Quasi tutti hanno utilizzato una sorta di dispositivo che consente di determinare le direzioni tradizionali: nord, sud, est, ovest e loro combinazioni. I giorni dei giovani che si scatenano nei boschi con modelli portatili dotati di un vero ago della bussola, tuttavia, sono in gran parte caduti nella pattumiera della storia della navigazione.
Oggi, praticamente tutti gli smartphone sono dotati di ricevitori GPS (Global Positioning System) che consentono agli utenti di capire dove si trovano sulla "griglia" direzionale terrestre entro pochi metri. Questa tecnologia si basa su una rete di satelliti in un'orbita continua in alto sopra l'atmosfera terrestre. Ma prima della moderna missilistica, i navigatori si affidavano a un modo ormai obsoleto ma straordinariamente intelligente per determinare la direzione.
UN bussola magnetica è uno strumento che consente fondamentalmente di determinare un punto di riferimento o una regione sulla Terra corrispondente al nord magnetico. Questo è leggermente diverso dal vero nord, ma con i vari fattori di correzione richiesti in diversi punti intorno il globo ora conosciuto, una buona bussola magnetica rimane abbastanza buona da portare un utente esperto da un luogo all'altro abbastanza bene.
Magneti e nozioni di base sui campi magnetici
Magnetismo è un termine che descrive un insieme matematicamente prevedibile di effetti su particelle e sistemi nel ramo della fisica noto come elettromagnetismo. Come con il suo inseparabile partner, l'elettricità, il magnetismo non è qualcosa che può essere "visto", ma molti dei suoi effetti nel mondo reale sono ben noti e sono stati incorporati in innumerevoli aspetti critici della moderna tecnologia.
I "campi" magnetici, che possono essere pensati come linee di influenza su particelle soggette agli effetti fisici del magnetismo, sono disegnati come originari a partire dal un nord polo magnetico e scorre verso l'esterno attraverso lo spazio e viceversa verso un Sud polo magnetico. Nel caso di a magnete a barra (un magnete rettangolare), questo significa una serie di linee approssimativamente a forma di C che "fluiscono" dal nord magnetico al sud magnetico.
- A differenza del caso delle cariche elettriche, non esiste un "monopolo magnetico". In altre parole, ci può essere nessuna sorgente puntiforme di un campo magnetico nel modo in cui un campo elettrico può essere creato e definito da una singola carica puntiforme.
I campi magnetici vengono creati spostando cariche elettriche. Questo può essere esplicito e una funzione di ingegneria mirata, come quando una bobina di filo che trasporta corrente viene avvolta molte volte attorno a un pezzo di metallo, creando un elettromagnete. Questi sono utilizzati nella generazione di energia elettrica e in altre applicazioni industriali critiche in tutto il mondo. La caratteristica chiave di un elettromagnete è che cessa di essere un magnete di qualsiasi conseguenza una volta rimossa la sorgente di corrente.
In alternativa, la fonte di cariche in movimento sottostante i campi magnetici può "nascondersi", essendo prodotta a livello dei singoli atomi in alcuni elementi (ad esempio ferro, rame e nichel). Grazie in parte alle caratteristiche di "spin" degli elettroni di questi elementi, momenti magnetici sono creati negli atomi in questione, e in questi ferromagnetico elementi, i momenti magnetici locali sono additivi anziché annullarsi a coppie (per semplificare, la norma nella maggior parte degli elementi). Il risultato è un pezzo di metallo che conosci come un magnete.
Il campo magnetico terrestre
La Terra è divisa in emisfero settentrionale e un emisfero australe, o metà "superiore" e "inferiore". I punti più lontani del globo da una linea tracciata attorno alla parte più ampia della Terra nella direzione della sua rotazione, chiamata equatore, sono noti come poli. L'asse di rotazione terrestre attraversa e definisce il Polo Nord e il Polo Sud. Il primo si trova sul ghiaccio, mentre il secondo si trova su una grande massa continentale (Antartide).
Hai già imparato che le linee del campo magnetico vengono tracciate dal nord magnetico al sud magnetico. Tuttavia, quando vedi un diagramma del campo magnetico terrestre, vedi delle linee, la maggior parte delle quali molto al di sopra della superficie, originario al Sud Polo e fine al Nord Polo. Questo perché il Polo Nord, per puro caso, costituisce un sud magnetico polo, e corrispondentemente per il Polo Sud. Non si intendeva confusione con questo; la geografia non si è allineata con la fisica a causa del collocamento casuale di un grande giacimento di minerale di ferro in Canada (ne parleremo presto).
Quindi la ragione per cui un ago della bussola punta nella direzione che gli umani hanno etichettato come "nord magnetico" è che l'ago è costretto ad orientarsi nella stessa direzione del campo magnetico terrestre, a causa di uno spostamento degli elettroni negli atomi del materiale dell'ago in risposta alla campo. Pensa alla freccia sulla punta dell'ago di una bussola come analoga alla freccia sulla punta delle linee del campo magnetico: puntano nella stessa direzione.
Nord magnetico contro nord reale
L'ago della tua bussola magnetica non punta al vero Polo Nord, ma in un punto che è attualmente a circa 500 chilometri (circa 310 miglia) dal Polo Nord, sull'isola di Ellesmere nel nord Canada. Ciò è dovuto alla presenza di un grande deposito di minerale di ferro, che funge da sorta di "pozzo magnetico" e "risucchia" un'estremità dell'ago verso il deposito di minerale.
Si noti che sarebbe ugualmente corretto dire che l'altra estremità dell'ago "punta" a sud, mentre l'altra estremità è semplicemente ruotata di conseguenza; si tratta in realtà di marinai che secoli fa avevano originariamente scelto il nord come punto di partenza fondamentale per la navigazione, a causa della loro posizione nell'emisfero settentrionale.
Poiché la navigazione su grandi distanze è stata così critica per così tanto tempo, i fattori di correzione per il vero rispetto al magnetico nord sono stati disponibili per vari punti sulla Terra da molto prima che l'informatizzazione rendesse questo più banale compito.
Storia della bussola magnetica
Si ritiene che i cinesi abbiano compreso le proprietà della calamita già 2000 anni fa. Questo raro minerale è chiamato oggi un magnete naturale. Quando si presenta in una forma lunga e oblunga come un ago sovradimensionato, si orienterà nel campo magnetico terrestre quando sospeso dall'alto. I cinesi lo notarono, ma furono ostacolati dal motivo per cui si verificava.
Nell'XI o XII secolo d.C., i cinesi usavano bussole magnetiche per la navigazione. Furono seguiti in breve tempo (su scala storica) da esploratori europei e non. Inizialmente, questi pionieri non riuscivano a capire due cose importanti: Il punto di riferimento che chiamavano "nord" grazie alle loro bussole non era infatti fissata durante i lunghi viaggi, e differiva di diverse quantità in differenti posti.
Questa realizzazione ha portato allo sviluppo di un database de facto di fattori di correzione per il mondo intero. Fino all'era dei satelliti, anche le unità militari più d'élite si affidavano a quella che ora sembra una navigazione terrestre bizzarramente arcaica utilizzando le bussole magnetiche più tecnologicamente avanzate.
Come fare una bussola magnetica
Tutto ciò di cui hai bisogno per creare la tua bussola magnetica è una ciotola di acqua, un pezzo di sughero, un ordinario ago da cucito, a magnete da frigorifero e un esistente bussola.
Per prima cosa, strofina rapidamente l'ago da cucito 50 volte lungo un normale magnete da frigorifero. Importante: fallo in una sola direzione; in altre parole, non avanti e indietro.
Quindi, metti il tappo nella ciotola dell'acqua e posiziona delicatamente l'ago sopra il tappo. Metti la bussola vicino a questo assieme, in modo da poter vedere dove si trova il nord. Presto, se sei riuscito a magnetizzare l'ago, l'ago si orienterà nella stessa direzione dell'ago della bussola.