Lezione II :

- La Bussola -

La bussola è costituita da una cassa di metallo o di altro materiale ed è di forma variabile da tipo a tipo. Questa cassa racchiude una capsula cilindrica che contiene un ago calamitato sospeso su di un perno e quindi libero di ruotare in qualsiasi direzione. L'ago, per effetto del campo magnetico terrestre, si dispone nella direzione del meridiano magnetico.

In alcune bussole la capsula è riempita con olio, alcool o altri liquidi, in modo da frenare rapidamente il movimento dell'ago e mantenerlo stabile durante le operazioni.
Dovendo misurare degli angoli, la bussola è munita di un cerchio graduato da 0° a 360° (graduazione sessagesimale).
In alcune bussole la capsula cilindrica può ruotare e con essa ruota il cerchio graduato, mentre in altre la capsula è saldata alla cassa e il cerchio graduato ruota solidalmente (cioè insieme) con l'ago calamitato. La bussola deve inoltre possedere uno specchio, che può essere applicato all'interno del coperchio oppure (ed è meglio) nella parte inferiore della bussola, come nella figura.
Come abbiamo detto, la bussola indica il Nord magnetico, il quale non coincide perfettamente col Nord geografico, ma forma con quest'ultimo un angolo di declinazione magnetica, che può essere orientale od occidentale, a seconda se il polo Nord magnetico è a oriente o a occidente rispetto al meridiano geografico. Tale declinazione varia col tempo e da luogo a luogo: essa è determinata a mezzo di apposite tabelle.

FUNZIONAMENTO DELLA BUSSOLA E DETERMINAZIONE DELL'ANGOLO AZIMUTALE. La scrittura ABC^ sta a indicare l'angolo con vertice in B dato dall'incontro dei due segmenti di retta AB e BC. Quando misurate un angolo azimutale (cioè orizzontale), il vertice siete voi e i due segmenti di retta sono l'uno la direzione del Nord e l'altro l'allineamento immaginario tra voi e il punto di cui volete determinare l'azimut. Nel caso dell'esempio si tratta di un albero.

Il quadrante della bussola :

Nozioni tecniche:

Il campo magnetico terrestre (c.m.t) è la forza che agisce sull'ago di una bussola, ed è stato studiato per la prima volta, in modo sistematico, dal fisico inglese William Gilbert (1544-1603).
Il campo magnetico terrestre può essere rappresentato come un dipolo geocentrico inclinato di 11°30' rispetto all'asse di rotazione terrestre (modello di Gauss, 1830). Di conseguenza i poli magnetici non corrispondono ai poli geografici (definiti dall'asse di rotazione della Terra).
Si chiama "campo normale" o "di Gauss" il campo corrispondente a quello teorico generato dal sopra accennato dipolo; il "campo reale" effettivamente misurato, differisce a causa delle variazioni nel tempo e delle anomalie magnetiche.
In realtà i poli magnetici reali, nord e sud, si trovano attualmente (1998) e rispettivamente a nord-ovest dell'isola di Bathurst nelle Isole della Regina Elisabetta (arcipelago artico canadese), a circa 76° N e 101° log.W, e nella Commonwealth Bay in Antartide a circa 67° S e 143° log. E.
Questi poli magnetici variano col tempo e non corrispondono ai "poli di Gauss" che sono quelli teorici corrispondenti al dipolo magnetico, situati quello nord a 78°36' lat. N e 70°6' long. W, e l'altro esattamente agli antipodi.
La direzione del c.m.t. è in generale quella delle linee di forza del dipolo, ma in realtà per definire il c.m.t. sono indispensabili 7 elementi, che sono: l'inclinazione I (angolo che il c.m.t. forma con il piano orizzontale); la declinazione D (angolo che la direzione del Nord magnetico forma con quella del Nord geografico); la componente H del c.m.t. secondo il piano orizzontale, detta "componente orizzontale"; la componente Z del c.m.t. secondo la verticale (componente verticale); la componente X secondo il meridiano geografico (componente Nord); la componente Y del c.m.t. secondo il parallelo geografico passante per O, detta componente Est).
In generale, semplificando, il c.m.t. si può rappresentare con un vettore che viene individuato dalla misura di tre grandezze: declinazione, inclinazione e intensità totale del campo, che può essere divisa nelle sue componenti orizzontale e verticale (vedi descrizione sopra).
Per quel che riguarda il verso, il segno di I è positivo se il polo Nord dell'ago della bussola sta sotto all'orizzonte (come capita generalmente nell'emisfero boreale), e negativa nel caso opposto. La Z ha lo stesso segno dell'inclinazione I, per cui sarà positiva se rivolta verso l'interno della Terra, e negativa nel caso contrario. La D è positiva se l'estremità dell'ago rivolta verso il Nord magnetico si trova ad Est del meridiano geografico passante per il centro dell'ago (in tal caso si parla di "declinazione orientale"), e negativa se l'estremità dell'ago diretto a Nord sta ad ovest del meridiano geografico passante per il centro dell'ago (declinazione occidentale).
Per quel che riguarda l'intensità del campo magnetico terrestre, esso varia dai poli (dove è misurato in circa 0,75 gauss) all'equatore (magnetico) dove scende a circa 0,35 gauss (valore medio). (Il Gauss [G] è l'unità di misura dell'induzione magnetica nel sistema CGS elettromagnetico, e corrisponde a 0,0001 tesla). In ogni caso il c.m.t. è molto irregolare, esistendo zone anomale in cui si superano i 3 gauss, e zone in cui si scende a 0,25 gauss.
L'origine del c.m.t. è dovuta per il 95% alla struttura dell'interno della Terra, mentre il restante 5% è dovuto agli effetti di corpuscoli elettrizzati provenienti dal Sole e subordinatamente ai fenomeni elettrici che si producono nell'atmosfera). Per quel che riguarda l'origine del c.m.t. dovuta alla struttura interna della Terra, una delle teorie più apprezzate è quella delle "correnti termoelettriche". Esse sono originate per effetto termoelettrico, a causa della disomogeneità termica delle diverse parti del nucleo. L'ipotesi non è stata accettata per spiegare interamente l'intensità del c.m.t. L'ipotesi più attuale ed accettabile è la così detta ipotesi della "dinamo autoeccitata" (una dinamo cioè che utilizza la corrente da essa stessa prodotta per eccitarsi). Traslando questo modello al caso della Terra, a giocare un ruolo fondamentale sarebbe la presenza di moti convettivi nella parte esterna e fluida del nucleo. La presenza di un nucleo metallico interno e di moti convettivi nel suo involucro fluido più esterno sembra essere una condizione indispensabile per la presenza di un campo magnetico, in un dato pianeta. Nel nostro sistema solare, non tutti i pianeti presentano un campo magnetico. Marte e Venere per esempio sembrano esserne privi oppure il campo magnetico non è sufficientemente intenso da poter essere misurato dagli strumenti. La Luna ha mostrato l'esistenza di un debolissimo campo magnetico, probabilmente residuo di un campo magnetico più intenso durato sino a circa 3 miliardi di anni fa. Le misurazioni della sonda Mariner 10 hanno mostrato che Mercurio possiede un campo magnetico la cui intensità è circa 1/100 di quello terrestre.
Il campo magnetico terrestre non è costante, ma varia col tempo. Le principali variazioni sono le seguenti: variazioni diurne: sono quelle che avvengono nell'arco delle 24 ore. Esse dipendono dalla latitudine e dall'ora; esistono poi variazioni mensili, annuali e secolari.
Sono state riconosciute variazioni cicliche sia di 27 giorni (probabilmente dovute all'interazione ionosfera-Luna) sia di 11 anni, associate all'attività ciclica solare.
Esistono inoltre delle variazioni irregolari. Queste sono frequenti e sono dovute a disturbi magnetici. Se i disturbi sono molto intensi e distribuiti nell'intero pianeta allora si parla di tempeste magnetiche, più frequenti ed intense alle elevate latitudini. Esistono poi perturbazioni minori del campo magnetico terrestre, per esempio le tempeste magnetiche polari, le "baie" (così dette poichè nelle registrazioni presentano un andamento a profonda insenatura) e le micropulsazioni.
Con il termine di "anomalie magnetiche" si intendono le differenze fra il campo magnetico reale, quello che viene effettivamente misurato, ed il "campo normale": in alcune zone della superficie terrestre queste differenze sono notevoli, essendo dovute oltre alle variazioni dell'intensità del campo nel tempo, anche e soprattutto al fatto che il nostro pianeta non è uniformemente magnetizzato. Le anomalie magnetiche locali possono essere dovute alla presenza nella superficie o nel sottosuolo di giacimenti di rocce magnetiche, contenenti minerali di ferro.

Esercizio Pratico:

Durante un'escursione, causa le cattive condizioni ambientali, ci rendiamo conto di aver perso l'orientamento. Dopo aver  Raggiunto la cima di un'altura, dalla quale tramite qualche squarcio nelle nubi, riusciamo ad individuare tre punti a noi noti, prendiamo la Bussola, la cartina e il goniometro e iniziamo a svolgere il metodo della triangolazione:

- Dopo aver orientato la cartina, ( far coincidere il nord della carta, per convenzione il margine superiore, con la freccia del nord della bussola )

- puntiamo con il mirino della bussola i punti noti ( uno alla volta ), + 180° per la sapere la loro posizione speculare rispetto a noi.

- Mediante il goniometro tracciamo le linee corrispondenti sulla cartina.

- Il triangolo formato dall'intersezione delle linee, sarà la nostra posizione.

- Associando a questo metodo l'uso dell'altimetro si possono avere misurazioni ancora più precise fornendo la nostra quota individuabile grazie alle curve di livello.