Bussola

Una bussola magnetica è un ago magnetizzato, libero di ruotare, che si allinea al campo magnetico terrestre e così indica il nord con qualsiasi tempo. Descritta in Cina nell'XI secolo e usata in mare in Europa intorno al 1190, permise ai naviganti di tenere la rotta lontano dalla vista della costa e sotto un cielo coperto.

Che cos’è

Una bussola è un piccolo magnete libero di ruotare. Lasciato a sé, si dispone lungo le linee del campo magnetico terrestre, con un’estremità verso il nord magnetico e l’altra verso il sud magnetico. Un navigante che sa dov’è il nord può ricavarne tutte le altre direzioni, di notte, nella nebbia o senza terra in vista.

La tavola mostra una bussola da marina del Cinquecento. L’ago magnetico è incollato sotto un cartoncino dipinto con una rosa dei venti, così l’intera rosa gira insieme all’ago. La rosa poggia su un perno in un mortaio di legno, e il mortaio è sospeso su anelli cardanici per restare orizzontale quando la nave rolla.

Come funziona

Strofinato su una calamita naturale, un ago d’acciaio diventa a sua volta un magnete.

La Terra si comporta più o meno come un’enorme barra magnetica. Il suo campo è debole, circa mezzo gauss in superficie, ma a un ago leggero su un buon perno basta pochissima forza per ruotare. L’ago oscilla finché il suo campo non si allinea con la componente orizzontale del campo terrestre, poi si ferma.

Prima bisogna magnetizzare l’ago. Nel ferro e nell’acciaio, minuscole regioni chiamate domini si comportano ciascuna come un magnete, ma sono orientate in tutte le direzioni e si annullano a vicenda. Strofinando l’ago sempre nello stesso verso con una calamita naturale, cioè un pezzo di magnetite magnetico per natura, molti domini si allineano e l’ago conserva quell’ordine. L’acciaio duro lo mantiene meglio. Il ferro dolce lo perde in fretta, e fino alla metà del Settecento i marinai dovevano ripassare gli aghi con una calamita tenuta a bordo.

Un metodo antico: un ago su un galleggiante, libero di girare sull’acqua ferma.

Il nord magnetico non coincide con il polo geografico, e l’angolo fra i due, la declinazione, cambia da luogo a luogo e lentamente nel corso degli anni. Il campo inoltre è inclinato: nell’emisfero nord tira verso il basso l’estremità nord dell’ago, nell’emisfero sud quella sud, tanto più vicino ai poli magnetici, perciò i costruttori di bussole bilanciano l’ago con un piccolo peso. A bordo, le parti in ferro e il carico deviano ancora l’ago, un errore chiamato deviazione.

Nella tavola, il perno appuntito e il piccolo cappelletto dell’ago riducono l’attrito. La rosa permette al timoniere di leggere la prora rispetto a un segno fisso sul mortaio. Il coperchio di vetro ripara dal vento, e gli anelli cardanici impediscono alla rosa di inclinarsi quando la nave rolla.

Come costruirla

Preparare l’ago. Usate un ago da cucito d’acciaio o una sottile striscia di acciaio duro lunga circa 5 cm. Un ferro troppo dolce non resta magnetizzato.

Magnetizzarlo. Strofinate l’ago dal centro verso un’estremità con un polo di una calamita naturale o di un magnete, staccando la pietra con un ampio arco alla fine di ogni passata. Ripetete venti o trenta volte, sempre nello stesso verso.

Provarlo sull’acqua. Infilate l’ago in un pezzetto di sughero o di canna secca e fatelo galleggiare in una ciotola d’acqua ferma, lontano da oggetti di ferro. Individuate l’estremità che indica il nord e segnatela. A nord dei tropici verificatelo di notte con la stella polare o con l’ombra più corta del mezzogiorno solare, che allora punta a nord; a sud dei tropici quell’ombra punta a sud.

Dargli un perno. Imprimete un piccolo cono in un ritaglio di ottone sottile per ottenere un cappelletto e fissatelo al centro dell’ago. Piantate in verticale una punta d’ago affilata sul fondo di un mortaio di legno e appoggiatevi il cappelletto. Bilanciate l’ago con un po’ di cera finché non resta orizzontale.

Aggiungere la rosa e il coperchio. Incollate l’ago sotto un cartoncino leggero con segnate le direzioni della rosa, con il segno del nord sopra l’estremità nord dell’ago. Dipingete all’interno del mortaio un segno fisso, la linea di fede, allineato con la prua: la prora si legge sulla rosa in corrispondenza di quel segno. Una lastra di vetro sopra il mortaio tiene lontane le correnti d’aria.

Sospenderla. Per un modello di bussola marina, montate il mortaio in due anelli imperniati ad angolo retto l’uno rispetto all’altro. Una bussola fatta in casa è una dimostrazione: non usatela per navigare prima di averla confrontata con una bussola affidabile.

Storia ed evoluzione

Sia in Cina sia in Grecia, più di duemila anni fa, si sapeva che la calamita naturale attira il ferro. Testi dell’epoca Han citano un oggetto che indicava il sud, usato nella divinazione, forse un cucchiaio di calamita naturale, ma gli storici non concordano su che cosa fosse.

Secondo Shen Kuo, la montatura migliore era un ago appeso a un unico filo di seta.

Il manuale militare Wujing Zongyao, compilato intorno al 1044, descrive un sottile pesce di ferro arroventato, lasciato raffreddare in direzione nord-sud e poi posato sull’acqua, dove indicava il sud. Intorno al 1088 Shen Kuo descrisse aghi magnetizzati strofinandoli su una calamita naturale, fatti galleggiare sull’acqua o appesi a un filo di seta. Notò anche che l’ago punta un poco a est del sud esatto, una delle prime testimonianze della declinazione. Tra il 1111 e il 1117 Zhu Yu scrisse che i piloti delle navi osservavano l’ago quando le nuvole nascondevano il sole e le stelle.

In Europa lo studioso inglese Alexander Neckam descrisse intorno al 1190 marinai che usavano un ago magnetizzato. Un testo persiano del 1232 ne dà la prima menzione nel mondo islamico. Nel 1269 Petrus Peregrinus descrisse una bussola a secco su perno, e intorno al 1300 la bussola a secco in scatola con la rosa si diffuse nel Mediterraneo.

Le bussole a liquido, che smorzano le oscillazioni della rosa, si affermarono nell’Ottocento e all’inizio del Novecento, e nel primo decennio del Novecento arrivò la girobussola, che trova il nord vero senza magnetismo.