnila. To
bylo hrozné zjištění. Staří kapitáni si něco takového často odmítali
připustit a podle toho to taky dopadalo. Flotila admirála Showella
vracející se z vítězné bitvy s francouzským loďstvem se v r. 1707
doslova roztříštila o skaliska souostroví Scilly západně od
Cornwallu na vjezdu do průlivu La Manche. O život tehdy přišlo
přibližně dva tisíce námořníků. Zjistilo se, že posádky a
jejich
velitelé vůbec nevzali v úvahu změnu magnetické deklinace a namířili si
to přímo na útesy jen nepatrně vyčnívající z moře....
Slepá
ulička
Nedokonalé kompasy
samozřejmě nedaly
spát vědcům a konstruktérům.
Někteří na to šli vědecky (astronom Halley procestoval celý Atlantik a
změřil a zanesl do mapy deklinace na různých místech světa), ale
obchodně úspěšnější byli
výrobci a obchodníci nestydatě propagující své zboží. (Gilbert 1573,
Knight
1751). Knightův kompas, tak úspěšně prosazený v britské Královské
společnosti a později i v Admiralitě (ministerstvu válečného
námořnictva V. Británie), při předvádění před ctihodnými lordy-admirály
a dokonce i na
lodičce na Temži fungoval perfektně, a tak jimi byly vybavovány válečné
lodi britského námořnictva. Jenže v „ostrém“ provozu se ani tyto
kompasy neosvědčily. Za klidného moře to ještě šlo, ale v bouřlivějším
počasí s velkými vlnami se jejich růžice otáčely sem a tam, takže se
podle nich nedalo
plout. (Moment setrvačnosti kompasové růžice totiž musí být
pro všechny průměry stejný, což se tenkrát ještě nevědělo. Lidsky
řečeno: nakloní-li se růžice z
horizontální polohy, tak by měla stále ukazovat stejným směrem. A to se
nedělo (2). Moc nepomáhal ani Cardanův závěs). Tyto magnety už
měly
střelky
z tvrdé oceli, které si magnetizmus dlouho držely.
Zrádné
železo
A
byl tu další problém. Kompasy ukazovaly na různých
místech téže lodi jinak! A záleželo to i na natočení lodi ke světovým
stranám: v
severojižním směru byla odchylka (magnetická
deviace)
jiná, než v jiném směru. A dokonce byla na téže lodi jiná na sever od
rovníku než na jižní polokouli. Tak třeba při Cookově plavně kolem
světa stačilo jen málo natočit
loď, a magnetická deklinace se rázem změnila ze 3 na 10 stupňů. A dvě
lodi plující rovnoběžně měly na svých kompasech různé kurzy! Jako první
si toho všiml už v r. 1538 Portugalec J. de Castro a správně to
vysvětlil
přítomností těžkých železných předmětů poblíž kompasu (děla, kotvy
apod.). To se koncem 18. století už dobře vědělo a tak
dřevěné
schránky kompasů nesměly být spojovány hřebíky a ani do kompasnic
(stojanu se schránkou pro kompas a jeho příslušenství) se
nesmělo ukládat nic železného a ocelového. Jenže železných a ocelových
předmětů i konstrukčních částí na lodích stále přibývalo a s tím i
nepřesností kompasů.
Tento
problém desítky let řešil a nakonec téměř vyřešil M. Flinders
(1814).
Navrhl umístit poblíž kompasu starou železnou tyč, a to
svisle.
Tím ovlivnil svislou složku magnetického pole Země (inklinaci) i
magnetizmus svislých železných předmětů na lodi. Sice jednou taková tyč
zasahovala skrz palubu až do kajuty důstojníka, ale fungovalo
to. Nelze přehlédnout ani experimenty A. Smithe a W. Scoresbyho:
zkoušeli na růžici kompasu nalepit místo jedné magnetické střelky
čtyři magnetické tyčinky v přesně vypočtených pozicích.
Ještě
zrádnější ocel
Už už se zdálo, že problém
je úspěšně vyřešen. Ale nebyl. Objevily se první lodě
postavené z oceli a navíc s parním strojem. Zkrátka další a další
železo a ocel. Zjistilo se, že tvrdá ocel se magneticky chová úplně
jinak, než měkká ocel nebo pouhé železo. O překvapení nebyla nouze!
Hodně záleželo na poloze trupu lodi ke světovým stranám při
jeho nýtování, loď si totiž původní magnetizmus
pamatovala.
Také vlnobití,
vibrace
parního stroje a střelba z děl rychle měnily magnetizmus lodi. Odchylky
magnetického a
zeměpisného kurzu těchto lodí nezřídka činily až neuvěřitelných 50
stupňů. Dosavadní kompasy tak rázem byly k ničemu. Řada lodí kvůli tomu
ztroskotala nebo ztroskotání jen tak tak
unikla díky nedaleko plujícím rybářským lodím, jejichž sirény v mlze
spustily zoufalé varování.
Ztráty šly do
stovek mrtvých. Např. moderní plachetnice Tayleur
s ocelovým
trupem směřující do Melbourne vyplula r. 1854 z Liverpoolu, ale
místo toho, aby zatočila na jih do Svatojiřského průlivu mezi
Anglií a Irskem, pokračovala stále na západ. Hned druhý den své plavby
pak ztroskotala
na
ostrůvku kousek od Dublinu (obr. vlevo). 350
mrtvých. Podle svých kompasů ovšem plula správně na jih...
Přepravní
i
pojišťovací společnosti začaly
odmítat převážet zboží loďmi s kovovým trupem, takže akutně hrozil
kolaps
námořní dopravy.
Řešení
navrhl G. Airy. K hlavnímu kompasu umístil dlouhý tyčový
magnet a železnou spirálu (později používal tři pevné magnety a železný
řetěz v boxech kompasnice) a k ostatním kompasům dal menší magnety. Na
cestě do Brazílie se osvědčily, i když na rozbouřeném moři tyto kompasy
byly
jako obvykle k ničemu. Stejně jako ty staré se neustále
točily sem a
tam...
J. Gray tuto myšlenku vylepšil: místo boxů s železným řetězem
instaloval vedle kompasu po každé straně 27kilovou dělovou kouli a
magnety přemístil přímo do kompasnice. W. Thomson ji v r. 1876 ještě
doplnil o známou svislou Flindersovu tyč a
použil lehčí kompasovou
růžici. Prosadil svůj kompas v Admiralitě, z Thomsona se stal lord
Kelvin a penízky se mu jen hrnuly...
Magnety a řetězy versus deviační
tabulky
Protože
se na lodích nikdy nepodařilo zcela odstranit magnetickou deviaci,
tak se povinně používaly (a stále používají) deviační
tabulky. Loď zakotvila
v blízkosti pobřeží, byl zvolen bod na pevnině (nejlépe kostel
nebo maják) a loď se pak postupně otáčela např. po 15° dokola. Do
tabulky se zaznamenávaly pro každé natočení lodi rozdíl mezi
magnetickým a zeměpisným azimutem. (Ukázka
vlevo: v prostředním sloupci jsou zeměpisné azimuty, v pravém azimuty
udávané kompasem. Deviace v průběhu celé otočky jsou graficky
znázorněny šedými čtverečky). Tato
tabuka pak visela v zorném poli
důstojníků i kormidelníka. Podle tabulky vlevo bylo třeba
zeměpisný azimut např. 90° zjištěný na mapě opravit na kompasových 85°
a podle něj plout.
Bohužel se často deviace
měnila přímo nevyzpytatelně. Admiralita proto vybavila své válečné lodi
jednotným tzv. admiralitním kompasem (nekorigovaným) a nařídila svým
lodím
vypracovávat co nejčastěji další a další takové tabulky... Ale u
obchodního loďstva se stále
používaly jenom korekce kompasu magnety a řetězy. Ovšem houpání lodí v
silném větru spolehlivě vyřadilo suché kompasy z činnosti, ať už byly
korigovány či ne.
Definitivní vítězství
kapalinových kompasů
Leč
všeho dočasu. Stavěly se stále větší a hlavně rychlejší lodě. Zvláště
torpédové čluny a torpédoborce byly tak rychlé, že při
plavbě
na vlnách značně vibrovaly. Ani Thomsonovy kompasy tam nešly použít,
točily se jak šílené. To taky byl
jejich konec. Jediné řešení bylo opustit „suché“ kompasy a začít masově
používat kapalinové kompasy naplněné lihem nebo benzínem. Růžice
v
nich plavaly a kapalina jejich otáčení
spolehlivě tlumila.
Nakonec
Admiralita pochopila, že v bouři je lepší jí opovrhovaný
kapalinový kompas než její oficiální, ale v těchto podmínkách
nepoužitelný
kompas suchý a s těžkým srdcem své válečné lodě jimi od poloviny
století
vybavovala. Jiné země přešly na
kapalinové
kompasy na svých lodích už nejméně před 20 lety. Po
zklamaném Thomsonovi-lordu Kelvinovi v obecném povědomí zbyla jen
jednotka absolutní teploty Kelvin
a pár odstavců v učebnicích fyziky.
Současnost
V
současnosti jsou prakticky všechny lodní kompasy (i na malých
plachetnicích) kapalinové (obr. vlevo). Obsahují ve svém
podstavci
tyčinkové
permanentní magnety, které se seřizují dvěma šrouby na sebe kolmými.
Většinou se podaří nastavit deviace v celém 360° rozsahu do ±
10°
(myšleno jako odchylka magnetického a zeměpisného směru). A i kdyby ne,
tak stejně musí být na lodi deviační tabulka.
(Nebo se nad
tím mávne rukou. Podle
jachtařských webů se leckteří Češi v Chorvatsku nevzrušují ani nad
30° deviacemi; vždyť je
to jen Jadran a tam se přece zabloudit nedá... A taky kdo
by zbytečně vyhazoval eura za práci profesionálních seřizovačů kompasů,
že?)
Současné
české námořní předpisy (vyhl. č. 315/2000 Sb. o námořních jachtách)
zatím nenařizují pro malé lodě nějakou satelitní navigaci (i když i můj
ruční Garmin eTrex Legend má možnost si nainstalovat potřebné námořní
mapy.) Vyhláška předepisuje jen
osvětlený magnetický kompas a povinně u něj musí viset tabulka
deviací.
Další druhy kompasů a GPS
Protože s
magnetickým polem Země byly v minulosti neustálé problémy, tak se vědci
poohlíželi po jiných principech. Jedním z nich bylo využít rychle
rotující setrvačník, který si zachovával svou polohu v prostoru. Tak
vznikly po r. 1901 gyrokompasy užívané při lodní a letecké navigaci a
nedávno i globální poziční systémy (GPS, Galileo a několik
čínských systémů).
Ovšem tyto přístroje potřebují napájení elektrickým proudem. A když je
loď bez elektřiny, nastane vážný problém.
Admiralita
tentokrát nezaváhala, vybavila své válečné lodě gyrokompasy a v r. 1946
zakázala používat kompasy magnetické. Ale co čert nechtěl: u bitevní
lodi HMS Vanguard došlo v r. 1947 při plavbě z Anglie do Kapského Města
k totálnímu výpadku elektrické energie. Všechny tři gyrokompasy se
zastavily, magnetické kompasy už na lodi nebyly a GPS ještě nikdo
nevymyslel. Bitevní loď pak musela plout jen podle Slunce a hvězd,
pokud ovšem nebylo zataženo. Byla to riskantní plavba a zvlášť trapné
bylo, že na té lodi plul i král Jiří VI. Naštěstí
nedošlo k žádné nehodě. A tak se magnetické kompasy vrátily na lodě
jako záložní přístroje a v této funkci slouží dodnes.
I
když se v současnosti zdá možnost najetí lodi vybavenou satelitní či
jinou elektronickou navigací, sonarem apod. vychytávkami na mělčinu
nebo podmořskou skálu téměř vyloučena, tak se opakovaně
dozvídáme o
dalších
a dalších ztroskotáních s ekologickými následky (tanker Torrey Canyon u
souostroví Scilly v r. 1967) nebo dokonce s obětmi na životech (výletní
loď
Costa Concordia v r. 2012 najela na podmořskou skálu u italských břehů,
32 mrtvých). Zkrátka lidská blbost ruku v ruce s
nezodpovědností
je
věčná a nezměrná...
Jak
najít keš
Výchozí souřadnice se
nacházejí na
břehu bývalého hnědouhelného lomu ČSM (taky se říká Dukla). Tam je
krásně čistá voda, která
láká na koupání a v ní je možno vidět i pěkné štiky (nekoušou!). Na
nafukovací lodičce nebo matraci si můžete vyzkoušet i plavbu podle
kompasu.
Ale raději se vraťme na
pevnou zem. Na následujícím obrázku je
znázorněna typická situace v
geocachingu.
Nacházíte se na louce v bodě B1, před vámi je
les a v něm v bodě B3 je keš. Vaším
úkolem je si
zvolit takovou trasu, aby celkový
čas cesty T (loukou a lesem) byl co
nejkratší. Zvolte si takové azimuty A1 a A2
a průchozí bod B2, abyste opravdu
byli v cíli v
nejkratším čase. Vaše rychlost při chůzi po louce bude 4,3
km/h, v lese
2,3 km/h. Azimuty udávejte ve stupních a magnetickou deklinaci v tomto
případě zanedbejte.
Kudy půjdete už záleží jen na vás. Na obrázku je ukázka jedné trasy.
Vypočtené hodnoty azimutů
zaokrouhlete na celé
stupně a čas v minutách T zaokrouhlete na jedno
desetinné místo. Pak vše dosaďte do vzorce
X = (5*A1 + 4*A2
+ 3*T) / 21,680721
čímž
dostanete číslo X,
jehož číslice označte ABCDEFGH...
Číslici H
nezaokrouhlujte a desetinné čárky si nevšímejte. Číslice dosaďte do
vzorců:
N
50° 38.CDE´ E 13° 47.FGH´
Ještě kontrola...
... a je to!
Poznámky
-
Jistě víte, že chrudimský rodák Josef Ressel (1793
– 1857) vynalezl lodní šroub. Ale on vymyslel také buzolu!
-
Na deviací kompasů na svých lodích geniálně vyzrál zkušený
velrybářský kapitán W. Scoresby. Čas od času vylezl s ručním kompasem
do
strážního koše na stěžni, kde se už žádná odchylka způsobená kovovými
předměty neprojevovala a ohlásil dolů změřený kurz, podle kterého se
nastavily ostatní kompasy. Bohužel tato spolehlivá a přitom
jednoduchá metoda byla pod úroveň
ctihodných lordů v Admiralitě a ti nad ní ohrnovali nos
celých 30 let...
-
Magnetická deklinace na Teplicku je t.č. přibližně 5°
východně. To znamená, že při turistice podle mapy a kompasu s ní už
musíme počítat. A každý rok bude hůř...
-
Rozšířil jsem
nápovědu, takže výpočet už bude hračka. Odpadá optimalizace některým
programem, teď stačí jen kalkulačka a středoškolská matematika.
-
Literatura a obrázky:
(1) Pleiner, R.: Minilexikon
k dějinám lodí a
námořní plavby. Naše vojsko, Praha 1994.
(2) Gurney, A.: Kompas.
BB/art, Praha 2008.
(3) Lever, D.: The
Young Sea Officer's Sheet Anchor. Londýn 1808.
Obrázek v
úvodu znázorňuje větrnou růžici a střelku z kompasu G. Knighta. Dobová
rytina.
Lodní kompas je CC0 Public Domain, dostupný na
https://pxhere.com/en/photo/707244.
Loss of 'the Tayleur, off Lambay Island. Dobová rytina.
Ostatní obrázky, tabulka deviací a foto owner.
* * *
V nouzi se
může hodit!
* * *
GCATQ6Q –
verze 1.2 z 17. 9. 2024
(CC BY-SA 3.0
CZ) ladislavappl, 2024
Napsáno v
Kompozeru