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La bussola magnetica ieri e oggi
Elisabetta ZamboniSezione magnetismo navale
Istituto Idrografico della Marina
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ARGOMENTI:
• Storia della bussola magnetica
• Il Campo magnetico terrestre
• Necessità della compensazione
La bussola magnetica ieri e oggi
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La Bussola è lo strumento che utilizza la proprietà di
un ago magnetico di allinearsi al Campo magnetico in
cui si trova.
Se è presente solo il Campo magnetico terrestre rend e
evidente la direzione del Nord magnetico.
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Le bussole di ieri…
…e di oggi
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Storia della Bussola Magnetica
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Carro del sole cinese e
giapponese
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Pietra magnetica in forma di cucchiaio
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Nel mondo antico
Talete di Mileto˜ 600 a.C.
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Prime descrizioni
Verso il 1100 nel Poema dello storico Normanno Guglielmo Appulus
Nel 1190 nel “Summa de Utensilibus” di Alexander Neckam
Nel poema “La Bible” Guyot De Provence lamenta che il Papa non sia per i Cristiani quel che la Stella Polare è per l’ago calamitato
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Nell’ Epistola De magnete - 1269Pietro Pellegrino di Maricourt descrive in dettaglio una bussola
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citato in:“Italia illustrata” di Flavio biondo (Forlì) del 1450 “Descrizione del regno di Napoli” di Scipione Manzella del 1586
prima dedit nautis usum magnetis Amalphis
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Inventore della bussola è per tradizione l’amalfitanoFlavio Gioia
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Marco Polo
Non riferisce l’uso della bussola da parte dei cinesiforse perché per lui ormai è abituale
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L’ago della bussola nella tradizione cinese indica il Sud
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SOSPENSIONE CARDANICA
verso il 1550 venne applicato alla bussola il metodo di sospensione a doppio movimento inventato dallo studioso pavese Girolamo Cardano
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Rose di bussole del XVI secolo
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Rosa di bussola XVI secolo
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Rosa XVIII sec
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Rosa di bussola fine XVIII sec.
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Bussola nautica cinese del XVIII secoloOrmai simile agli strumenti contemporanei occidentaliLa punta a freccia dell’ago magnetizzato indica il SUD
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Bussola per rilievi - XVII sec Strumento completo di diottra con traguardi Riporta sul cerchio i nomi dei venti
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Bussola per rilievi XVI – XVII sec.
Munita di diottre per misurare distanze e altezze
e di gnomone per funzionare come orologio solare
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Orologi solari tascabili - fine ‘700
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Bussola inizio sec XIXDi dimensioni ridotte probabilmente adatta per rilievi topografici
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Bussola Thomson del 1870Peso equipaggio magnetico circa 20g
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Bussola a liquido del 1880L’ago è inserito in una barretta di legno che fa da galleggianteSospensione cardanica su cassetta di legnoMunita di cerchio azimutale
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Bussola a liquido Magnaghi
Peso equipaggio magnetico in aria circa 260 g
Peso sulla punta con liquido circa 10 g
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Bussola inglese inizio XX sec
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Bussola attuale
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Il contributo dell’IIM alla storia della bussola documentato al Museo del Mare
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IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE
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Il Campo Magnetico Terrestre
Oggi è noto che:in prima grossolana approssimazione la Terra si comporta come un dipolo magnetico
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Dante Alighieri nel XII canto del Paradiso dice:Del cor de l’una delle luci noveSi mosse veloce, che l’ago alla stella Parer me fece volgermi al suo dove
Guido Guinizzelli (XIII secolo)in quelle parti sotto tramontanasono li monti de la calamita, che dan vertute a l’airedi trar lo ferro: ma perché lontana,vole di simil petra aver aitaper farlo adoperare,sì che l’ago si drizzi ver la stella
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Fino al Medioevo si pensava che ad attrarre l’ago magnetizzato fosse la Stella Polare
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La prima osservazione documentata dell’esistenza della declinazione è di Cristoforo Colombo nel 1492
Partito da Palos il 3 agosto
Dalle Canarie il 6 settembreIl 9 settembre nota “la bussola grecheggia di una quarta”Il 17 settembre nota “la bussola maestraleggia di una quarta”Tra 10 ed 11 settembre aveva attraversato la linea agona.
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Dalla metà del ‘500 si fa strada l’ipotesi che la forza che orienta la bussola sia di origine terrestre
Robert Normann pubblica nel 1581 The new attractive
trattato divulgativo sul geomagnetismo in cui si riportano risultati sperimentali relativi in particolare alle misure di inclinazione e declinazione
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Willialm Gilbert (1540 – 1603) medico personale di Elisabetta I ed astronomo inglese nel 1600 pubblica il trattato
De Magnete
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Nel testo le ipotesi formulate per spiegare il magnetismo terrestre sono dimostrate anche con la descrizione di un “modello” del globo terrestre realizzato in magnetite.
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In Italia Benedetto Castelli,discepolo di Galileo Galileipubblica il
Discorso inedito sopra la calamita
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La variazione del valore della declinazione nel tempo fu osservata dalla fine del XVI sec in poi
1580 – 81 William Borough
1622 Edmund Gunter
1634 Henry Gellibrand
1722 - 24 George Graham
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Edmund Halley (1656-1742), astronomo a Greenwicheffettuò misure di declinazione in mare e tracciò la prima carta delle isogone o linee Halleiane
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James Cook durante i viaggi di esplorazione intorno all’Australia effettuò anche misure dei declinazione
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Nel 1804 i fisici francesi Biot e Gay-Lussac in una salita in pallone misurarono anche grandezze magnetiche
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Lo studioso Alexandre VonHumboldt (1769 -1859)durante il viaggio di esplorazione in Sud America raccolse molti dati sulla declinazione e la sua variazione
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Carl Friedric Gauss (1777 -1855) ideò nel 1837 un metodo di misura diretta della forza totale e delle sue componenti
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Nel 1829 James Ross raggiunge il polo magnetico Nord
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Nel 1839 Jules Dumont D’Urville raggiunge il polo magnetico SUD
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Posizione dei poli magnetici
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Campagna italiana di rilievi in Himalaia nel 1913 / 14Stazioni per rilievi geomagnetici
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Nave idrografica Città di Milano utilizzata per la campagna di rilievi in Artico, negli anni 1920-30.Il Comandante Modena vi sperimentò i correttori di ferro dolce che da lui presero nome.
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Rilievi in Mar Rosso
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Osservatorio geomagnetico al Forte Castellaccioattivo tra il 1932 al 1972
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Sala strumenti magnetici all’osservatorio Castellaccio
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Gli strumenti dell’osservatorio geomagnetico
dell’Istituto Idrografico della Marina
oggi al Museo del mare
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Necessità della compensazione
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La bussola magnetica in assenza di campi perturbatori
si allinea al Nord magnetico
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N vN m
Declinazione E – positiva Declinazione W - negativa
N m
N v
PvPm = Pv - d
dd
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Carta delle isogone
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Indicazione della declinazione su carta nautica
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A bordo di una nave in ferro la bussola si allinea alla
risultante dei c.m. presenti:il campo magnetico terrestre ed i campi propri della nave
tale direzione è il
Nord bussola
C’è deviazione se Nm e Nb non coincidono
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1666 - prima osservazione dell’esistenza della deviazione a Dieppe1768 – William Wales durante i viaggi con Cook osservò che la variazione cambia al cambiare della prora1790 – si notò che masse ferrose a bordo in diverse posizioni causano differenti deviazioni
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1801 – 1805 Mathew Flinders osservò le differenze di deviazione al cambiare di latitudine e realizzò un correttore adeguato la Sbarra di Flinders
1812 – si definì la posizione per la bussola
normale
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Nel 1838 – Simeon Poisson formulò la trattazione teorica del magnetismo navalee definì le formule che legano la deviazione alle forze dovute ai campi di bordo
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Nel 1840 – l’astronomo di corte Airy fornì il primo trattato di norme pratiche di compensazione da allora applicate sulle navi
nel1875 – Archibald Smith pubblicò le formule per dedurre il valore delle forze perturbatrici dall’ampiezza delle deviazioni
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Dal 1875 l’Ammiraglio Magnaghi compìstudi sul magnetismo navale che portarono alla realizzazione della
bussola a liquido ed alla realizzazione di correttori quali i
“cilindri del Modena”
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La deviazione cambia al variare della prora
Formule di correzionePv = (Pb + d + dev) Rilv = (Rlb + d + dev)
Formule di conversione
(Pv - d - dev) = Pb
(Rilv - d - dev) = Rlb
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Compensare la bussola vuol dire disporre nelle immediate vicinanze dello strumento elementi ferromagnetici capaci di creare campi opposti rispetto a quelli propri della nave
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Per compensare la presenza dei campi perturbatori occorre misurare la deviazione
Conoscere con precisione l’orientamento della navee calcolare la deviazione
e ridurla al minimo disponendo appropriati correttori
bm PP −=°δ
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A bordo di una nave sono presenti:
ferri duri e ferri dolci
che determinano rispettivamente
campi permanenti e campi temporanei o indotti
e si compensano rispettivamente con
magneti e correttori diferro dolce
di ciascun tipo di campo perturbatore si analizza l’effetto di deviazione e lo si compensa uno alla volta
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I campi permanenti sono fissi sulla nave comunque orientata
Si compensano con magneti
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Si considera il campo permanente costituito da 3 componenti e si compensa ciascuna componente quando la nave è nella
posizione in cui tale componente dà deviazione massima
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Per calibrare l’inserimento dei magneti di compensazione verticali è necessario utilizzare la
Bilancetta di inclinazione
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le componenti orizzontali del campo permanente causano deviazione massima:
con prora per E o W per la componente longitudinale
con prora per N o s per la componente trasversale
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Dispositivo porta magneti in chiesuola per bussola normale
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Anche sugli aerei si fa la compensazione della bussola magneticaprima di ogni volo
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I campi causati dalla presenza di ferri dolci cambiano intensità e polarizzazione in funzione dell’orientamento della nave rispetto al Campo magnetico terrestreSi compensano inserendo opportune strutture di ferro dolce, a distanza appropriata, per bilanciarne gli effetti
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Chiesuola completa di compensatori di ferro dolce
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Sfere di Thomson
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Bussola “a cielo” completa di tutti gli elementi per la compensazione
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Completata la compensazione è necessario misurare ad intervalli regolari di angolo di prora la
“deviazione residua”e compilare la relativa
“tabella delle deviazioni residue”
per poter conoscere il vero orientamento della navedalla lettura della bussola
Formule di correzione
Pv = (Pb + d + dev) Rilv = (Rlb + d + dev)
Formule di conversione
(Pv - d - dev) = Pb(Rilv - d - dev) = Rlb
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La bussola magnetica è uno strumento antico e semplicissimo, ancora prezioso se strumenti più
moderni e precisi smettono di funzionare.
unica accortezza … deve essere ben compensata perché indichi correttamente il Nord magnetico
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visto che il suo “motore” – il campo magnetico terrestre –
non va in avaria e non può esser spento accidentalmentel’augurio è di
non perdere la bussola
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
Sezione magnetismo navale – Istituto Idrografico della Marina
Passo Osservatorio 4 – Genova
010 24 43 205
E-mail: [email protected]
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