Comment fonctionnent les boussoles

Peu importe où vous vous trouvez sur Terre, vous pouvez tenir une boussole dans votre main et elle pointera vers le pôle Nord. Quelle chose incroyablement soignée et incroyable! Imaginez que vous êtes au milieu de l'océan, et que vous regardez tout autour de vous dans toutes les directions et que tout ce que vous pouvez voir, c'est de l'eau, et il est couvert de sorte que vous ne pouvez pas voir le soleil ... Comment diable sauriez-vous dans quel sens aller à moins que vous n'ayez une boussole pour vous dire dans quel sens est "en haut"? Bien avant les satellites GPS et autres aides à la navigation de haute technologie, la boussole offrait aux humains un moyen facile et peu coûteux de s'orienter..

Mais qu'est-ce qui fait qu'une boussole fonctionne comme elle le fait? Et pourquoi est-il utile pour détecter les petits champs magnétiques, comme nous l'avons vu dans Comment fonctionnent les électroaimants? Dans cet article, nous répondrons à toutes ces questions, et nous verrons également comment créer une boussole à partir de zéro!

Une boussole est un appareil extrêmement simple. UNE compas magnétique (par opposition à une boussole gyroscopique) se compose d'un petit aimant léger équilibré sur un point de pivot presque sans friction. L'aimant est généralement appelé un aiguille. Une extrémité de l'aiguille est souvent marquée «N», pour le nord, ou colorée d'une manière ou d'une autre pour indiquer qu'elle pointe vers le nord. En surface, c'est tout ce qu'il y a à une boussole.

1. Champ magnétique terrestre
2. Créer votre propre boussole maison
3. Le compas gyroscopique

La raison pour laquelle une boussole fonctionne est plus intéressante. Il s'avère que vous pouvez penser à la Terre comme ayant un gigantesque barreau magnétique enfoui à l'intérieur. Pour que l'extrémité nord de la boussole pointe vers le pôle Nord, vous devez supposer que l'aimant de barre enterré a son extrémité sud au pôle Nord, comme indiqué dans le diagramme à droite. Si vous pensez au monde de cette façon, alors vous pouvez voir que la règle normale "d'attirer les contraires" des aimants ferait pointer l'extrémité nord de l'aiguille de la boussole vers l'extrémité sud de l'aimant en barre enterré. Donc la boussole pointe vers le pôle Nord.

Pour être tout à fait précis, le barreau magnétique ne tourne pas exactement le long de l'axe de rotation de la Terre. Il est légèrement décentré. Ce biais est appelé le déclinaison, et la plupart des bonnes cartes indiquent quelle est la déclinaison dans différentes zones (car elle change un peu en fonction de l'endroit où vous vous trouvez sur la planète).

Le champ magnétique de la Terre est assez faible en surface. Après tout, la planète Terre mesure près de 8 000 miles de diamètre, le champ magnétique doit donc parcourir un long chemin pour affecter votre boussole. C'est pourquoi une boussole doit avoir un aimant léger et un roulement sans friction. Sinon, il n'y a tout simplement pas assez de force dans le champ magnétique terrestre pour faire tourner l'aiguille.

L'analogie du «grand aimant à barreaux enfoui dans le noyau» fonctionne pour expliquer pourquoi la Terre a un champ magnétique, mais ce n'est évidemment pas ce qui se passe réellement. Et alors est se passe vraiment?

Personne ne le sait avec certitude, mais il existe actuellement une théorie de travail qui fait le tour. Comme on le voit ci-dessus, on pense que le noyau de la Terre est constitué en grande partie de fer fondu (rouge). Mais au cœur même, la pression est si grande que ce fer super chaud se cristallise en un solide. La convection causée par la chaleur rayonnant du noyau, ainsi que la rotation de la Terre, provoque la fer liquide emménager dans un motif de rotation. On pense que ces forces de rotation dans la couche de fer liquide conduisent à de faibles forces magnétiques autour de l'axe de spin.

Il s'avère que parce que le champ magnétique terrestre est si faible, une boussole n'est rien d'autre qu'un détecteur de très légers champs magnétiques créés par quoi que ce soit. C'est pourquoi nous pouvons utiliser une boussole pour détecter le petit champ magnétique produit par un fil transportant un courant (voir Comment fonctionnent les électroaimants).

Voyons maintenant comment créer votre propre boussole.

Si vous n'avez pas de boussole, vous pouvez créer la vôtre de la même manière que les gens le faisaient il y a des centaines d'années. Pour créer votre propre boussole, vous aurez besoin des matériaux suivants:

• Une aiguille ou un autre morceau d'acier en forme de fil (un trombone redressé, par exemple)
• Quelque chose de petit qui flotte comme un morceau de liège, le fond d'une tasse à café en polystyrène, un morceau de plastique ou le bouchon d'un pot à lait
• Un plat, de préférence une assiette à tarte, de 9 à 12 pouces (23 à 30 cm) de diamètre, contenant environ 2,5 cm d'eau

La première étape consiste à transformer l'aiguille en un aimant. Le moyen le plus simple de le faire est d'utiliser un autre aimant - faites glisser l'aimant le long de l'aiguille 10 ou 20 fois comme indiqué ci-dessous.

Si vous avez du mal à trouver un aimant autour de la maison, deux sources possibles incluent un ouvre-boîte et un électroaimant que vous fabriquez vous-même (voir Comment fonctionnent les électroaimants).

Placez votre flotteur au milieu de votre plat d'eau comme indiqué ci-dessous.

La technique «float on water» est un moyen facile de créer un roulement presque sans friction. Centrez votre aiguille magnétique sur le flotteur. Il pointera très lentement vers le nord. Vous avez créé une boussole!

Une boussole magnétique comme celle créée à la page précédente présente plusieurs problèmes lorsqu'elle est utilisée sur des plates-formes mobiles telles que des navires et des avions. Il doit être de niveau et a tendance à se corriger assez lentement lorsque la plate-forme tourne. En raison de cette tendance, la plupart des navires et des avions utilisent plutôt des boussoles gyroscopiques.

Un gyroscope en rotation, s'il est supporté dans un cadre à cardan et tourné vers le haut, maintiendra la direction vers laquelle il pointe même si le cadre bouge ou tourne. Dans un gyrocompas, cette tendance est utilisée pour émuler une boussole magnétique. Au début du voyage, l'axe du gyrocompas est pointé vers le nord en utilisant un compas magnétique comme référence. Un moteur à l'intérieur du gyrocompas maintient le gyroscope en rotation, de sorte que le gyrocompas continuera à pointer vers le nord et s'ajustera rapidement et avec précision même si le bateau est dans une mer agitée ou si l'avion rencontre des turbulences. Périodiquement, le gyrocompas est vérifié par rapport au compas magnétique pour corriger toute erreur qu'il pourrait détecter.

Pour plus d'informations sur les boussoles, la navigation et les sujets connexes, consultez les liens sur la page suivante.

Articles Liés

• Pourquoi le pôle Nord bouge-t-il?
• Comment trouver True North
• Quiz sur la boussole
• Comment fonctionnent les électroaimants
• Comment fonctionnent les gyroscopes
• Comment fonctionnent les récepteurs GPS
• Comment fonctionne Magna Doodle
• Comment fonctionnera la propulsion électromagnétique  

Plus de liens intéressants

• Comment utiliser une boussole
• Comprendre et utiliser une boussole
• Se familiariser avec les bases de la boussole et de la carte
• Origine du magnétisme terrestre
• Laboratoire du magnétisme terrestre