La bussola

introduzione

La bussola è uno strumento costituito da un ago magnetizzato libero di ruotare in un piano orizzontale. Per effetto del campo magnetico terrestre, quest'ago si dispone lungo la linea del campo magnetico terrestre passante per il luogo. L'ago della bussola permette quindi di riconoscere la direzione del nord e del sud.

bussola goniometrica

I poli geografici del nostro pianeta però, cioè i punti in cui l'asse di rotazione della Terra incontra la superficie terrestre, non coincidono con i poli magnetici, che sono i punti in cui l'asse del campo magnetico della Terra incontra la superficie terrestre.
In effetti, la direzione indicata dall'ago della bussola non coincide esattamente con la direzione del meridiano geografico del luogo, ma forma con essa un angolo (la declinazione magnetica) che varia a seconda della località in cui ci si trova e nel tempo. Quindi, per ottenere un orientamento preciso con la bussola, è necessario conoscere il valore di quest'angolo.

declinazione magnetica

In tutti i tipi di bussola, per eseguire dei rilevamenti, vi è indicata sempre la direzione in cui si deve guardare per compiere l'osservazione. Il lato diritto della bussola, che serve per misurare o riportare distanze sulla carta, è graduato in millimetri. La Terra possiede un campo magnetico la cui origine non è stata ancora scientificamente scoperta. Se al centro della Terra fosse posta una barra magnetica il cui asse formasse un angolo di 11 gradi con l'asse di rotazione terrestre, si otterrebbe un campo magnetico la cui struttura sarebbe simile a quella che effettivamente si espande nello spazio intorno al pianeta.
La sua rappresentazione mostra le linee di forza che entrano ed escono dai poli magnetici, la cui intensità diminuisce con la distanza dalla terra. I poli magnetici reali non coincidono con i poli geografici e peraltro non sono fissi. Il polo magnetico effettivo dell'emisfero settentrionale si trova nell'arcipelago artico canadese e, a metà degli anni ottanta, era a circa 75 gradi di latitudine nord e 100 gradi di longitudine ovest. Quello dell'emisfero meridionale è situato nella Terra Vittoria a 68 gradi di latitudine S e 156 gradi di longitudine E.
Un ago magnetizzato, immerso in un punto qualsiasi del campo magnetico e libero di ruotare, sotto l'influenza di questa forza si allinea con l'andamento della linea di forza su cui si trova. La forza che orienta l'ago nello spazio ha una componente orizzontale ed una componente verticale.
La componente orizzontale allinea l'ago secondo la direzione N-S, con approssimazione diversa da zona a zona, principalmente per la non coincidenza tra i poli magnetici e geografici.



La differenza di direzione della linea di campo rispetto alla direzione del meridiano è chiamata declinazione magnetica.
Questa componente è massima all'equatore e vale zero già nell'intorno del polo magnetico. L'origine del campo magnetico terrestre è per il 96% di origine interna, il resto è dovuto al contributo delle "anomalie magnetiche". Queste causano un andamento dei paralleli e dei meridiani magnetici così irregolare che risultano linee piuttosto contorte.
Anche il sole partecipa a causare anomalie e provoca variazioni sia regolari e periodiche sia irregolari. Pure il campo interno è soggetto a variazioni che sono regolari con ciclo secolare.

• se il polo magnetico si trova più a est del polo geografico, si ha la "declinazione orientale" a cui si associa il segno aritmetico +;
• se il polo magnetico si trova ad ovest si ha "la declinazione occidentale" a cui si associa il segno aritmetico - .

declinazione magnetica

Vi sono ovviamente punti in cui si ha declinazione nulla, dove cioè la direzione del nord magnetico coincide con quella del nord geografico. La componente verticale inclina l'ago magnetico rispetto al piano orizzontale verso il basso nell'emisfero settentrionale e verso l'alto in quello meridionale; è variabile con la latitudine e vale zero all'equatore ed è massima ai poli magnetici ed è detta inclinazione magnetica.
Con ampia approssimazione si può considerare che l'angolo di deviazione imputabile all'inclinazione magnetica è uguale alla latitudine del punto di osservazione. La bussola, in sostanza, è costituita da un ago calamitato che, in virtù della componente orizzontale, orienta un estremo (in genere dipinto di rosso) verso il polo magnetico Nord.
In Italia, la declinazione magnetica assume valori piuttosto bassi e, per piccole distanze, uno o due chilometri, l'errore che si commette trascurandola è generalmente accettabile (qualche decina di metri).
Per distanze maggiori, o se devi effettuare una misurazione molto precisa, devi tenere conto della declinazione magnetica. Il valore della declinazione magnetica è riportato sul margine destro delle carte topografiche dell'I.G.M., insieme alla data in cui è stata rilevata. Calcola quanti anni sono trascorsi da quella data fino ad oggi, moltiplica gli anni per 7' (la declinazione magnetica diminuisce ogni anno di 7'), il risultato della moltiplicazione è il valore ad oggi della declinazione magnetica della tua carta. Per avere l'orientamento corretto devi sottrarre a 360° la declinazione magnetica: questa sarà la direzione del Nord.


Anticamente, le bussole recavano, sul fondo, un'immagine della rosa dei venti, nel centro era fissato un ago libero di ruotare che, poiché calamitato, si disponeva nella direzione del campo magnetico terrestre (nord-sud). Una volta conosciuta la posizione del nord era poi possibile identificare il sud come la direzione opposta, mentre l'est e l'ovest sono rispettivamente alla destra ed alla sinistra dell'osservatore rivolto verso il nord.
Le bussole moderne, specialmente quelle nautiche, sono costituite da corone basculanti su un perno immerse in liquidi a bassa densità (uno dei primi utilizzati è stato l'alcool) e racchiuse in cupole sferiche trasparenti. Sulla parte esterna o superiore della corona sono riportati i gradi bussola (0° = Nord; 90° = Est; 180° = Sud; 270° = Ovest), con le gradazioni intermedie (usualmente si arriva a cinque gradi, gradazioni inferiori renderebbero illeggibile lo strumento). Il dispositivo fornisce in questo modo una lettura affidabile nonostante i movimenti dell'imbarcazione sui tre assi (rollio, beccheggio e imbardata).
L'uso della bussola è fondamentale soprattutto in mare aperto (o in mezzo al deserto) dove non ci sono punti di riferimento e utilizzata con un orologio ed un sestante è possibile avere a disposizione un accuratissimo sistema di navigazione. Questo strumento ha migliorato la navigazione facilitando i commerci marittimi e i viaggi per mare rendendoli più sicuri ed efficienti.
Ogni strumento che utilizza una barretta magnetizzata con una punta che, libera di girare attorno ad un perno centrale, si posiziona nella direzione del nord magnetico può essere definito come bussola.
Alla bussola può essere associata una meridiana che permette di conoscere l'ora solare durante il giorno, semplicemente osservando l'ombra prodotta dalla barra, perpendicolare all'ago, dopo che quest'ultimo si è posizionato verso Nord. Poiché il polo nord magnetico non corrisponde esattamente al polo nord geografico è possibile utilizzare una bussola giroscopica per determinare con certezza tale posizione. L'errore commesso da una bussola è tanto più grande quanto più ci si avvicina ai poli. L'angolo tra il nord magnetico e il nord geografico si chiama declinazione magnetica e cambia a seconda del luogo e dell'anno.
Non è possibile usare ovunque la bussola, in quanto vi sono luoghi in cui sono presenti forti campi magnetici che falsano la corretta rilevazione del nord terrestre.
Un altro problema della bussola, in particolare per le applicazioni aereonautiche, è che l'indicazione subisce degli errori in caso di accelerazione e se la bussola viene inclinata. Quando l'aereo sta volando verso nord, e vira per esempio a destra, a causa dell'inclinazione la bussola dapprima ruoterà nella direzione opposta a quella in cui sta virando l'aereo, e poi inizierà a seguire la virata, e si riallinea con la direzione esatta solo quando l'aereo viene raddrizzato. Se l'aereo procede verso sud invece l'effetto è contrario: la virata sembrerà dapprima più accentuata e poi la bussola tornerà indietro raddrizzando l'aereo. Se invece l'aereo vola prevalentemente verso est o verso ovest, in caso di accelerazione la bussola si sposta verso nord, in caso di decelerazione verso sud.

storia della bussola

L'invenzione della bussola si attribuisce ai cinesi. La documentazione più antica sull'uso del campo magnetico terrestre risale all'antica Cina dove veniva usato come forma di spettacolo: venivano lanciate casualmente delle frecce magnetizzate, come si fa con i dadi, e "magicamente" queste si allineavano verso il nord, impressionando gli spettatori. Curiosamente questo sistema impiegò moltissimo tempo prima di essere impiegato nella navigazione e diventò comune soltanto tra l'undicesimo ed il dodicesimo secolo.
La bussola venne adottata prima in Europa, dove il primo uso di tale strumento nel Mar Mediterraneo è stato attribuito all'italiano Flavio Gioia di Positano presso Amalfi (1303), anche se da studi recenti risulta che tale attribuzione fu un'erronea interpretazione di un manoscritto dell'umanista Flavio Biondo da Forlì, che mette in dubbio persino la sua esistenza. Sembra che i marinai arabi abbiano iniziato ad usarla soltanto nella seconda metà del tredicesimo secolo, imparandone l'uso dagli europei; infatti c'è una leggenda che narra di un inglese di nome Nicholas of Lynne che fu al servizio della marina araba per le sue conoscenze sull'uso di tale strumento.
Prima di conoscere e usare la bussola, la navigazione marina si realizzava principalmente basandosi sulla posizione delle stelle ed in alcuni casi con l'uso dello scandaglio. La prima tecnica non è utilizzabile quando il cielo è coperto, o quando c'è nebbia, mentre la seconda quando il mare è troppo profondo. L'uso della bussola non ha la stessa utilità ovunque. Per esempio gli arabi, a causa della loro posizione geografica favorevole, possono contare generalmente su un cielo limpido nella navigazione nel golfo Persico e nell'Oceano Indiano (infatti la stagione dei monsoni è prevedibile); questo può spiegare questo forte ritardo nell'adozione di tale strumento.
Nel Mar Mediterraneo, invece, anticamente, nel periodo di navigazione venivano esclusi i mesi tra ottobre ed aprile a causa di mancanza di cielo sereno durante il periodo invernale. Nel tredicesimo secolo, con l'adozione di metodi di navigazione migliori, tra cui l'utilizzo della bussola, la stagione di navigazione iniziò tra la fine di gennaio e febbraio fino a dicembre. L'aumento della frequenza di navigazione diede una importante impulso all'economia permettendo alle navi mercantili veneziane di raddoppiare il numero dei viaggi verso l'est del Mediterraneo.
Nello stesso periodo aumentò anche il traffico tra il Mar Mediterraneo e il nord d'Europa; uno dei fattori, potrebbe essere stato l'uso della bussola, che rese l'attraversamento del golfo di Biscaglia più sicuro e facile.

costruzione di una semplice bussola

Per costruire la nostra bussola sono sufficienti alcuni oggetti di uso comune: un ago da materassaio, un tappo per botti, una calamita e un contenitore pieno d'acqua. Il tappo serve unicamente a far galleggiare l'ago sull'acqua, quindi sarà sufficiente un disco dello spessore di circa un centimetro.
La prima cosa da fare è strofinare l'ago sulla calamita: in questo modo otterremo un ago magnetizzato. Si procederà quindi appoggiandolo sul disco di sughero o, eventualmente, fissandolo con un goccio di colla.
Appena posto il disco sull'acqua, si potrà osservare l'ago ruotare e disporsi lungo una particolare direzione. Tornerà in questa posizione anche se si cercherà di modificarla spostandolo con la mano.
Per l'esecuzione dell'esperimento, al posto dell'ago da materassaio, non semplice da reperire, è possibile utilizzare un ago da cucito e, invece del tappo, una piccola foglia o un pezzetto di carta. Bisogna inoltre stare attenti a porsi in un luogo lontano da magneti od oggetti di ferro magnetizzabili, che "attirerebbero" l'ago magnetico e quindi falserebbero la misura della direzione del nord magnetico. Ecco costruita una bussola...

bussole moderne

Le bussole moderne sono costituite da un'asta magnetica all'interno di una capsula riempita di un fluido; il fluido permette all'asta di fermarsi velocemente senza oscillare in direzione del polo nord magnetico. Altre caratteristiche comuni, delle bussole che si tengono in mano, sono la presenza di:
una piastra sottostante con una riga graduata per permettere la misurazione delle distanze sulle mappe;
un piccolo metro avvolto all'interno di un'incastonatura ruotante che permette di effettuare misurazioni;
uno specchio di puntamento che permette all'utente di vedere contemporaneamente l'ago della bussola ed un oggetto distante.
Molte bussole moderne contengono anche un aggiustamento per la declinazione magnetica: la differenza tra il polo nord reale e quello magnetico.
Le bussole dei marinai possono avere due o più aste magnetiche fissate in modo permanente sullo sfondo della bussola ove è disegnata una rosa dei venti con ventidue punte. La bussola contiene un giunto cardanico che permette la conservazione, in ogni situazione, della posizione orizzontale delle aste.

cos'è l'azimut ?

Quando si parla di azimut, molti pensano che questa parola significhi “direzione”, ma questo è inesatto perché l’azimut non è una direzione ma un angolo. L’azimut di un certo oggetto (ad esempio una casa) rispetto alla tua posizione, è l’angolo formato dalla direzione del Nord e dalla direzione nella quale tu vedi la casa. In altre parole, l’azimut della casa è l’angolo formato fra la linea della direzione Nord e la linea che va dalla tua posizione alla casa.


L’azimut si misura in gradi (in senso orario): azimut 0° vuol dire che l’oggetto si trova esattamente a Nord rispetto a te, azimut 90° che si trova ad Est, azimut 180° che si trova a Sud e così via.

misurazione di un azimut


Porta la bussola all’altezza degli occhi e, con l’aiuto del mirino, punta l’oggetto del quale vuoi misurare l’azimut. Fatto ciò, ruota il cerchio graduato fino a far coincidere lo zero (0°) o la “N” con il Nord dell’ago della bussola. A questo punto leggi il valore dei gradi (azimut) sul cerchio graduato in corrispondenza del mirino. Per eseguire questa operazione senza perdere il puntamento dell’oggetto, devi servirti dello specchio, mettendolo in modo da vedere il cerchio graduato mentre traguardi nel mirino e ruoti il cerchio graduato.

azimut sulla carta topografica


Per misurare l’azimut sulla carta topografica occorre il goniometro. Se vuoi misurare l’azimut di un oggetto da un certo punto, prendi una matita sottile e traccia una linea leggera fra il punto e l’oggetto del quale vuoi misurare l’azimut. Poi, sempre con la matita, traccia la direzione del Nord passante per il punto. Quindi, con un goniometro, misura l’angolo formato dalle due linee: questo angolo è l’azimut cercato. Questa operazione può essere fatta anche con una bussola con il fondo trasparente. Marcia all’azimut Con questo nome si indica un percorso effettuato seguendo una direzione assegnata tramite un azimut. Generalmente il percorso da effettuare non è rettilineo come una direzione di un azimut, quindi si procederà nel modo seguente: dal punto di partenza misura con la bussola l’azimut che devi seguire e cerca lungo questa direzione un oggetto ben visibile, come ad esempio una roccia o un albero isolato. Poi mettiti in cammino e raggiungi questo oggetto. Qui giunto misura di nuovo l’azimut, cercando un nuovo oggetto e così via, fino al punto di arrivo. Se hai un compagno con te e se non ci sono oggetti particolari visibili, manda avanti il tuo amico lungo la direzione dell’azimut. Quando è sufficientemente lontano, aiutalo a mettersi in posizione sulla direzione dell’azimut, facendogli dei segnali con le braccia o con un fischietto. Quando è in posizione, fagli segno di fermarsi e di aspettarti. Raggiungilo e poi mandalo ancora in avanti a un nuovo punto lungo la direzione dell’azimut. E così via, fino al punto di arrivo.

qual è l'azimut di quella cima ?



• traguardo la cima;
• ruoto la ghiera in modo che le linee di fede siano allineate con l’ago magnetico (N);
• leggo l’azimut sulla ghiera in corrispondenza dell’indice sulla cassa.

qual è l'azimut di questo itinerario ?


• appoggio la bussola sulla carta e allineo il lato lungo della cassa con la rotta scelta AB (attenzione alla direzione !);
• ruoto la ghiera così da far coincidere le linee di fede con il reticolo (N-S) della carta;
• leggo l’azimut sulla ghiera in corrispondenza dell’indice sulla cassa (l’ago non serve!).

qual è la direzione da seguire, noto l'azimut ?

• imposto sulla bussola l’azimut noto da seguire ruotando la ghiera;
• ruoto su me stesso finchè l’ago magnetico è allineato con le linee di fede;
• seguo precisamente la direzione indicata dall’indice, traguardando nel mirino.

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