Pourquoi les compas peuvent être inexacts
Photo: Dans les années 1960, les astronautes étaient équipés de petits compas comme celui-ci comme partie de leur équipement de survie afin qu’ils sachent où ils étaient quand ils sont revenus sur Terre.Photo reproduite avec l’aimable autorisation du Centre spatial Johnson de la NASA (NASA-JSC).
Les compas sont brillamment utiles mais ils peuvent parfois nous égarer, à cause de deux problèmes très différents appelés déclinaison (ou variation) et déviation. Voici pourquoi.,
Déclinaison (variation)
La Terre tourne autour d’un axe (une sorte de tige invisible) traversant le pôle nord(parfois appelé pôle nord géographique, au « sommet » de la planète) et le pôle sud (ou pôle sud géographique, au « bas »de la planète). Mais le champ magnétique de la Terre est un peu bancal et n’est pasassez aligné avec son axe de rotation. Ainsi, le pôle nord magnétique (l’endroit vers lequel pointe votre boussole) ne coïncide pas précisément avec le vrai pôle nord (il se trouve à plusieurs centaines de km/miles) et il en va de même pour le pôle sud magnétique.,
En pratique, la différence entre le « nord vrai » et le « nord magnétique » est faible et généralement (lorsque vous êtes en déplacement avec acompass et map), vous pouvez traiter le nord une boussole vous montre qu’il pointait vers le pôle nord géographique réel.Si nous sommes plus précis, la différence entre » nord magnétique « et » vrai nord » est un angle qui varie légèrement d’un endroit à l’autre (et d’une année à l’autre, car la position du nord magnétique de la Terre change constamment) et cela s’appelle la déclinaison ou la variation.,Lorsque la navigation vraiment précise est importante (par exemple, sur les navires),vous devez prendre en compte la déclinaison et la corriger.
Déviation
Une boussole est conçue pour réagir au champ magnétique généré par la masse chaude tourbillonnante de roches à des milliers de kilomètres / miles de profondeur à l’intérieur de la Terre, mais il y a beaucoup d’autres choses qui se passent, beaucoup plus près de votre boussole, qui peuvent le faire bel et bien Si vous êtes à l’intérieur d’un navire en ferou une voiture, par exemple, tout ce métal peut faire une grande différence., L’exactitude d’une mesure au compas dans une certaine situation s’appelle la déviation, et c’est l’angle entre l’endroit où le compas pointerait s’il était parfaitement précis (nord magnétique) et l’endroit où il pointe réellement. S’il y a un aimant à proximité, ou si vous êtes près d’un morceau de croûte terrestre particulièrement magnétique, ou s’il y a des courants électriques fluctuants générant des champs magnétiques, votre aiguille de boussole va être affectée et sa précision va être réduite., Les boussoles les plus sophistiquées ont des aimants compensateurs ou des morceaux de fer intégrés que vous pouvez ajuster pour annuler tous les effets magnétiques locaux.
Photo: Une boussole fatidique: C’est la boussole que l’acteur John Wilkes Booth a utilisée pour naviguer sur le fleuve Potomac, alors qu’il s’échappait après avoir tiré sur le président américain Abraham Lincoln en 1865. Photo reproduite avec l’aimable autorisation de Carol M. Highsmith’s America, Bibliothèque du Congrès, Division des estampes et des photographies.,
Compas de navire
La déclinaison et la déviation n’ont pas tellement d’importance si vous êtes à pied avec une carte ou en acar; généralement, il y a d’autres choses que vous pouvez utiliser pour vous aider à trouver votre chemin et ce n’est guère catastrophique si vous prenez un mauvais virage ou deux. Sur un bateau, loin de la terre et par mauvais temps (donc vous ne pouvez pas naviguer par le ciel), c’est une toute autre affaire. Avant les avancées technologiques comme le GPS andradar, la vie des gens dépendait de la navigation avec précision par la boussole seule., C’est pourquoi les compas de navire (parfois appelés compas de marin) étaient beaucoup plus sophistiqués que ceux que les gens utilisaient généralement à terre. Dans la boussole d’un navire moderne, la carte de boussole est attachée à un flotteur avec un certain nombre d’aiguilles magnétiques en dessous et tourne librement à l’intérieur d’un grand bocal en verre rempli d’un mélange d’alcool et d’eau (pour minimiser les frictions et absorber les vibrations du navire en mouvement)., Le tout est monté sur des cardans (pivots) dans un support appelé binnacleso il reste horizontal même lorsque le navire tangue (se déplace de haut en bas) et roule (bascule d’un côté à l’autre) dans les vagues.
Autres types de compas
Gyrocompas
Si les compas magnétiques peuvent être difficiles à utiliser dans les navires, imaginez à quel point ils sont pires dans les avions rapides. C’est pourquoi les avions (plus les grands navierset certains véhicules terrestres) s’appuient sur des gyrocompas., Contrairement à un magneticcompass, qui pointe de la même manière en raison de l’attraction magnétique, agyrocompass utilise un gyroscope—une roue à rotation rapide, monté ongimbals, qui continue de tourner dans la même direction quelle que soit la façon dont youturn il. Les gyrocompas sont mieux en mesure de faire face à l’environnement plus « dynamique » à bord des navires et des avions et un autre avantage est qu’ils peuvent être définis pour indiquer le vrai nord (le pôle nord) plutôt que le nord magnétique.,
Illustration: Fonctionnement d’un gyrocompas: un gyroscope rotatif lourd (jaune, au centre) alimenté par un moteur électrique (violet, en bas) tourne à l’intérieur de deux anneaux de montage perpendiculaires appelés cardans (rouge et vert). Ceux-ci sont fixés par des ressorts à un boîtier extérieur (bleu), lui-même fermement attaché au corps d’un navire ou d’un avion. L’idée de base est que le gyroscope en rotation maintient un indicateur pointant dans la même direction, peu importe comment le navire ou l’avion vire et dérive., Le modèle présenté ici a été développé par Hans Usener de Kiel Allemagne, à partir de son brevet américain 1,136,566: Gyrocompass, breveté le 20 avril 1915, avec l’aimable autorisation de l’Office des brevets et des marques des États-Unis.
Le gyrocompas a été développé avec succès au début du 20e siècle par l’ingénieur américain Elmer Sperry (1860-1930), breveté en 1908 et démontré pour la première fois sur un navire en 1911., Cependant, le gyrocompas de Sperry était en fait basé sur une invention antérieure (1906) du scientifique allemand Hermann Anschütz-Kaempfe (1872-1931), qui a poursuivi Sperry avec succès pour violation de brevet en Allemagne avec l’aide d’Albert Einstein (1879-1955). Plus tard, des cas de violation de brevet au Royaume-Uni et aux États-Unis ont trouvé en faveur de Sperry, cependant, c’est pourquoi il est largement crédité de l’invention aujourd’hui.,
Astrocompas
Alors que les compas magnétiques et les gyrocompas sont réglés en fonction de la Terre,les astrocompas sont alignés avec la position des corps célestes(points fixes dans le ciel, tels que le Soleil ou les étoiles) et indiquent ensuite la position du vrai nord. Ils sont plus complexes et plus difficiles à utiliser que les compas magnétiques, mais offrent une bonne alternative dans des endroits comme les régions polaires où les compas magnétiques et les gyrocompas ne sont pas fiables.
Photo: compas gyroscopique et de l’équipement de navigation sur un camion. Photo courtoisie nous Géologique.,
Compas radio
Également appelés radiotélégraphistes (RDF), ils captent des signaux directionnels émis par des émetteurs radio.L’idée de base est qu’une antenne de réception (à bord de quelque chose comme un navire ou un avion) capte un signal plus fort ou plus faible selon la façon dont il pointe vers l’antenne émettrice.Avec l’équipement RDF d’origine, vous deviez tourner l’antenne de réception dans un sens ou dans l’autre pour maximiser ou minimiser le signal, ce qui vous permettait de savoir où se trouvait l’émetteur. Avec les signaux de plus d’un émetteur, vous pouvezfigure votre propre position., Les détecteurs de direction automatiques (ADF) sur les avions modernes sont des boussoles radio qui déterminent et affichent automatiquement les directions à l’aide d’un pointeur et d’un cadran similaires à un compas magnétique traditionnel.
Qui a inventé la boussole?
Personne ne sait quand ni où les boussoles ont été inventées, mais c’est ce que nous savons:
- ~300-200BCE: Les détecteurs de direction magnétique primitifs auraient été inventés en Chine.,
- 12ème siècle CE: Des boussoles plus sophistiquées sont inventées indépendamment en Chine, dans le monde arabe et en Europe et comportent des aiguilles de boussole montées sur des épingles pour la première fois.
- 13ème siècle: Les compas incorporent des cartes de boussole marquées des points cardinaux et des subdivisions maintenant familiers.
- 15ème siècle: Les navigateurs se rendent compte que les boussoles pointent vers le pôle nord magnétique de la Terre plutôt que vers son véritable pôle nord (géographique).
- 16ème siècle: Les compas marins sont montés dans des cardans pour réduire les problèmes causés par le mouvement des navires.,
- 17ème siècle: L’anglais William Gilbert publie un compte rendu scientifique complet du magnétisme terrestre et l’utilise pour expliquer pourquoi les boussoles pointent vers le nord.
- années 1880: Le physicien écossais William Thompson (Lord Kelvin) développe des boussoles qui peuvent être ajustées pour fonctionner à l’intérieur de navires à coque en fer.
- années 1880: Le néerlandais Marinus Gerardus van den Bos brevette un gyrocompas. D’autres développent et affinent l’invention au cours des prochaines décennies.
- années 1900: radiogoniométrie (RDF) est développé par les ingénieurs italiens Ettore Bellini et Alessandro Tosi.,
- 1906: Hermann Anschütz-Kaempfe (1872-1931) invente le gyrocompas moderne.
- 1911: Le gyrocompas amélioré d’Elmer Sperry est testé avec succès sur un navire pour la première fois.
- 1900-1920: Des boussoles radio (radiogoniomètres, RDFs) sont développées.
- 1973: Le projet de navigation par satellite GPS des États-Unis marque le début d’un changement constant de la navigation traditionnelle vers des méthodes plus automatisées et plus faciles à utiliser pour trouver votre chemin.,
