Come funzionano le bussole

Non importa dove ti trovi sulla Terra, puoi tenere una bussola in mano e punterà verso il Polo Nord. Che cosa incredibilmente pulita e sorprendente! Immagina di essere in mezzo all'oceano e di guardare tutto intorno a te in ogni direzione e tutto ciò che puoi vedere è l'acqua, ed è coperto quindi non puoi vedere il sole ... Come diavolo sapresti da che parte andare andare a meno che tu non avessi una bussola per dirti da che parte è "su"? Molto prima dei satelliti GPS e di altri ausili alla navigazione ad alta tecnologia, la bussola offriva agli esseri umani un modo semplice ed economico per orientarsi.

Ma cosa fa funzionare una bussola nel modo in cui funziona? E perché è utile per rilevare piccoli campi magnetici, come abbiamo visto in Come funzionano gli elettromagneti? In questo articolo risponderemo a tutte queste domande e vedremo anche come creare una bussola da zero!

Una bussola è un dispositivo estremamente semplice. UN bussola magnetica (al contrario di una bussola giroscopica) è costituito da un piccolo magnete leggero bilanciato su un punto di articolazione quasi privo di attrito. Il magnete è generalmente chiamato a ago. Un'estremità dell'ago è spesso contrassegnata con "N", per il nord, o colorata in qualche modo per indicare che punta verso il nord. In superficie, è tutto quello che c'è da fare per una bussola.

1. Campo magnetico terrestre
2. Creare la tua bussola fatta in casa
3. La bussola giroscopica

Il motivo per cui una bussola funziona è più interessante. Si scopre che puoi pensare alla Terra come a una gigantesca barra magnetica sepolta all'interno. Affinché l'estremità nord della bussola punti verso Polo Nord, devi presumere che la barra magnetica sepolta abbia la sua estremità sud al Polo Nord, come mostrato nel diagramma a destra. Se pensi al mondo in questo modo, puoi vedere che la normale regola dei magneti "gli opposti si attraggono" fa sì che l'estremità nord dell'ago della bussola punti verso l'estremità sud della barra magnetica sepolta. Quindi la bussola punta verso il Polo Nord.

Per essere completamente precisi, la barra magnetica non corre esattamente lungo l'asse di rotazione terrestre. È leggermente inclinato fuori centro. Questa inclinazione è chiamata declinazione, e la maggior parte delle buone mappe indicano qual è la declinazione in diverse aree (poiché cambia leggermente a seconda di dove ti trovi sul pianeta).

Il campo magnetico della Terra è abbastanza debole sulla superficie. Dopotutto, il pianeta Terra ha un diametro di quasi 8.000 miglia, quindi il campo magnetico deve viaggiare molto per influenzare la tua bussola. Ecco perché una bussola deve avere un magnete leggero e a cuscinetto senza attrito. Altrimenti, non c'è abbastanza forza nel campo magnetico terrestre per ruotare l'ago.

L'analogia della "grande barra magnetica sepolta nel nucleo" serve a spiegare perché la Terra ha un campo magnetico, ma ovviamente non è quello che sta realmente accadendo. E allora è sta succedendo davvero?

Nessuno lo sa per certo, ma c'è una teoria funzionante attualmente in corso. Come visto sopra, si pensa che il nucleo della Terra sia costituito in gran parte da ferro fuso (rosso). Ma in fondo, la pressione è così grande che questo ferro super caldo si cristallizza in un solido. La convezione causata dal calore irradiato dal nucleo, insieme alla rotazione della Terra, provoca il ferro liquido trasferirsi in un modello rotazionale. Si ritiene che queste forze rotazionali nello strato di ferro liquido conducano a deboli forze magnetiche attorno all'asse di rotazione.

Si scopre che poiché il campo magnetico terrestre è così debole, una bussola non è altro che un rilevatore di campi magnetici molto leggeri creati da qualsiasi cosa. Ecco perché possiamo usare una bussola per rilevare il piccolo campo magnetico prodotto da un filo che trasporta una corrente (vedi Come funzionano gli elettromagneti).

Ora diamo un'occhiata a come puoi creare la tua bussola.

Se non hai una bussola, puoi crearne una tua più o meno nello stesso modo in cui le persone facevano centinaia di anni fa. Per creare la tua bussola, avrai bisogno dei seguenti materiali:

• Un ago o un altro pezzo di acciaio simile a un filo (una graffetta raddrizzata, per esempio)
• Qualcosa di piccolo che galleggia come un pezzo di sughero, il fondo di una tazza di caffè in polistirolo, un pezzo di plastica o il tappo di una brocca del latte
• Un piatto, preferibilmente un piatto da torta, da 9 a 12 pollici (23-30 cm) di diametro, con circa 2,5 cm di acqua

Il primo passo è trasforma l'ago in un magnete. Il modo più semplice per farlo è con un altro magnete: fai scorrere il magnete lungo l'ago 10 o 20 volte come mostrato di seguito.

Se hai problemi a trovare un magnete in casa, due possibili fonti includono un apriscatole e un elettromagnete che produci tu stesso (vedi Come funzionano gli elettromagneti).

Posiziona il galleggiante al centro del tuo piatto d'acqua come mostrato di seguito.

La tecnica del "galleggiamento sull'acqua" è un modo semplice per creare un cuscinetto quasi privo di attrito. Centra il tuo ago magnetico sul galleggiante. Molto lentamente punterà verso nord. Hai creato una bussola!

Una bussola magnetica come quella creata nella pagina precedente presenta diversi problemi se utilizzata su piattaforme mobili come navi e aeroplani. Deve essere a livello e tende a correggersi piuttosto lentamente quando la piattaforma gira. A causa di questa tendenza, la maggior parte delle navi e degli aeroplani utilizza invece bussole giroscopiche.

Un giroscopio rotante, se supportato in un telaio con sospensione cardanica e ruotato verso l'alto, manterrà la direzione verso cui è puntato anche se il telaio si muove o ruota. In una bussola giroscopica, questa tendenza viene utilizzata per emulare una bussola magnetica. All'inizio del viaggio, l'asse della girobussola è puntato verso nord utilizzando una bussola magnetica come riferimento. Un motore all'interno della bussola giroscopica mantiene il giroscopio in rotazione, quindi la bussola giroscopica continuerà a puntare verso nord e si adatterà rapidamente e con precisione anche se la barca è in mare mosso o l'aereo colpisce la turbolenza. Periodicamente, la bussola giroscopica viene controllata rispetto alla bussola magnetica per correggere eventuali errori che potrebbe rilevare.

Per ulteriori informazioni su bussole, navigazione e argomenti correlati, controlla i collegamenti nella pagina successiva.

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