Busola magnetyczna - najstarszy przyrząd nawigacyjny

Właściwości magnetyczne Ziemi były wykorzystywane w nawigacji od dawna i korzysta się z nich do dzisiaj. Przykładem są kompasy lub busole magnetyczne. Ziemia jest wielkim magnesem, którego bieguny w przybliżeniu pokrywają się z biegunami geograficznymi.

Jeżeli przystawimy magnes do stalowego elementu to zostanie on przyciągnięty lub poczujemy siłę, która będzie próbowała nam wyrwać magnes z ręki. Również dwa magnesy będą się przyciągać biegunami przeciwnymi. Na takiej zasadzie działa kompas. Igła, która się w nim znajduje jest małym magnesem. Jej umocowanie umożliwia swobodny obrót wokół własnej osi.

Właściwości pola magnetycznego wykorzystuje busola magnetyczna – najstarszy przyrząd do określania kursu. Jest on niezawodny, lekki i prosty w budowie, dlatego umieszcza się go na pokładach samolotów, w celu kontroli poprawności wskazań złożonych systemów, wskazujących kurs. Busola znajduje się na pokładach tak sławnych maszyn bojowych  jak F-16 czy F-18. 

Rys.1 - Pole magnetyczne Ziemi [1]

Ziemskie pole magnetyczne można sobie wyobrazić jako linie, mające swój początek w magnetycznym biegunie południowym i kończące się na biegunie magnetyczny północnym. W każdym punkcie tych linii narysujmy wektor do nich styczny. Jest to wektor natężenia pola magnetycznego. W każdym punkcie na Ziemi, wartość i kierunek wektora natężenia pola magnetycznego jest różny. Właśnie zgodnie z jego kierunkiem ustawia się igła magnetyczna. 

Rys. 2 - Linie pola magnetycznego [4]

Wektor ten rozdzielić można na dwie składowe: wektor prostopadły do powierzchni Ziemi oraz wektor do niej równoległy. Nazwijmy te składowe kolejno H i Z, natomiast całkowity wektor natężenia - T. Zgodnie z zasadami geometrii euklidesowej (whatever ;-)):

 (1)

 (2)

Składowa H powoduje ustawianie się igły magnetycznej w poziomie zgodnie z biegunami magnetycznymi. Jest to składowa użyteczna. Składowa Z odchyla igłę od poziomu, tym samym powodując błędy w jej ustawieniu. Kąt   to nachylenie magnetyczne lub inklinacja. 

Rys. 3 - Busola magnetyczna [3]

Rys. 4 - Budowa busoli magnetycznej [4]

Głównym elementem busoli jest róża wiatrów. Znajdujące się w niej magnesy ustawiają się zgodnie z wektorem natężenia pola magnetycznego, tym samym obracając róże. Jej obrót umożliwia specjale łożysko. Aby zmniejszyć wpływ składowej pionowej pola magnetycznego,  południowy koniec igły jest obciążany. W celi zmniejszenia tarcia róży o łożysko oraz częściowego wyeliminowania jej drgań, wypełnia się komorę busoli cieczą. 

Źródła:

1. http://pl.wikipedia.org
2. http://www.aguria.pun.pl
3. http://heading.pata.pl
4. Z. Polak, A. Rypulak, "Awionika, przyrządy i systemy pokładowe".