Perché le bussole possono essere imprecise

Foto: Negli anni ‘ 60, gli astronauti erano dotati di piccole bussole come thisas parte del loro equipaggiamento di sopravvivenza in modo da sapere dove si trovavano quando sono tornati sulla Terra.Foto per gentile concessione del NASA Johnson Space Center (NASA-JSC).

Le bussole sono brillantemente utili ma a volte possono portarci fuori strada, a causa di due problemi piuttosto diversi chiamati declinazione (o variazione) e deviazione. Ecco perché.,

Declinazione (variazione)

La Terra ruota attorno ad un asse (una sorta di asta invisibile) che attraversa il polo nord(a volte chiamato polo nord geografico, nella “parte superiore” del pianeta) e il polo sud (o polo sud geografico, nella “parte inferiore”del pianeta). Ma il campo magnetico terrestre è un po ‘ traballante e non si allinea abbastanza con il suo asse di rotazione. Quindi il polo nord magnetico (il posto verso cui punta la bussola) non coincide precisamente con il vero polo nord (è a diverse centinaia di km/miglia) e lo stesso vale per il polo sud magnetico.,

In pratica, la differenza tra “true north” e “magnetic north” è piccola e generalmente (quando sei in giro con acompass e map) puoi trattare il nord una bussola ti mostra anche se puntava al vero polo nord geografico.Se siamo più precisi, la differenza tra” nord magnetico “e” vero nord ” è unangolo che varia leggermente da un luogo all’altro (e dall’anno all’anno, perché la posizione del nord magnetico terrestre è costantemente variabile) e si chiama declinazione o variazione.,Quando la navigazione veramente accurata è importante (ad esempio,sulle navi), devi prendere in considerazione la declinazione e correggerla.

Deviazione

Una bussola è progettata per reagire al campo magnetico generato dalla vorticosa massa calda di rocce a migliaia di chilometri / miglia di profondità all’interno della Terra, ma ci sono molte altre cose in corso, molto più vicine alla bussola, che possono farlo bene e veramente fuori di colpo. Se sei all’interno di una nave di ferroo un’auto, per esempio, tutto quel metallo può fare una grande differenza., L’accuratezza di una misurazione della bussola in una certa situazione è chiamata deviazione, ed è l’angolo tra cui il compasswould puntare se fosse perfettamente preciso (nord magnetico) e whereit effettivamente punti. Se c’è un magnete nelle vicinanze, o sei vicino a un pezzo magnetico della crosta terrestre, o ci sono correnti elettriche fluttuanti che generano campi magnetici, il tuo ago della bussola sta per essere influenzato e la sua precisione sta per essere ridotta., Le bussole più sofisticate hanno magneti compensatorio pezzi di ferro incorporati in essi che è possibile regolare per annullare eventuali effetti magnetici locali.

Foto: Una bussola fatale: Questa è la bussola che l’attore John Wilkes Booth ha usato per navigare nel fiume Potomac, mentre faceva la sua fuga dopo aver sparato al presidente degli Stati Uniti Abraham Lincoln nel 1865. Foto per gentile concessione di Carol M. Highsmith America, Biblioteca del Congresso, Stampe e Fotografie Divisione.,

Bussole della nave

Declinazione e deviazione non importa tanto se sei a piedi con una mappa o in acar; generalmente, ci sono altre cose che puoi usare per aiutarti a trovare la tua strada ed è difficilmente catastrofico se prendi una svolta sbagliata o due. Su una nave, lontano dalla terra e in caso di maltempo (quindi non puoi navigare dal cielo), è una questione completamente diversa. Beforetechnological avanzamenti come GPS andradar è arrivato, livesdepended della gente sulla navigazione esattamente dalla bussola da solo., Ecco perché le bussole delle navi (a volte chiamate bussole dei marinai) erano molto più sofisticate di quelle che le persone usavano tipicamente a terra. Nella bussola di una nave moderna, la carta della bussola è attaccata a un galleggiante con un numero di aghi magnetici sotto di esso e gira liberamente all’interno di una grande ciotola di vetro riempita con una miscela di alcool e acqua (per ridurre al minimo l’attrito e assorbire le vibrazioni dalla nave in movimento)., Il tutto è montato su giunti cardanici (perni) in uno stand chiamato binnacleso che rimane orizzontale anche quando la nave sta lanciando (muovendosi su e giù) e rotolando (dondolando da un lato all’altro) tra le onde.

Altri tipi di bussole

Girobussole

Se le bussole magnetiche possono essere difficili da usare nelle navi, immagina quanto peggio siano negli aerei in rapido movimento. Ecco perché gli aerei (più grandi navie alcuni veicoli terrestri) si basano su girobussole., A differenza di un magneticcompass, che punta allo stesso modo a causa dell’attrazione magnetica, agyrocompass utilizza un giroscopio—una ruota che gira velocemente, montata su cavi, che continua a ruotare nella stessa direzione in qualsiasi modo lo si giri. Le giroscope sono meglio in grado di far fronte all’ambiente più “dinamico” a bordo di navi e aerei e un altro vantaggio è che possono essere impostate per indicare il vero nord (il polo nord) piuttosto che il nord magnetico.,

Artwork: Come funziona una girobussola: un giroscopio rotante pesante (giallo, al centro) alimentato da un motore elettrico (viola, in basso) gira all’interno di due anelli di montaggio perpendicolari chiamati giunti cardanici (rosso e verde). Questi sono fissati da molle a un involucro esterno (blu), a sua volta saldamente attaccato al corpo di una nave o di un aereo. L’idea di base è che il giroscopio rotante mantiene un indicatore che punta nella stessa direzione, indipendentemente da come la nave o l’aereo vira e derive., Il modello mostrato qui è stato sviluppato da Hans Usener di Kiel Germania, dal suo brevetto statunitense 1,136,566: Gyrocompass, brevettato 20 aprile 1915, per gentile concessione di US Patent and Trademark Office.

La girobussola fu sviluppata con successo all’inizio del xx secolo dall’ingegnere americano Elmer Sperry (1860-1930), brevettata nel 1908 e dimostrata per la prima volta su una nave nel 1911., Tuttavia, la girobussola di Sperry era in realtà basata su un’invenzione precedente (1906) dello scienziato tedesco Hermann Anschütz-Kaempfe (1872-1931), che citò Sperry con successo per violazione di brevetto in Germania con l’aiuto di Albert Einstein (1879-1955). Più tardi casi di violazione di brevetto nel Regno Unito e negli Stati Uniti hanno trovato a favore di Sperry, tuttavia, motivo per cui è in gran parte accreditato con l’invenzione oggi.,

Astrocompasse

Mentre le bussole magnetiche e le girobussole sono impostate in base alla Terra,le astrocompasse sono allineate con la posizione dei corpi celesti(punti fissi nel cielo, come il Sole o le stelle) e quindi indicano la posizione del vero nord. Sono più complessi e più difficili da usare rispetto alle bussole magnetiche, ma offrono una buona alternativa in luoghi come le regioni polari in cui le bussole magnetiche e le girobussole non sono affidabili.

Foto: girobussola e attrezzatura di navigazione su un camion. Foto per gentile concessione ofUS Geological Survey.,

Bussole radio

Chiamati anche radio direction finders (RDF), questi raccolgono segnali direzionali irradiati dai trasmettitori radio.L’idea di base è che un’antenna ricevente (a bordo di qualcosa come una nave o un aereo) raccolga un segnale più forte o più debole in base a come punta verso l’antenna trasmittente.Con le apparecchiature RDF originali, è stato necessario ruotare l’antenna ricevente in un modo o nell’altro per massimizzare o minimizzare il segnale, il che ha permesso di capire dove si trovava il trasmettitore. Con i segnali provenienti da più di un trasmettitore, si potrebbefigurare la propria posizione., Automatic Direction finders (ADF) sugli aerei moderni sono bussole radio che automaticamente capire e visualizzare le direzioni utilizzando un puntatore e quadrante simile a un tradizionale, bussola magnetica.

Chi ha inventato la bussola?

Nessuno sa quando o dove sono state inventate le bussole, ma questo è quello che sappiamo:

  • ~300-200BCE: si ritiene che i primitivi cercatori di direzione magnetica siano stati inventati in Cina.,
  • 12 ° secolo CE: bussole più sofisticati sono inventati in modo indipendente in Cina, il mondo arabo, e in Europa e caratteristica bussola aghi montati su perni per la prima volta.
  • 13 ° secolo: Bussole incorporano carte bussola contrassegnati con i punti cardinali ormai familiari e suddivisioni.
  • 15 ° secolo: I navigatori si rendono conto che le bussole puntano al polo nord magnetico della Terra piuttosto che al suo vero polo nord (geografico).
  • 16 ° secolo: le bussole marine sono montate in giunti cardanici per ridurre i problemi causati dal movimento delle navi.,
  • 17 ° secolo: l’inglese William Gilbert pubblica un resoconto scientifico completo del magnetismo terrestre e lo usa per spiegare perché le bussole puntano a nord.
  • 1880: il fisico scozzese William Thompson (Lord Kelvin) sviluppa bussole che possono essere regolate per funzionare all’interno di navi con scafo in ferro.
  • 1880: l’olandese Marinus Gerardus van den Bos brevetta una girobussola. Altri sviluppano e perfezionano l’invenzione nei prossimi decenni.
  • 1900s: Radio direction finding (RDF) è sviluppato dagli ingegneri italiani Ettore Bellini e Alessandro Tosi.,
  • 1906: Hermann Anschütz-Kaempfe (1872-1931) inventa la moderna girobussola.
  • 1911: La girobussola migliorata di Elmer Sperry viene testata con successo su una nave per la prima volta.
  • 1900-1920: Vengono sviluppate bussole radio (radio direction finders, RDFS).
  • 1973: Il progetto di navigazione satellitare GPS degli Stati Uniti segna l’inizio di un costante spostamento dalla navigazione tradizionale a metodi più automatizzati e più facili da usare per trovare la tua strada.,