Bussola. Consiste in una lancetta magnetizzata libera di allinearsi con precisione al campo magnetico terrestre, il che è di grande aiuto nella navigazione. I punti cardinali sono nord, sud, est e ovest. Una bussola può essere usata insieme a un cronometro e a un sestante per fornire una capacità di navigazione molto accurata. Questo dispositivo migliorò notevolmente il commercio marittimo rendendo il viaggio più sicuro e più efficiente. Una prima forma di bussola fu inventata in Cina nel 271 d.C. ed è una delle quattro grandi invenzioni della Cina antica. La familiare bussola da marinaio fu inventata in Europa intorno al 1300.
Più tecnicamente, una bussola è un dispositivo magnetico che utilizza un ago per indicare la direzione del nord magnetico della magnetosfera di un pianeta. Qualsiasi strumento con una barra magnetizzata o un ago che gira liberamente su un perno e punta in direzione nord e sud può essere considerato una bussola. Una bussola a quadrante è una piccola bussola tascabile con una meridiana. Una bussola di variazione, uno strumento specifico con una costruzione delicata, si usa osservando le variazioni dell’ago. Anche una girobussola o un’astrobussola possono essere usate per accertare il vero nord.
Una bussola adatta all’orienteering notturno.
Una bussola semplice tipica per un piccolo yacht.
Storia della bussola da navigazione
Preistoria
Prima dell’introduzione della bussola, le direzioni in mare erano determinate principalmente dalla posizione dei corpi celesti. La navigazione era completata in alcuni luoghi dall’uso di scandagli. Le difficoltà sorgevano quando il mare era troppo profondo per gli scandagli e le condizioni erano continuamente nuvolose o nebbiose. Così la bussola non aveva la stessa utilità ovunque. Per esempio, gli arabi potevano generalmente contare su cieli limpidi per navigare nel Golfo Persico e nell’Oceano Indiano (così come sulla natura prevedibile dei monsoni). Questo può spiegare in parte la loro adozione relativamente tardiva della bussola. I marinai del Baltico, relativamente poco profondo, facevano ampio uso di scandagli.
Sviluppi in cinese
A causa del luogo della sua prima apparizione, la maggior parte degli studiosi accredita attualmente l’invenzione della bussola alla Cina. Poiché c’è stata spesso confusione su quando una bussola è stata introdotta per la prima volta, può essere opportuno elencare gli eventi importanti che hanno portato alla sua invenzione in ordine cronologico:
- Il più antico riferimento letterario cinese al magnetismo si trova in un libro del quarto secolo a.C. chiamato Libro del Maestro della Valle del Diavolo (鬼谷子): “La calamita fa venire il ferro o lo attira”.
- La prima menzione dell’attrazione magnetica di un ago si trova in un’opera cinese composta tra il 20 e il 100 d.C. (Louen-heng): “Una calamita attrae un ago”.
- Il più antico riferimento ad un dispositivo magnetico come cercatore di direzione è registrato in un libro della dinastia Song datato 1040-1044. Qui troviamo una descrizione di un “pesce puntatore del sud” di ferro che galleggia in una ciotola d’acqua, allineandosi verso il sud. Il dispositivo è raccomandato come mezzo di orientamento “nell’oscurità della notte”. Non vi è, tuttavia, alcuna menzione di un uso per la navigazione, né come il pesce è stato magnetizzato.
- Il primo riferimento incontestabile ad un ago magnetizzato nella letteratura cinese appare nel 1086. Il Saggio sulla piscina dei sogni scritto dallo studioso della dinastia Song, Shen Kua, conteneva una descrizione dettagliata di come i geomanti magnetizzavano un ago strofinando la sua punta con una pietra lodigiana, e appendevano l’ago magnetico con un singolo filo di seta con un po’ di cera attaccato al centro dell’ago. Shen Kua ha sottolineato che un ago preparato in questo modo a volte puntava verso sud, a volte verso nord.
- Il primo uso effettivo registrato di un ago magnetizzato per scopi di navigazione si trova nel libro di Zhu Yu Pingzhou Table Talks (Pingzhou Ke Tan) del 1117 d.C.: “Il navigatore conosce la geografia, guarda le stelle di notte, guarda il sole di giorno; quando è buio e nuvoloso, guarda la bussola.”
- Un manuale di bussola per piloti intitolato Shun Feng Xiang Song (Fair Winds for Escort) nella Bodleian Library di Oxford contiene grandi dettagli sull’uso della bussola nella navigazione.
- “Le registrazioni più antiche mostrano una bussola a forma di cucchiaio fatta di lodestone o di magnetite, denominata “South-pointer” che risale a qualche tempo durante la dinastia Han (dal II secolo a.C. al II secolo d.C.). Lo strumento a forma di cucchiaio era posto su una piastra di bronzo fuso chiamata “heaven-plate” o tavola del rabdomante che aveva gli otto trigrammi (Pa Gua) dell’I Ching, così come le 24 direzioni (basate sulle costellazioni), e i 28 palazzi lunari (basati sulle costellazioni che dividono l’Equatore). Spesso, il Grande Carro (Orsa Maggiore) era disegnato all’interno del disco centrale. Il quadrato simboleggiava la terra e il disco circolare il cielo. Su questi erano iscritti i punti azimutali relativi alle costellazioni. Il suo uso primario era quello della geomanzia (prognosi) per determinare il luogo e il momento migliore per cose come le sepolture. In una cultura che dava estrema importanza al rispetto per gli antenati, questo rimase uno strumento importante fino al XIX secolo. Anche nei tempi moderni c’è chi usa questo concetto di divinazione del Feng Shui (letteralmente, del vento e dell’acqua) per localizzare edifici o tempi e luoghi fortuiti per quasi ogni impresa. C’è una storia secondo la quale il primo imperatore Chin usò la tavola da rabdomante e la bussola a corte per affermare il suo diritto al trono. Principalmente, la bussola è stata usata per la geomanzia per molto tempo prima di essere usata per la navigazione”.
Questione della diffusione
Bussola da marinaio per la navigazione. Diverse teorie includono:
- viaggio della bussola dalla Cina al Medio Oriente attraverso la Via della Seta, e poi in Europa
- trasferimento diretto della bussola dalla Cina all’Europa, e poi più tardi dall’Europa al Medio Oriente
- creazione indipendente della bussola in Europa e poi il suo trasferimento in Medio Oriente.
Queste ultime due sono supportate dalla prova della precedente menzione della bussola in opere europee piuttosto che arabe. La prima menzione europea di un ago magnetizzato e il suo uso tra i marinai si verifica nel De naturis rerum (Sulla natura delle cose) di Alexander Neckam, probabilmente scritto a Parigi nel 1190. Altre prove di questo includono la parola araba per “Bussola” (al-konbas), probabilmente una derivazione della vecchia parola italiana per bussola.
Nel mondo arabo, il primo riferimento viene in Il libro del tesoro dei mercanti, scritto da un certo Baylak al-Kibjaki al Cairo circa 1282. Poiché l’autore descrive di aver assistito all’uso di una bussola durante un viaggio in nave circa quarant’anni prima, alcuni studiosi sono inclini a datare di conseguenza la sua prima apparizione. C’è anche un riferimento musulmano non mediterraneo leggermente precedente a una bussola di ferro simile a un pesce in un libro di racconti persiano del 1232.
Questione dell’invenzione europea indipendente
Ago di bussola girevole in una copia del XIV secolo dell'”Epistola de magnete” di Peter Peregrinus (1269).
Ci sono state varie argomentazioni per stabilire se la bussola europea fosse un’invenzione indipendente o meno:
Archivi a sostegno dell’invenzione indipendente:
- L’ago della navigazione in Europa punta invariabilmente verso nord, mentre in Cina sempre verso sud.
- La bussola europea ha mostrato fin dall’inizio sedici divisioni fondamentali, non ventiquattro come in Cina.
- L’apparente fallimento degli arabi nel funzionare come possibili intermediari tra Oriente e Occidente a causa della prima apparizione registrata della bussola in Europa (1190) che nel mondo musulmano (1232, 1242, o 1282).
Archivi contro l’invenzione indipendente:
- La priorità temporale della bussola di navigazione cinese (1117) rispetto a quella europea (1190).
Impatto nel Mediterraneo
Nel Mediterraneo la pratica fin dall’antichità era stata quella di ridurre i viaggi in mare tra ottobre e aprile, in parte a causa della mancanza di un cielo limpido affidabile durante l’inverno mediterraneo (e gran parte del mare è troppo profondo per gli scandagli). Con i miglioramenti nei metodi di calcolo e lo sviluppo di migliori carte nautiche, questo è cambiato durante la seconda metà del XIII secolo. Intorno al 1290 la stagione della navigazione poteva iniziare a fine gennaio o febbraio e finire a dicembre. I pochi mesi in più erano di notevole importanza economica; permettevano ai convogli veneziani, per esempio, di fare due viaggi di andata e ritorno all’anno verso il Mediterraneo orientale, invece di uno solo.
All’incirca quando gli europei impararono a conoscere la bussola, il traffico tra il Mediterraneo e il nord Europa aumentò, e uno dei fattori potrebbe essere che la bussola rese l’attraversamento del Golfo di Biscaglia più sicuro e facile.
Bussola moderna a liquido
Nel 1936 il finlandese Tuomas Vohlonen inventò e brevettò la prima bussola portatile a liquido per uso individuale.
Costruzione di una bussola semplice
Per costruire una bussola è necessaria una barra magnetica. Questa può essere creata allineando un’asta di ferro o di acciaio con il campo magnetico terrestre e poi temprandola o colpendola. Tuttavia, questo metodo produce solo un magnete debole, quindi si preferiscono altri metodi. Questa barra magnetizzata (o ago magnetico) viene poi posta su una superficie a basso attrito per permetterle di ruotare liberamente per allinearsi con il campo magnetico. Viene poi etichettato in modo che l’utente possa distinguere l’estremità che punta a nord da quella che punta a sud; nella convenzione moderna l’estremità nord è tipicamente segnata in qualche modo, spesso dipinta di rosso.
Flavio Gioja (fl. 1302), un pilota di marina italiano, è talvolta accreditato con il perfezionamento della bussola del marinaio, sospendendo il suo ago sopra un disegno di fleur-de-lis, che indicava il nord. Ha anche racchiuso l’ago in una piccola scatola con un coperchio di vetro.
Bussole da navigazione moderne
Bussola lenticolare a liquido.
Le moderne bussole da navigazione portatili usano un ago o un quadrante magnetizzato all’interno di una capsula riempita di liquido (olio, cherosene o alcool è comune); il liquido fa sì che l’ago si fermi rapidamente piuttosto che oscillare avanti e indietro intorno al nord magnetico. La maggior parte delle moderne bussole ricreative e militari integrano un goniometro con la bussola, utilizzando un ago magnetizzato separato. In questo design la capsula rotante che contiene l’ago magnetizzato è dotata di linee di orientamento e di una freccia di orientamento delineata, poi montata in una piastra di base trasparente che contiene un indicatore della direzione di marcia (DOT) da usare per prendere i rilevamenti direttamente da una mappa. Altre caratteristiche che si trovano su alcune moderne bussole portatili sono scale di mappe e rombi per misurare le distanze e tracciare le posizioni sulle mappe, marcature luminose o lunette per l’uso di notte o con poca luce, vari meccanismi di avvistamento (specchio, prisma, ecc.) per prendere l’orientamento di oggetti distanti con una certa precisione.) per prendere i rilevamenti di oggetti lontani con maggiore precisione, aghi “globali” per l’uso in emisferi diversi, declinazione regolabile per ottenere rilevamenti reali istantanei senza ricorrere all’aritmetica, e dispositivi come gli inclinometri per misurare i gradienti.
Le forze militari di alcune nazioni, in particolare l’esercito degli Stati Uniti, continuano ad utilizzare i vecchi modelli di bussole a scheda con quadranti magnetizzati invece di aghi. Una bussola a scheda lensatic permette di leggere il rilevamento dalla scheda della bussola con solo un leggero sguardo verso il basso dalle viste (vedi foto), ma richiede un goniometro separato per l’uso con una mappa. La bussola lensatic ufficiale dell’esercito americano non usa il fluido per smorzare l’oscillazione dell’ago, ma piuttosto l’induzione elettromagnetica. Un design a “pozzo profondo” è usato per permettere alla bussola di essere usata globalmente con poco o nessun effetto sulla precisione causata da un quadrante inclinato della bussola. Dato che le forze di induzione forniscono meno smorzamento rispetto ai modelli a riempimento di fluido, un blocco dell’ago è montato sulla bussola per ridurre l’usura, azionato dall’azione di ripiegamento del mirino posteriore/supporto dell’obiettivo. L’uso delle bussole a induzione riempite d’aria è diminuito nel corso degli anni, in quanto possono diventare non funzionanti o imprecise a temperature gelide o in ambienti umidi.
Altre bussole speciali includono la bussola ottica o prismatica a cuscinetto manuale, spesso utilizzata da geometri, esploratori di grotte o marinai. Questa bussola utilizza una capsula piena d’olio e un quadrante magnetizzato con un mirino ottico o prismatico integrale, spesso dotato di illuminazione fotoluminescente o a batteria. Usando il mirino ottico o prismatico, tali bussole possono essere lette con estrema precisione quando si prende l’orientamento verso un oggetto, spesso con frazioni di grado. La maggior parte di queste bussole sono progettate per un uso pesante, con solidi alloggiamenti in metallo, e molte sono predisposte per il montaggio su treppiede per una maggiore precisione.
Le bussole da marinaio possono avere due o più aghi magnetici fissati in modo permanente su una scheda della bussola. Questi si muovono liberamente su un perno. Una linea di gomma, che può essere una marcatura sulla bussola o un piccolo ago fisso, indica la direzione della nave sulla carta della bussola.
Tradizionalmente la carta è divisa in trentadue punti (noti come rombi), anche se le bussole moderne sono segnate in gradi piuttosto che in punti cardinali. La scatola (o ciotola) ricoperta di vetro contiene una sospensione cardanica all’interno di una chiesuola. Questo conserva la posizione orizzontale.
Le grandi navi tipicamente si affidano a una girobussola, usando la più affidabile bussola magnetica come back-up. Alcune bussole militari moderne, come quella nella foto, contengono il materiale radioattivo trizio (3H) e una combinazione di fosforo. Il SandY-183 conteneva 120mCi (millicurie) di trizio. Il nome SandY-183 deriva dal nome della compagnia, Stocker and Yale (SandY).
Bussole allo stato solido
Le piccole bussole che si trovano negli orologi, nei telefoni cellulari (ad esempio il Nokia 5140i) e in altri apparecchi elettronici sono elettroniche allo stato solido, di solito costruite con due o tre sensori di campo magnetico che forniscono dati ad un microprocessore. Usando la trigonometria viene calcolata la direzione corretta rispetto alla bussola.
Spesso, il dispositivo è un componente discreto che emette un segnale digitale o analogico proporzionale al suo orientamento. Questo segnale viene interpretato da un controllore o microprocessore e utilizzato internamente o inviato a un’unità di visualizzazione. Un esempio di implementazione, che include la lista delle parti e lo schema del circuito, mostra un progetto di tale elettronica. Il sensore utilizza magnetica di precisione ed elettronica interna altamente calibrata per misurare la risposta del dispositivo al campo magnetico terrestre. Il segnale elettrico viene poi elaborato o digitalizzato.
Bussola da rilevamento
Una bussola da rilevamento è una bussola magnetica montata in modo tale da permettere di rilevare i rilevamenti degli oggetti allineandoli con la linea di gomma della bussola da rilevamento.
Correzione della bussola
Bussola da nave, con le due sfere di ferro che correggono gli effetti dei materiali ferromagnetici.
Come ogni dispositivo magnetico, le bussole sono influenzate da materiali ferrosi vicini e da forti forze elettromagnetiche locali. Le bussole usate per la navigazione terrestre selvaggia non dovrebbero mai essere usate in prossimità di oggetti metallici ferrosi o di campi elettromagnetici (batterie, cofani di automobili, motori, chiodi d’acciaio, orologi da polso e così via)
Le bussole usate in o vicino a camion, automobili o altri veicoli meccanizzati sono particolarmente difficili da usare con precisione, anche quando si corregge la deviazione con l’uso di magneti integrati o altri dispositivi. Grandi quantità di metallo ferroso combinate con i campi elettrici on-e-off causati dai sistemi di accensione e di carica del veicolo generalmente portano a significativi errori della bussola.
In mare, la bussola di una nave deve anche essere corretta per gli errori, chiamati deviazione della bussola, causati dal ferro e dall’acciaio nella sua struttura e attrezzatura. La nave viene fatta oscillare, cioè ruotata intorno a un punto fisso, mentre la sua rotta viene annotata dall’allineamento con punti fissi sulla riva. Una scheda di deviazione della bussola è preparata in modo che il navigatore possa convertire tra la direzione della bussola e quella magnetica. La bussola può essere corretta in tre modi. In primo luogo la linea di gomma può essere regolata in modo che sia allineata con la direzione in cui viaggia la nave, poi gli effetti dei magneti permanenti possono essere corretti da piccoli magneti inseriti nella cassa della bussola. L’effetto dei materiali ferromagnetici nell’ambiente della bussola può essere corretto da due sfere di ferro montate su entrambi i lati del cilindro della bussola. Il coefficiente a 0 {displaystyle a_{0}} 
Le bussole Fluxgate possono essere calibrate automaticamente, e possono anche essere programmate con la corretta variazione locale della bussola in modo da indicare la vera direzione.
Utilizzare una bussola
Quando l’ago è allineato e sovrapposto alla freccia di orientamento tracciata sul fondo della capsula, la cifra dei gradi sull’anello della bussola in corrispondenza dell’indicatore della direzione di marcia (DOT) fornisce il rilevamento magnetico dell’obiettivo (montagna).
Il modo più semplice di usare una bussola è sapere che la freccia punta sempre nella stessa direzione, il nord magnetico, che è approssimativamente simile al nord vero. Tranne che in zone di estrema variazione di declinazione magnetica (20 gradi o più), questo è sufficiente per proteggersi dal camminare in una direzione sostanzialmente diversa o addirittura opposta a quella prevista su brevi distanze, a condizione che il terreno sia abbastanza piatto e la visibilità non sia compromessa. Infatti, registrando attentamente le distanze (tempo o passi) e gli appoggi magnetici percorsi, si può tracciare una rotta e un ritorno al punto di partenza usando solo la bussola.
Tuttavia, la navigazione con la bussola usata insieme a una mappa (associazione del terreno) richiede un metodo di bussola diverso. Per prendere un rilevamento sulla mappa o un rilevamento vero (un rilevamento preso in riferimento al nord vero, non magnetico) verso una destinazione con una bussola goniometrica, il bordo della bussola viene posto sulla mappa in modo da collegare la posizione attuale con la destinazione desiderata (alcune fonti raccomandano di tracciare fisicamente una linea). Le linee di orientamento nella base del quadrante della bussola sono poi ruotate per allinearsi con il nord reale o vero allineandole con una linea marcata di longitudine (o il margine verticale della mappa), ignorando completamente l’ago della bussola. Il rilevamento vero o reale risultante può essere letto sull’indicatore dei gradi o sulla linea della direzione di marcia (DOT), che può essere seguita come azimut (rotta) verso la destinazione. Se si desidera un rilevamento del nord magnetico o un rilevamento alla bussola, la bussola deve essere regolata dalla quantità di declinazione magnetica prima di utilizzare il rilevamento, in modo che sia la mappa che la bussola siano in accordo. Nell’esempio dato, la grande montagna nella seconda foto è stata selezionata come destinazione sulla mappa.
La moderna bussola goniometrica portatile ha sempre una freccia o un indicatore della direzione di marcia (DOT) aggiuntivo inscritto sulla piastra di base. Per controllare il proprio progresso lungo una rotta o un azimut, o per assicurarsi che l’oggetto in vista sia effettivamente la destinazione, una nuova lettura della bussola può essere presa verso l’obiettivo se visibile (qui, la grande montagna). Dopo aver puntato la freccia DOT sulla piastra di base verso l’obiettivo, la bussola viene orientata in modo che l’ago si sovrapponga alla freccia di orientamento nella capsula. Il rilevamento risultante indicato è il rilevamento magnetico verso il bersaglio. Anche in questo caso, se si sta usando un rilevamento “vero” o su mappa, e la bussola non ha una declinazione preimpostata, si deve aggiungere o sottrarre la declinazione magnetica per convertire il rilevamento magnetico in un rilevamento vero. Il valore esatto della declinazione magnetica dipende dal luogo e varia nel tempo, anche se la declinazione è spesso indicata sulla mappa stessa o ottenibile on-line da vari siti. In caso contrario, ogni club di escursionisti locale dovrebbe conoscerla. Se l’escursionista ha seguito il percorso corretto, il rilevamento corretto (vero) indicato dalla bussola dovrebbe corrispondere strettamente al rilevamento vero ottenuto in precedenza dalla mappa.
Questo metodo è talvolta noto come il sistema Silva 1-2-3, dal nome di Silva Compass, produttore delle prime bussole goniometriche.
Bilanciamento della bussola
Perché il campo magnetico terrestre varia a diverse latitudini, le bussole sono spesso bilanciate durante la fabbricazione. La maggior parte dei produttori bilanciano gli aghi delle loro bussole per una delle cinque zone, che vanno dalla zona 1, che copre la maggior parte dell’emisfero settentrionale, alla zona 5 che copre l’Australia e gli oceani meridionali. Questo bilanciamento impedisce l’eccessivo abbassamento di un’estremità dell’ago che può far sì che la bussola si attacchi e dia letture errate. Suunto ha recentemente introdotto bussole a due zone che possono essere utilizzate in un intero emisfero e, in misura limitata, in un altro senza una significativa perdita di precisione.
Punti della bussola
In origine, molte bussole erano contrassegnate solo per la direzione del nord magnetico, o per i quattro punti cardinali (nord, sud, est, ovest). Più tardi, i marinai divisero la carta della bussola in 32 punti equidistanti divisi dai punti cardinali.
Il sistema a 360 gradi ha poi preso piede, che è ancora in uso oggi per i navigatori civili. Il quadrante dei gradi spaziano le marcature della bussola con 360 punti equidistanti. Altre nazioni hanno adottato il sistema ‘grad’, che spaziano il quadrante in 400 gradi o punti.
La maggior parte delle forze militari di difesa hanno adottato il sistema ‘mil’, in cui il quadrante della bussola è spaziato in 6400 unità (alcune nazioni usano 6000) o ‘mil’ per una maggiore precisione nella misurazione degli angoli, nella posa dell’artiglieria e così via.
Galleria
Alcuni diversi sistemi di bussola:
-
Bussola con divisione e conversione di 400 gradi tabella
-
Bussola dell’esercito svizzero con mils divisione
-
Bussola da topografo con clinometro
-
Bussola Stratum dopo il prof. Clar
Vedi anche
- Azimutale
- Coordinate
- Sistema di posizionamento globale
- Sistema di navigazione inerziale
- Navigazione
- Bussola radio
Note
- Li Shu-hua, “Origine de la Boussole 11. Aimant et Boussole”, Isis 45 (2) (luglio 1954): 175
- Li Shu-hua, 176
- Li Shu-hua, 181
- Li Shu-hua, 182f.
- Susan Silverman, AC. “Bussola cinese 270 C.E.” Smith College Museum di antiche invenzioni.Retrieved 3 maggio 2008.
- Barbara M. Kreutz, “Contributi mediterranei alla bussola del marinaio medievale,” Tecnologia e cultura 14 (3) (luglio, 1973): 368
- Kreutz, 369
- Kreutz, 370
- Vohlonen prende un cuscinetto National Board of Patents and Registration della Finlandia. Recuperato il 3 maggio 2008.
- “Utilizzo della bussola di rilevamento a mano” boatus.com. Recuperato il 3 maggio 2008.
- Una bussola rotante dinamica trascinabile Silva è disponibile online per praticare l’impostazione di bussola e cuscinetti mappa: Centro Studi di Campo di Barcellona. Recuperato il 3 maggio 2008.
- Come usare una bussola e una mappa topografica travel-island.com. Recuperato il 3 maggio 2008.
Tutti i link recuperati il 15 marzo 2017.
- USGS Geomagnetism Program
- Paul J. Gans, The Medieval Technology Pages: Bussola
- Evening Lecture To The British Association At The Southampton Meeting di Sir William Thomson (Lord Kelvin) il venerdì 25 agosto 1882 Le maree. Si riferisce alla correzione della bussola tramite la serie di Fourier.
Crediti
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- Storia della bussola
La storia di questo articolo da quando è stato importato su New World Encyclopedia:
- Storia di “Compass”
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