Bússola

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Antecedentes

Uma bússola é um dispositivo usado para determinar a direção na superfície da Terra. O tipo mais familiar de bússola é a bússola magnética, que se baseia no fato de que um objeto magnético tende a se alinhar com o campo magnético da Terra. Outros tipos de bússolas determinam a direção usando a posição do Sol ou de uma estrela, ou contando com o fato de que um objeto girando rapidamente (um giroscópio) tende a resistir a ser desviado da direção para a qual seu eixo está apontando.

As partes básicas de uma bússola magnética são a agulha (um pedaço fino de metal magnético), o mostrador (um cartão circular impresso com as direções) e a caixa (que mantém as outras partes no lugar). Bússolas baratas, geralmente usadas como brinquedos, podem não ter outras partes. As bússolas destinadas a propósitos mais sérios geralmente têm outras partes para torná-las mais úteis. Essas outras partes podem incluir tampas, tampas ou estojos para proteger a bússola; miras fazendo uso de lentes, prismas ou espelhos para permitir ao usuário determinar a direção de um objeto à distância; e uma placa de base transparente marcada com uma escala de polegadas ou milímetros para que a bússola possa ser usada diretamente em um mapa.

Um recurso importante encontrado em muitas bússolas é o ajuste automático da declinação. A declinação, também conhecida como variância, é a diferença entre o Norte magnético (a direção para a qual a agulha aponta) e o Norte verdadeiro. Essa diferença existe porque o campo magnético da Terra não se alinha exatamente com seus pólos norte e sul. A quantidade de declinação varia de um lugar para outro na superfície da Terra. Se a quantidade de declinação for conhecida para uma área específica, o ajuste automático de declinação permite que o usuário da bússola leia a direção verdadeira diretamente da bússola, em vez de ter que adicionar ou subtrair a quantidade de declinação toda vez que a bússola for usada.

História

Por volta de 500 a.C. , sabia-se que a magnetita, uma forma natural de óxido de ferro também conhecida como magnetita, tinha a capacidade de atrair ferro. Ninguém sabe onde ou quando foi notado pela primeira vez que um pedaço de ímã que se movia livremente tendia a se alinhar de modo que estivesse apontando para o norte e o sul. Registros escritos indicam que os chineses usavam bússolas magnéticas por volta de 1100 A.D. , europeus ocidentais e árabes por volta de 1200 d.C. e escandinavos por volta de 1300 A.D.

As primeiras bússolas consistiam em um pedaço de magnetita em um pedaço de madeira, uma cortiça ou um junco flutuando em uma tigela de água. Um pouco mais tarde, uma agulha de magnetita foi girada em um pino fixado no fundo de uma tigela de água. Por volta do século XIII, um cartão marcado com direções foi adicionado à bússola. Em meados do século XVI, a tigela de água era suspensa em balancins, o que permitia que a bússola permanecesse nivelada ao ser usada a bordo de um navio sendo jogado pelo oceano.

Em 1745, o inventor inglês Gowin Knight desenvolveu um método para magnetizar aço por longos períodos de tempo. Isso permitiu que agulhas de aço magnetizado substituíssem as agulhas de magnetita. Durante o início do século XIX, o ferro e o aço começaram a ser usados ​​extensivamente na construção naval. Isso causou distorções na operação das bússolas magnéticas. Em 1837, o almirantado britânico criou uma comissão especial para estudar o problema. Em 1840, um novo desenho de bússola usando quatro agulhas teve tanto sucesso em superar essa dificuldade que logo foi adotado por marinhas de todo o mundo.

Até meados do século XIX, os navegadores usavam tanto bússolas de cartão seco, nas quais a agulha girava no ar, quanto bússolas líquidas, nas quais a agulha girava na água ou em outro líquido. As bússolas de cartão seco eram facilmente perturbadas por choques e vibrações, enquanto as bússolas de líquido tendiam a vazar e eram difíceis de consertar. Em 1862, melhorias no design das bússolas para líquidos rapidamente tornaram a bússola de carta seca obsoleta para uso naval. Na Primeira Guerra Mundial, o Exército Britânico usava bússolas líquidas em terra, e as bússolas líquidas ainda são o padrão para as melhores bússolas magnéticas manuais.

Matérias-primas

A agulha de uma bússola magnética deve ser feita de uma substância metálica, que pode ser magnetizada por um longo período de tempo. A substância mais comum usada para agulhas de bússola é o aço. O aço é uma liga de ferro e uma pequena quantidade de carbono. As matérias-primas usadas para produzir aço são minério de ferro e coque (uma substância rica em carbono produzida pelo aquecimento do carvão a uma alta temperatura na ausência de ar). Outras substâncias, como o cobalto, são frequentemente adicionadas ao aço para produzir ligas, que podem ser magnetizadas por um longo tempo.

O invólucro que mantém a agulha no lugar geralmente é feito de plástico acrílico. Os plásticos acrílicos são produzidos a partir de vários derivados do composto químico ácido acrílico. O mais importante desses derivados é o metacrilato de metila. Milhares de moléculas de metacrilato de metila estão ligadas em uma longa cadeia para formar metacrilato de polimetila, conhecido pelos nomes comerciais Lucite e Plexiglas. O polimetilmetacrilato tem as vantagens de ser forte e transparente.

O processo de fabricação

Fazendo a agulha

• 1 Minério de ferro, coque e calcário são aquecidos em um alto-forno por ar quente pressurizado. O coque libera calor, que derrete o minério, e monóxido de carbono, que reage com os óxidos de ferro do minério para liberar ferro. O calcário reage com as impurezas do minério, como o enxofre, para formar a escória, que flutua no ferro fundido e é removida. O produto desse processo é o ferro-gusa, que contém cerca de 90% de ferro, 3-5% de carbono e várias impurezas.
• 2 Para remover as impurezas e a maior parte do carbono, o oxigênio é injetado no ferro-gusa fundido sob alta pressão. As impurezas são liberadas como escória e o carbono é liberado como monóxido de carbono. O aço derretido restante é despejado em moldes e resfriado em lingotes que pesam milhares de libras cada.
• 3 Os lingotes são aquecidos a cerca de 2.200 ° F (1.200 ° C) e laminados entre rolos ranhurados para formar placas. A placa é cortada com tesouras gigantes, reaquecida e enrolada novamente até que tenha a espessura adequada para as agulhas. A fina folha de aço é então estampada com uma matriz afiada no formato de uma agulha. O processo é repetido para produzir muitas agulhas a partir de uma única folha de aço.
• 4 As agulhas são enviadas do fabricante do aço para o fabricante da bússola. Na fábrica de bússolas, as agulhas são inseridas manualmente em suportes em uma plataforma giratória automatizada. Conforme o prato giratório gira, a ponta "Norte" da agulha é borrifada com tinta vermelha e a ponta "Sul" da agulha é borrifada com tinta branca. Conforme a agulha continua, ela é exposta a um forte campo magnético produzido por um magnetizador eletrônico.
• 5 As agulhas magnetizadas são removidas do prato giratório e a tinta pode secar. As agulhas também podem ser assadas no forno para secar a tinta. Eles são então colocados no armazenamento até serem necessários para a montagem.

Fazendo a carcaça

• 6 O polimetilmetacrilato é formado submetendo uma solução de metacrilato de metila à luz, calor ou vários catalisadores químicos. Os componentes da caixa da bússola são então formados por um processo conhecido como moldagem por injeção. O polimetilmetacrilato é aquecido até derreter em um líquido. O plástico fundido é então injetado Uma visão frontal e lateral de uma bússola de agulha pivotada simples. em um molde com a forma do produto desejado. O molde é deixado esfriar, aberto e o plástico sólido é removido. Os vários componentes de plástico são despachados do fabricante do plástico para o fabricante da bússola e armazenados até serem necessários.

Montagem da bússola

• 7 Quando o fabricante da bússola recebe um pedido de um atacadista, o gerente da fábrica providencia para que as peças necessárias sejam enviadas do armazenamento para os trabalhadores em uma linha de montagem. Conforme a bússola avança ao longo da linha de montagem, os componentes de plástico são encaixados. Alguns componentes de plástico se movem pelas impressoras, que os carimbam com marcações como o logotipo de uma empresa ou com marcações em escala para uso com mapas.
• 8 Um dos componentes mais críticos de uma bússola é o frasco, que segura a agulha. A agulha é equilibrada em um pivô para permitir que ela se mova livremente. Bússolas baratas podem ter um pivô de aço, mas as melhores bússolas têm pivôs com joias para resistir ao desgaste. Os pivôs com joias são feitos de materiais muito duros, como liga de ósmio-irídio, e são tampados com um material como safira artificial.
• 9 Os frascos são mergulhados em um líquido que servirá como umedecedor. Um amortecedor é uma substância que faz com que a agulha pare mais rapidamente quando mexida. Vários líquidos são usados ​​para amortecedores. Esses líquidos devem ser transparentes e não devem reagir com nenhum dos componentes da bússola. Um líquido típico usado para esse propósito pode ser uma mistura de álcool etílico e água.
• 10 Os frascos cheios de líquido são selados por soldagem sônica. Isso evita a exposição da agulha ao calor, que pode atrapalhar seu magnetismo. Nesse processo, ondas ultra-sônicas são usadas para derreter o plástico no local onde o frasco deve ser selado. O plástico é então permitido solidificar, formando uma vedação hermética. A montagem da bússola continua enquanto o frasco selado é encaixado em uma placa de base. Uma bússola de placa de base.
• 11 As bússolas concluídas são embaladas de forma a protegê-las contra roubo e danos. Eles podem ser embalados em uma embalagem de molusco, na qual um recipiente de plástico semelhante a uma concha envolve a bússola. Eles também podem ser acondicionados em embalagem tipo blister, na qual uma bolha de plástico presa a um pedaço plano de papelão envolve a bússola. As bússolas embaladas são colocadas em caixas de papelão e enviadas para o atacadista.

Controle de qualidade

Em cada etapa do processo de fabricação, os vários componentes que compõem a bússola são inspecionados visualmente e removidos se estiverem com defeito. As imperfeições comuns incluem erros de impressão e bolhas no líquido de amortecimento. É muito improvável que a parte mais importante da bússola, a agulha magnética, esteja com defeito. Os poucos casos em que a agulha não funciona corretamente são geralmente causados ​​pela exposição do consumidor da agulha a um forte campo magnético ou elétrico. Nesses casos, a agulha pode ser remagnetizada de forma que aponte para trás, com a extremidade "Norte" apontando para o sul.

A parte mais importante do controle de qualidade de uma bússola magnética é a responsabilidade do usuário em aprender como usar a bússola corretamente. As bússolas são instrumentos muito confiáveis, mas inúteis se o usuário não souber como usá-las corretamente. Saber como permitir a declinação é uma habilidade crítica no uso de uma bússola magnética. Em algumas partes do mundo, a falha em permitir a declinação pode levar a um erro de vários graus, fazendo com que o usuário se afaste muitos quilômetros do destino pretendido. Uma excelente forma de aprender a usar corretamente uma bússola é participando na prática de orientação. Este esporte envolve o uso de um mapa e uma bússola para competir com outros na busca de um caminho de um ponto de partida até um destino selecionado.

O Futuro

Durante a década de 1970, a Marinha dos Estados Unidos deu início a um projeto ambicioso conhecido como Sistema de Posicionamento Global (GPS). O projeto GPS foi assumido pela Força Aérea dos Estados Unidos na década de 1980 e concluído em junho de 1993. O GPS consiste em um sistema de 24 satélites contendo relógios atômicos que transmitem sinais de tempo extremamente precisos para a Terra. Ao analisar a hora exata em que esses sinais chegam a um receptor, é possível determinar a posição com grande precisão. Dispositivos não muito maiores do que uma bússola comum podem determinar a localização dentro de cerca de 100 pés (30 m).

À primeira vista, pode parecer que o GPS ameaça tornar a bússola magnética obsoleta. Na verdade, exatamente o oposto é verdadeiro. Como o GPS indica a posição, mas não a direção, os fabricantes de equipamentos GPS recomendam que seja usado com uma bússola. As bússolas também têm a vantagem de não necessitar de fornecimento de energia. Ao contrário do GPS, as bússolas podem ser usadas quando uma grande cobertura de árvores ou grandes edifícios bloqueiam a recepção de sinais eletrônicos. Embora o GPS prometa revolucionar a navegação, as bússolas tradicionais continuarão sendo um componente vital na maneira como nos orientamos.