Bussola

bussola

bùssola [Der. del lat. buxis -idis, dal gr. pyxís -ídos "scatola di bosso"] [MTR] [GFS] (a) Strumento per determinare la direzione del nord: b. magnetica, b. giroscopica, b. radioelettrica (v. oltre). (b) Estensiv., denomin. di alcuni tipi di amperometro ad ago mobile: b. dei seni, b. delle tangenti (v. oltre) e di altri strumenti ad ago magnetico (b. di declinazione, di inclinazione: v. oltre). ◆ [GFS] [ASF] B. a luce solare: v. oltre: B. solare. ◆ [MTR] [GFS] B. da geologo: b. magnetica munita di un dispositivo, generalm. un clinometro a pendolo, per determinare, oltre alla direzione geografica, anche l'immersione degli strati e la loro inclinazione; qualche tipo è munito anche di dispositivi per effettuare misurazioni topografiche approssimate. ◆ [STF] [EMG] B. dei seni, delle tangenti: amperometri, attualmente non più in uso, per i quali → amperometro: A. ad ago mobile. ◆ [MTR] [GFS] B. di declinazione: lo stesso che declinometro, strumento per misurare la declinazione del campo magnetico terrestre (v. misurazioni geomagnetiche: IV 36 e). ◆ [STF] [MTR] [GFS] B. di inclinazione: lo stesso che inclinometro, strumento del passato, costituito da una sorta di b. verticale che si poneva nel piano del meridiano magnetico locale per misurare l'inclinazione magnetica (v. misurazioni geomagnetiche: IV 36 f). ◆ [MTR] [GFS] B. giromagnetica: strumento nautico, partic. usato come telebussola, cioè come b. con lettura a distanza (v. oltre: B. ripetitrice), nella navigazione aerea, costituita da un magnetometro a nucleo saturabile (ingl. flux-gate magnetometer) per la misurazione dell'intensità e della direzione del campo magnetico terrestre (v. misurazioni geomagnetiche: IV 37 b), il quale controlla l'assetto di un dispositivo giroscopico, detto girodirezionale, mantenendone l'asse giroscopico costantemente nel meridiano magnetico. Si hanno tre unità principali: l'unità rivelatrice (v. fig.), contenente il magnetometro, sostanzialmente costituita da tre bobine di rivelazione, a 120° tra loro, e da una bobina di eccitazione, alimentata da una corrente alternata a 400 Hz, vincolata in modo da seguire in azimut le variazioni di rotta; l'unità indicatrice, nella quale sono contenuti il girodirezionale, la bobina di precessione, il sistema di sincronizzazione, la rosa di lettura; il servoamplificatore. L'asse giroscopico è mantenuto costantemente orizzontale da un dispositivo elettrico di livellamento; se la sua direzione non giace nel meridiano magnetico, nell'avvolgimento del rotore del sincronizzatore insorge una tensione indotta, a 400 Hz, che viene applicata al servoamplificatore; questo fornisce una corrente che, inviata in una speciale bobina (bobina di precessione), determina un moto dell'asse giroscopico tale da ricondurlo nel meridiano magnetico. In definitiva, l'asse del girodirezionale è vincolato a indicare la direzione del nord; una variazione in azimut della rotta si traduce in una corrispondente variazione dell'orientamento del-l'asse rispetto alla custodia dell'indicatore, e in una rotazione della rosa, collegata al detto asse giroscopico, sulla quale, mediante un indice fisso, resta così indicata la rotta. ◆ [MTR] [GFS] B. giroscopica: introdotta nella navigazione marittima in questo secolo (H. Anschutz, 1908; E.A. Sperry, 1911), è fondata sulla proprietà che ha l'asse di figura d'un giroscopio, mantenuto orizzontale, di orientarsi verso il nord geografico, in modo da diventare complanare con l'asse di rotazione della Terra. Infatti, considerando un giroscopio rotante intorno a un asse orizzontale e sospeso mediante un filo a un punto O, se il suo asse è orientato, per es., da ovest a est in una certa posizione A, per la conservazione del momento della quantità di moto esso tenderà a mantenere inalterata tale orientazione anche in un'altra posizione B, ove però la forza peso p presenterà un momento non nullo rispetto a O sicché, a norma della seconda equazione cardinale della meccanica, l'asse, e con esso il momento della quantità di moto b, roterà fino a orientarsi parallelamente al momento della forza peso, cioè verso il nord geografico. La realizzazione pratica di questo strumento è stata difficile, ma con giroscopi ad alta frequenza di rotazione (20 000 giri/min) e con delicati ingegnosi particolari costruttivi, che distinguono i vari tipi, esso è diventato di uso corrente nella navigazione marittima e aerea. Lo schema tipico di una b. giroscopica (sistema Sperry) è riportato nella fig. 1. Il giroscopio, posto in rotazione elettricamente o mediante una corrente di aria in pressione, è contenuto in un recipiente, detto cassa, il quale è sorretto, mediante un braccio, da un filo di torsione, fissato (direttamente o mediante un servomeccanismo) alla rosa di lettura, così da costituire una sorta di pendolo a lungo periodo e minimizzare in tal modo l'effetto delle accelerazioni della nave; con la rosa è solidale un telaio (cerchio fantasma), la cui parte inferiore è collegata mediante perni, come mostra la fig., alla parte superiore; questa è vincolata, mediante cuscinetti a sfere, a un supporto collegato alla nave mediante una sospensione cardanica che, per semplicità, è stata omessa nello schema. In definitiva, l'asse giroscopico ξ può rotare intorno all'asse verticale ζ, e intorno all'asse orizzontale η, e viene costantemente mantenuto nel piano orizzontale in virtù di un dispositivo, detto "controllo a gravità", costituito da due tubicini, f, contenenti mercurio; precis., se l'assetto orizzontale di ξ viene turbato, il dislivello che si determina nei tubicini fa insorgere una coppia (coppia direttrice) che riporta ξ nel piano orizzontale π. Orbene, π è soggetto, in virtù della rotazione terrestre, a un moto, rispetto all'invariabile giacitura di ξ, dipendente dalla velocità angolare ω della Terra e dalla latitudine φ; tale moto può pensarsi risultante di un moto di traslazione, che non interessa, e di due moti di rotazione: uno, con velocità angolare ω₁=ω sinφ, intorno alla verticale locale ζ (fig. 2), l'altro, con velocità angolare ω₂=ω cosφ intorno alla direzione nord-sud locale. Se ξ coincide con la direzione nord-sud NS, né l'una né l'altra delle due rotazioni anzidette ha alcun effetto sul livello del mercurio nei tubicini; se invece ξ non coincide con NS ma forma con questa un angolo α, esso risulta inclinato su π, con il conseguente insorgere dell'anzidetta coppia direttrice. Come si riconosce, il momento di tale coppia (momento direttore della b.) vale ωgIgω cosφ sinα, essendo Ig il momento d'inerzia del giroscopio rispetto all'asse giroscopico ξ e ωg la sua velocità angolare giroscopica (di qui l'opportunità di elevate velocità giroscopiche se si vogliono avere elevati momenti direttori); tale momento viene meno, e si ha una condizione di equilibrio, quando è α=0, cioè quando ξ si dispone secondo la direzione nord-sud locale, quindi orizzontale e complanare con l'asse della rotazione terrestre. Osserviamo che il momento direttore diminuisce all'aumentare della latitudine φ e s'annulla per φ=90°: ciò significa che la b. giroscopica è, come la b. magnetica, ma per altri motivi, inutilizzabile in stretta prossimità dei poli geografici (resta il grande vantaggio, che ha la b. giroscopica su quella magnetica, dell'indipendenza dalla grande variabilità spaziale e temporale del campo magnetico terrestre). Il moto con cui l'asse giroscopico tende a disporsi secondo la direzione nord-sud locale è un moto di precessione, tale che la proiezione di un'estremità dell'asse su un piano normale a tale direzione è un'ellisse. Smorzando opportunamente il moto (servono a ciò appositi artifici), si ottiene peraltro di far assumere all'asse giroscopico la posizione d'equilibrio in un tempo relativ. breve. Il meccanismo ora accennato s'instaura ogni qualvolta ξ venga distolto dal-l'assetto di equilibrio; ciò accade sia se la nave sta ferma, in virtù del fatto che, con il passare del tempo la direzione nord-sud locale ruota con la velocità angolare ω₁, sia, a maggior ragione, se la nave si muove. In quest'ultimo caso occorre tener conto della circostanza che il componente in latitudine del moto della nave dà luogo a un'apparente variazione della velocità angolare della rotazione terrestre (a quest'ultima si aggiunge algebricamente la quantità vφ/R, essendo R il raggio terrestre e vφ la componente della velocità della nave nella direzione nord-sud); il conseguente errore nella lettura viene compensato agendo opportunamente sul giroscopio (precis., viene impresso a quest'ultimo un moto di precessione uguale e contrario a quello individuato da vφ, mediante un servomeccanismo comandato da uno strumento che misura vφ medesima). ◆ [MTR] [GFS] B. magnetica: basilare strumento per la navigazione marittima e poi anche aerea, anzi per molto tempo l'unico per determinare la direzione del nord, basato sulla proprietà, che ha un ago magnetico libero di orientarsi nel piano orizzontale, di disporsi nel piano del meridiano magnetico locale, indicando con la sua estremità polare nord la direzione del nord magnetico, dalla quale, nota che sia la declinazione magnetica locale attuale, si deduce quella del nord geografico. Conosciuta in Cina almeno sino dal 4° sec. d.C., impiegata nel Mediterraneo dai marinai amalfitani attorno al 1100-1200 nei loro viaggi in Egitto e in Siria, e da essi perfezionata e diffusa, constava inizialmente di un ago magnetico, semplice o multiplo, fissato su un pezzo di legno posto a galleggiare in un recipiente (quindi sempre in assetto orizzontale, indipendentemente dall'assetto del recipiente e della nave). I successivi perfezionamenti portati dal-l'esperienza secolare alla b. l'hanno resa pratic. indipendente dai movimenti della nave, dall'influenza della massa metallica dello scafo e dei circuiti elettrici di bordo (le b. immuni da tali influssi sono dette b. compensate). L'ago è solidale a un cerchio graduato, la rosa di lettura, che dà la posizione dei punti cardinali rispetto all'asse longitudinale della nave e quindi l'indicazione della rotta. L'ago e la rosa costituiscono, insieme, l'equipaggio mobile, opportunamente fissato per un punto, generalm. immerso in un liquido di smorzamento, e contenuto in un recipiente apposito (mortaio) portato da una colonna (chiesuola) fissata al ponte della nave. Ogni nave è generalm. fornita di più b.: essenziali, quella vicina al timoniere, per il governo (b. di rotta), e quella disposta in alto, lontana dalla massa metallica dello scafo (b. normale), che serve per controllo e anche per i rilevamenti. Com'è stato accennato, per l'uso della b. nella navigazione è essenziale la conoscenza della declinazione magnetica, elemento dato dalle carte di navigazione; poiché la declinazione magnetica cresce moltissimo e irregolarmente, sino a diventare indefinita, avvicinandosi ai poli magnetici, la b. magnetica è poco o affatto utilizzabile alle alte latitudini, per le quali occorre la b. giroscopica (peraltro, come detto sopra, anche questa viene meno vicino ai poli geografici). La b. magnetica per aeromobili non differisce in sostanza da quella per navi, salvo per il più ridotto ingombro, per la forma della rosa e per la particolare insensibilità che essa deve avere nei riguardi della temperatura, delle vibrazioni e delle sollecitazioni dovute al moto dell'aeromobile. Così, partic. curata è la costruzione e l'installazione; il periodo di oscillazione della rosa, un tempo praticamente infinito (b. aperiodica), è oggi ridotto, mentre elevata è l'attitudine della rosa a riprendere l'assetto orizzontale dopo una perturbazione. In realtà, l'assetto d'equilibrio della rosa corrisponde non al piano orizzontale ma al piano normale alla verticale apparente, cioè normale alla risultante del-l'accelerazione di gravità e delle accelerazioni corrispondenti alle forze apparenti del moto relativo dell'aeromobile. Questo significa che nelle virate e, in genere, nelle manovre che comportano accelerazioni, le indicazioni della rosa non sono attendibili. Per tal motivo, alla b. magnetica vengono affiancati altri strumenti, quali il girodirezionale e l'indicatore di virata o, meglio ancora, si ricorre a una bussola teleindicatrice giromagnetica (v. oltre), per cui si riesce a minimizzare anche l'influenza delle masse ferromagnetiche di bordo. In effetti, tale ultimo problema, cioè la compensazione dei materiali magnetizzabili di bordo, è un problema generale delle b. magnetiche, che si risolve con metodi empirici, basati sull'aggiunta di magneti compensatori opportunamente disposti, e verificando periodicamente la bontà della compensazione. Attualmente, tale difficoltà è fortemente ridotta in quanto si può fare capo a vari accurati sistemi elettronici di radionavigazione per la taratura, ove occorra, delle b. di bordo. Una caratteristica negativa, propria delle b. magnetiche (comprese quelle giromagnetiche) è di risentire delle variazioni irregolari del campo magnetico terrestre, specie delle cosiddette tempeste magnetiche. ◆ [GFS] B. nautica: denomin. generica di ogni b. o strumento affine (per es., di radionavigazione) usato nella navigazione marittima e aerea. ◆ [GFS] [ELT] B. radioelettrica, o radiobussola: particolare tipo di radiogoniometro usato, spec. nel passato, per fare il punto-nave o il punto-aereo, cioè per uno scopo analogo a quello per cui si usa la b. propr. detta. ◆ [GFS] [MTR] B. ripetitrice: indicatore di rotta, costituito da un servomeccanismo asservito a una b. principale (v. oltre: B. teleindicatrice). ◆ [GFS] [ASF] B. solare: strumento di rilevamento astronomico usato nel passato (largamente nella 2a guerra mondiale, quando non c'erano gli attuali sistemi di radionavigazione) nelle regioni polari, dove le altre b. non possono essere impiegate; consta di un cerchio graduato orizzontale, su cui ruota un traguardo radiale, con il quale si traguarda il Sole; la direzione del nord geografico è calcolata in base alla latitudine e all'angolo orario del Sole. Un tipo particolare, che può essere usato anche in condizioni crepuscolari, con il Sole al di sotto dell'orizzonte (come può capitare a lungo alle latitudini polari) è la cosiddetta b. a luce solare (ingl. sky-compass), basata sul fatto che la luce solare diffusa dal cielo è parzialmente polarizzata, il piano di polarizzazione essendo quello che contiene il Sole, l'osservatore e lo zenit; è sostanzialmente costituita da un polarimetro (un polaroide o, meglio, un polaroide coperto a metà da una lamina in mezz'onda per aumentarne la trasmittività) montato su un cerchio azimutale e puntato verso lo zenit; rotando il cerchio, s'individua, con sufficiente precisione, la giacitura del piano di polarizzazione della luce solare e quindi l'azimut del Sole. ◆ [MTR] [GFS] B. teleindicatrice, o telebussola: complesso di una b. magnetica o giroscopica, detta b. madre, installata in modo da risentire il meno possibile dell'influenza del magnetismo di bordo e delle sollecitazioni da moto, e di un certo numero di indicatori di rotta a distanza, detti b. ripetitrici, asserviti alla b. madre elettricamente, secondo il principio dei ripetitori sincroni; sono di questo tipo, in partic., le b. giromagnetiche (v. sopra). ◆ [MTR] [GFS] B. topografica: strumento per rilevamenti topografici speditivi, costituito da un cerchio orizzontale graduato, al centro del quale è imperniato un ago magnetico libero di rotare nel piano del cerchio, e da un cannocchiale (o semplic. da una diottra) fissato al cerchio orizzontale in modo che il suo asse sia parallelo al diametro 0°-180° della graduazione; collimato il punto da rilevare, la direzione dell'ago individua sul cerchio l'azimut magnetico del punto medesimo; spesso il cannocchiale è distanziometrico e lo strumento è fornito di cerchio verticale per la lettura degli angoli zenitali; viti calanti e livelle permettono di assicurare la verticalità dell'asse dello strumento. È usata partic. nel rilevamento di poligonali in lavori sotterranei (gallerie, grotte, ecc.); in questi casi tuttavia, per evidenti difficoltà di impiego, manca spesso il cannocchiale; la b. è allora montata su una sospensione cardanica che ne assicura l'orizzontalità e la sua armatura viene appesa a un filo che materializza l'allineamento di cui si vuol determinare l'azimut (b. da miniera).