STEP #26 - La chimica e gli strumenti scientifici

 Le bussole vengono comunemente realizzante in accaio inox per due motivi:

• tale materiale non si ossida a contatto con l'ambiente esterno;
• presenta elevate proprietà meccaniche e un peso contenuto.

ACCIAIO INOX

Gli acciai inossidabili (o Inox dal francese ''inoxydable'', o Stainless Steel dall'inglese) sono caratterizzati da una maggior resistenza alla ossidazione e alla corrosione, specie in aria umida o in acqua dolce, rispetto al comune acciaio non legato. Tale capacità è dovuta principalmente alla quasi assenza di carbonio <=0,07%, ed alla presenza del cromo (12-17%) nella lega. Il cromo è in grado di passivarsi e cioè di creare uno strato sottile e aderente di ossidi (Cr2O3), praticamente invisibile, dello spessore pari a pochi strati atomici (dell'ordine dei 0,3–5 nm), che protegge superficialmente il metallo o la lega sottostante, dall'azione dell'ossigeno e degli agenti chimici esterni. 

In particolare, molto appropriata è la dizione anglosassone ''stainless'' (letteralmente "senza macchia") derivata dalla capacità di questi materiali di ossidarsi (o ,usando un gergo tecnico, passivarsi) ma non arrugginirsi negli ambienti atmosferici e naturali. Il fenomeno della passivazione avviene per reazione del metallo con l'ambiente ossidante (aria, acqua, soluzioni varie, ecc). La natura dello strato passivante, formato essenzialmente da ossidi/idrossidi di cromo, è autocicatrizzante e garantisce la protezione del metallo, anche se localmente si verificano abrasioni o asportazioni della pellicola, qualora la composizione chimica dell'acciaio e la severità del danno siano opportunamente inter-relazionate. In particolare, il film passivo può essere più o meno resistente in funzione della concentrazione di cromo nella lega e in relazione all'eventuale presenza di altri elementi leganti quali il nichel, il molibdeno, il titanio.

STEP EXTRA #1 - Per i biologi che visitano il mio blog

 LA BUSSOLA INTERNA DEGLI UCCELLI

COME FANNO GLI UCCELLI MIGRATORI A ORIENTARSI SU TRATTE COSI' LUNGHE?

Una nuova ricerca, pubblicata su Current Biology e realizzata da un gruppo di ricerca dell’Università della Danimarca Meridionale, potrebbe aver risolto questo enigma. Secondo i ricercatori, gli uccelli migratori utilizzano una sorta di bussola magnetica interna che si attiva grazie ad una speciale molecola magnetorecettrice, Cry4, presente nella retina degli occhi quando gli uccelli percorrono lunghe distanze. Esaminando il comportamento del pettirosso europeo (Erithacus rubecula) e analizzando al microscopio gli occhi di questi uccelli, i ricercatori hanno infatti scoperto che i livelli di Cry4 si rivelano molto più alti durante la stagione migratoria. Simulazioni computerizzate hanno poi permesso di determinare la struttura di questa molecola e la sua precisa localizzazione all’interno della retina dell’occhio dell’uccello, per la precisione nel segmento esterno delle cellule dei fotoricettori a doppio cono. Quando la luce colpisce gli occhi dell’uccello, si avviano reazioni chimiche influenzate dalla direzione del campo magnetico terrestre, qualcosa che aiuta fortemente gli stessi uccelli per quanto riguarda l’orientamento.

Fonte: Current Biology

STEP #5 - Il principio fisico

 IL CAMPO MAGNETICO TERRESTRE E LA BUSSOLA

Il principio di funzionamento della bussola topografica a traguardi si basa sull' interazione fra l'ago magnetico ed il campo magnetico terrestre.

ORIGINE:

La struttura del campo magnetico terrestre mostra che esso può considerarsi generato prevalentemente da un dipolo magnetico, situato nel centro della Terra e inclinato di 11°30' rispetto all'asse terrestre. I punti in cui l'asse del dipolo incontra la superficie terrestre sono detti poli geomagnetici.

In realtà, l'origine del campo magnetico non è ancora del tutto chiarita e attualmente si ipotizza che esso possa essere generato dal movimento di cariche elettriche (ipotesi della dinamo ad autoeccitazione).

Si può applicare alla Terra il modello della dinamo, immaginando:

1) la presenza iniziale di un debole campo magnetico non uniforme;

2) la presenza di un nucleo fuso, buon conduttore;

3) la possibilità di movimenti nel nucleo stesso.

I movimenti nel nucleo fuso inducono una corrente che produce un campo magnetico nuovo, che a sua volta induce una nuova corrente nel nucleo, che da parte sua provoca un nuovo campo magnetico e così via. Date queste caratteristiche, il modello è stato chiamato della "dinamo ad autoeccitazione". Si pensa che le sorgenti di energia più probabili per mantenere il movimento all'interno del nucleo siano dei movimenti di calore all'interno del nucleo, paragonabili a quelli che si sviluppano in un liquido messo a bollire (moti convettivi).

Di seguito propongo un breve filmato a cura dell' Agenzia Spaziale Italiana (ASI) che illustra la genesi del campo magnetico terrestre:

PRINCIPIO FISICO:

L' ago della bussola punta in direzione del polo nord magnetico che non coincide con il polo nord reale, ovvero il punto dove passa l'asse di rotazione terrestre. La posizione del polo nord magnetico non è costante nel tempo, attualmente si trova nell'estremo nord del Canada, ed il suo spostamento negli anni fa si che l'errore che si commette prendendo come riferimento il nord magnetico anzichè il nord geografico vari anch'esso nel tempo. Questo errore, ovvero l'angolo fra la direzione al nord geografica o la direzione a l nord magnetico, si misura in gradi-primi-secondi, è detto DECLINAZIONE MAGNETICA ed è diverso da luogo a luogo. Tali valori vengono riportati in apposite tabelle riferite alle posizioni di misurazione. Il cerchio azimutale presente sulla bussola a traguardi permette, in generale, la misurazione dell' azimut rispetto a vari obiettivi e anche della declinazione magnetica, nota la direzione del nord geografico. 

fonti: msmountain.it

STEP #4 - La scienza

 LA TOPOGRAFIA

La topografia (dal greco τοπογραϕία, comp. di τόπος topos, luogo e γραϕία grafia, scrivere) è la scienza che ha come scopo la determinazione e la rappresentazione metrica col disegno in una mappa con segni convenzionali della superficie terrestre. Ha carattere applicativo e trae la sua base teorica dalle scienze pure: la matematica, la geometria e la fisica. 

 Tra i vari strumenti topografici, uno dei principali è la bussola a traguardo con la quale è possibile effettuare operazioni quali l'individuazione del nord, l'orientamento della carta e la misurazione di angoli di direzione rispetto al nord (azimut) sulla carta e sul terreno. L'applicazione di queste semplici operazioni ci permette di orientarci, sapere la direzione in cui stiamo andando o di individuare quella in cui dobbiamo andare e di ricavare la nostra posizione su una carta topografica.

una delle prime bussole topografiche (sec. XVI) 
dove è possibile notare l'implementazione del traguardo ottico

Storicamente, l' invenzione della bussola è stata sempre un' arma a doppio taglio in quanto spesso falliva nel suo obiettivo a causa di un cattivo utilizzo ma rimaneva comunque uno strumento fondamentale per orientarsi in quanto unico nel suo genere. Verso la fine del sedicesimo secolo viene introdotta la bussola topografica a traguardo, utile per misurare il rilevamento di un punto noto (come ad esempio quello di un astro o di un'altra nave) attraverso il calcolo dell' azimut.

Nei primi modelli il traguardo era solidale alla cassa o mortaio costruita in modo da poter ruotare in un piano orizzontale. Solo successivamente comparve il cerchio azimutale di cui sono dotate le bussole di rilevamento dei giorni nostri. La bussola azimutale fu scarsamente usata fino al tardo diciottesimo secolo, ed era in dotazione alle sole navi britanniche che navigavano su rotte oceaniche. Tuttavia tale strumento era già ben noto nel Mar Mediterraneo da secoli.

CONSIGLI PER APPROFONDIMENTI

Per informazioni più approfondite sull' evoluzione storica della bussola consiglio la lettura del libro "Dalla pietra animata alla bussola normale"(1993) di L. Rovito, professore dell' Istituto di Navigazione "G. Simeon", Napoli.