Cum funcționează busolele

Indiferent unde stai pe Pământ, poți ține o busolă în mână și se va îndrepta spre Polul Nord. Ce lucru incredibil de îngrijit și de uimitor! Imaginați-vă că vă aflați în mijlocul oceanului și căutați în jurul vostru în toate direcțiile și tot ce puteți vedea este apă și este înnegrit, astfel încât să nu puteți vedea soarele ... Cum în lume ar ști ce cale să du-te dacă nu ai avut o busolă care să-ți spună ce cale este „sus”? Cu mult înainte de sateliții GPS și alte ajutoare de navigare de înaltă tehnologie, busola a oferit oamenilor un mod ușor și ieftin de a se orienta.

Dar ce face ca o busolă să funcționeze așa cum o face? Și de ce este utilă detectarea unor câmpuri magnetice mici, așa cum am văzut în modul în care funcționează electromagnetii? În acest articol, vom răspunde la toate aceste întrebări și vom vedea și cum să creăm o busolă de la zero!

Un compas este un dispozitiv extrem de simplu. A Busola magnetică (spre deosebire de o busolă giroscopică) constă dintr-un magnet mic, ușor, echilibrat pe un pivot aproape fără fricțiune. Magnetul se numește în general a ac. Un capăt al acului este adesea marcat „N” pentru nord sau colorat într-un fel pentru a indica faptul că acesta indică spre nord. La suprafață, asta e tot ce este la o busolă.

1. Câmpul magnetic al Pământului
2. Crearea propriului busolă de casă
3. Busola giroscopică

Motivul pentru care funcționează o busolă este mai interesant. Se dovedește că poți gândi Pământul ca având un magnet de bar gigant îngropat în interior. Pentru ca capătul nordic al busolei să indice spre polul Nord, trebuie să presupui că magnetul de bare îngropat are capătul sud la Polul Nord, așa cum se arată în diagrama din dreapta. Dacă vă gândiți la lume în acest fel, atunci puteți vedea că normele "contrarii" atrag "magneții normale ar determina capătul nord al acului busolei să se îndrepte spre capătul de sud al magnetului de bară îngropat. Astfel busola indică spre Polul Nord.

Pentru a fi complet exacte, magnetul de bare nu rulează exact de-a lungul axei de rotație a Pământului. Este înclinat ușor din centru. Această oblic se numește declinaţie, iar cele mai bune hărți indică care este declinarea în diferite zone (deoarece se schimbă puțin în funcție de locul în care sunteți pe planetă).

Câmpul magnetic al Pământului este destul de slab la suprafață. La urma urmei, planeta Pământ are un diametru de aproape 8.000 de mile, deci câmpul magnetic trebuie să parcurgă un drum lung pentru a vă afecta busola. De aceea, o busolă trebuie să aibă un magnet ușor și a rulment fără frecare. În caz contrar, nu există suficientă putere în câmpul magnetic al Pământului pentru a transforma acul.

Analogia „magnet de bara mare îngropată în miez” funcționează pentru a explica de ce Pământul are un câmp magnetic, dar, evident, nu este ceea ce se întâmplă cu adevărat. Și ce dacă este într-adevăr se întâmplă?

Nimeni nu știe sigur, dar există în prezent o teorie de lucru care face rundele. După cum se vede în cele de mai sus, se crede că miezul Pământului constă în mare parte din fier topit (roșu). Dar, chiar, miezul, presiunea este atât de mare încât acest fier de suprapunere se cristalizează într-un solid. Convecția cauzată de căldura care radiază din miez, împreună cu rotația Pământului determină fier lichid a muta într-o model de rotatie. Se crede că aceste forțe de rotație din stratul de fier lichid duc la forțe magnetice slabe în jurul axei de centrifugare.

Se dovedește că, deoarece câmpul magnetic al Pământului este atât de slab, busola nu este altceva decât un detector pentru câmpuri magnetice foarte ușoare create de orice. De aceea, putem folosi o busolă pentru a detecta câmpul magnetic mic produs de un fir care poartă un curent (vezi cum funcționează electromagnetii).

Acum să ne uităm la modul în care vă puteți crea propria busolă.

Dacă nu ai o busolă, poți să-ți creezi propria persoană în același mod în care oamenii o făceau cu sute de ani în urmă. Pentru a vă crea propria busolă, veți avea nevoie de următoarele materiale:

• Un ac sau o altă bucată de oțel asemănătoare cu sârmă (o clemă îndreptată, de exemplu)
• Ceva mic, care plutește, cum ar fi o bucată de plută, fundul unei cani de cafea Styrofoam, o bucată de plastic sau capacul dintr-un ulcior de lapte
• O farfurie, de preferință o plăcuță de plăcintă, cu diametrul de 23 până la 30 cm (23-30 cm), cu aproximativ 2,5 cm de apă în ea

Primul pas este să transforma acul într-un magnet. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este cu un alt magnet - trageți magnetul de-a lungul acului de 10 sau 20 de ori, așa cum se arată mai jos.

Dacă aveți probleme pentru a găsi un magnet în jurul casei, două surse posibile includ un deschizător de cutie și un electromagnet pe care îl faceți singur (consultați Cum funcționează electromagnetii).

Plasați plutitorul în mijlocul vasului dvs. de apă, așa cum se arată mai jos.

Tehnica „float on water” este o modalitate ușoară de a crea un rulment aproape fără frecare. Centrează-ți acul magnetic pe plutitor. Se va orienta foarte lent spre nord. Ai creat o busolă!

O busolă magnetică precum cea creată în pagina precedentă are mai multe probleme atunci când este folosită pe platforme în mișcare precum nave și avioane. Trebuie să fie la nivel și tinde să se corecteze destul de lent atunci când platforma se transformă. Din cauza acestei tendințe, majoritatea navelor și avioanelor folosesc în schimb busole giroscopice.

Un giroscop învârtit, dacă este sprijinit într-un cadru gimbalat și învârtit, va menține direcția spre care este îndreptat către chiar dacă cadrul se mișcă sau se rotește. Într-un giroscop, această tendință este utilizată pentru a emula o busolă magnetică. La începutul călătoriei, axa giroscopului este îndreptată spre nord, folosind ca referință o busolă magnetică. Un motor în interiorul giroscopului menține giroscopul învârtindu-se, astfel încât giroscopul va continua să indice spre nord și se va regla rapid și precis chiar dacă barca se află în mări brute sau dacă avionul lovește turbulențe. Periodic, giroscopul este verificat cu busola magnetică pentru a corecta orice eroare pe care ar putea-o ridica.

Pentru mai multe informații despre busole, navigație și subiecte conexe, consultați linkurile de pe pagina următoare.

Articole similare

• De ce se mișcă Polul Nord?
• Cum să găsești adevăratul nord
• Ghid de busolă
• Cum funcționează electromagnetii
• Cum funcționează giroscopii
• Cum funcționează receptorii GPS
• Cum funcționează Magna Doodle
• Cum va funcționa propulsia electromagnetică  

Mai multe legături grozave

• Cum se folosește o busolă
• Înțelegerea și utilizarea unei busole
• Noțiuni de bază despre învățarea cursului și elementele de bază ale hărții
• Originea magnetismului Pământului
• Laboratorul de magnetism al Pământului