BUSSOLA

BUSSOLA (fr. compas o boussole; sp. compase; ted. Kompass; ingl. compass)

Strumento che serve ad orientare, eppero di particolare imponanza nella navigazione, anche aerea. Si fonda sulla proprietà che ha l'ago magnetico di rivolgersi verso il nord, ma esistono anche bussole fondate sulle proprietà del giroscopio.

Notizie storiche. - Come per molte altre invenzioni, i Cinesi, fondandosi su notizie leggendarie raccolte nei loro annali, si vantano di avere per primi, in tempi remotissimi, utilizzato la virtù del magnete per orientarsi. Klaproth per primo riferì la notizia di fonte cinese, secondo la quale l'ago magnetico sarebbe stato usato in Cina fin dal 2634 a. C. Si parla di un carro nel quale erano alcune figurine che davano la direzione del sud, il punto cardinale píu̇ importante per i Cinesi (chizan "indicatore del sud"). Probabilmente questo carro era quello che portava il capo o la guida nei viaggi di carovane o di eserciti. Ma solo sotto il regno dell'imperatore Hian-tsoung (806-820 d. C.) si ha una descrizione precisa di tale carro. Il primo cenno cinese del potere del magnete si trova in un dizionario finito di compilare nel 121 d. C. Però Marco Polo (sec. XIII) non parla della bussola. I primi cenni storici sull'utilizzazione in Europa della forza direttiva magnetica ci riconducono alla fine del sec. XII o al principio del XIII e riguardano gl'Italiani e precisamente gli Amalfitani, che, nei loro viaggi in Siria e in Egitto, impiegavano praticamente la conoscenza della proprietà direttiva del magnete. La notizia che gli Amalfitani avessero inventata la bussola, data dal Panormita e ripetuta da Flavio Biondo, attraverso una citazione di Battista Pio fraintesa da Giglio Gregorio Giraldi, nel suo De re nautica (1540), diede origine a un inesistente Flavio Gioia di Amalfi, che nel 1302 avrebbe costruito la prima bussola. Accanto agl'Italiani vennero all'impiego del magnete gli altri popoli del Mediterraneo, i Francesi e gli Spagnoli, poi i Portoghesi e poi i popoli del nord, Tedeschi e Inglesi.

Questa primitiva bussola consisteva in una sbarretta magnetizzata fissata sopra un pezzo di legno ò canna che veniva fatto galleggiare in un recipiente con acqua. Così erano le agujas de marear del Trecento. Gl'Italiani apportarono dei miglioramenti: prima, ripari di vetro perché il galleggiante non fosse disturbato dal vento, poi, verso la metà del sec. XIV, sospensione del magnete sopra una punta e, infine, sovrapposizione di una rosa dei venti sul magnete. Così venne la cosiddetta bussola, dalla cassetta che conteneva il magnete. Le prime rose, divise in quarte (quadrante diviso in 8 parti; i popoli dell'Estremo Oriente davano la divisione in 12 parti), sono assai ornate. Nel sec. XVI i disegni delle divisioni cardinali e intercardinali assumono carattere artistico.

Le prime apparizioni della sospensione cardanica si hanno intorno alla metà del sec. XVI. Una descrizione esatta di una buss0la con sospensione cardanica si ha nel Breve compendio de la esfera y de la arte de navegar di Martín Cortés (1551). In esso si danno delle direttive precise per la costruzione della bussola. Ai perfezionamenti delle bussole sono in gran parte da attribuirsi le più grandi scoperte di nuove terre, che vengono fatte a partire dalla metà del sec. XV. Nel principio del sec. XVII si comincia a parlare di sistemi per rilevamenti.

Col fiorire della navigazione dei Fiamminghi, degl'Inglesi e dei Francesi nei secoli XVI e XVII, l'arte di costruire bussole fra questi popoli supera l'arte italiana. Nel principio del sec. XIX si cominciano ad avere bussole a secco costruite con criterî scientifici. Nel 1838 si riunì in Inghilterra una Commissione delle bussole. Ne risultò la cosiddetta bussola normale dell'Ammiragliato inglese (Admiralty Standard Compass), la prima bussola a quattro aghi costruita con criterî più completi di meccanica e di magnetismo. Questa fu usata su navi in ferro fino a quando nel 1877 sir W. Thomson non costruì la sua bussola basata sul principio di una rosa leggerissima, con 8 piccoli aghi. Questa s'impose in breve tempo. Solo verso la fine del secolo scorso s'introdussero le bussole a liquido e quasi contemporaneamente: in Italia (Magnaghi), in Austria (Peichl, Florian), in Germania (Bamberg), negli Stati Uniti d'America (Ritchie), in Russia (Oglobinskij).

Bussola magnetica.

LA bussola magnetica indica la direzione della componente orizzontale della forza magnetica terrestre. Nella sua più semplice espressione la bussola magnetica è costituita da un ago magnetico appoggiato nel suo centro di gravità sopra un perno e libero di rotare sul piano orizzontale. A quest'ago è fissato un cerchio graduato da 0° a 360° (rosa). L'ago magnetico, obbedendo all'influenza del magnetismo terrestre, dirige costantemente una delle sue estremità verso il Polo Nord magnetico. La graduazione Nord della rosa si fa corrispondere a quest'estremità dell'ago. Il tutto è contenuto in una scatola cilindrica metallica (mortaio) protetta superiormente da un vetro. Il mortaio è sospeso alla cardanica, cioè mediante cerchi mobili concentrici imperniati l'uno all'altro ad angolo retto in modo da mantenere la bussola orizzontale malgrado il rollio e il beccheggio della nave. Sulla periferia interna del mortaio, generalmente dipinto all'interno in bianco, è segnata una striscia nera verticale, la linea di fede, giacente nel piano longitudinale della nave o in un piano a esso parallelo. Il timoniere maneggiando la ruota del timone, tiene costantemente la linea di fede a corrispondere alla graduazione della rosa che rappresenta la direzione (rotta) che deve seguire la nave. Il semplice ago schematico è sostituito, nelle bussole in uso, da più aghi paralleli, aumentando così il momento magnetico della rosa, indicandosi comunemente col nome di rosa il complesso del fascio d'aghi magnetici e del cerchio graduato.

Si hanno bussole a secco e bussole a liquido.

Le prime sono provviste di aghi piccoli e leggieri, uniti fra loro con sottili fili di seta; sopra a questi sta un cerchio graduato di carta. La rosa di queste bussole pesa pochissimo, in modo da rendere piccolissimi gli attriti sul perno.

Le seconde sono provviste di grossi e potenti magneti, pesanti, contenuti entro un galleggiante, su cui è fissato il cerchio graduato. Il tutto è immerso in un liquido che generalmente è una miscela di acqua e alcool (questo per rendere più basso il grado di congelamento del liquido). Così si ottengono grandi momenti magnetici delle rose, grande smorzamento (da parte del liquido) delle oscillazioni delle rose stesse, e, con galleggianti bene studiati, minimo attrito sul perno o punta di sospensione. Le bussole a liquido sono assolutamente necessarie su navi soggette a bruschi movimenti o a vibrazioni prodotte dai propulsori. Sono più complicate e costano più di quelle a secco.

Il mortaio contenente la rosa poggia, alla cardanica, sopra un robusto cerchio fissato su una colonna di legno che prende il nome di chiesuola. Questo cerchio può avere dei piccoli movimenti intorno all'asse verticale passante per il suo centro per far sì che la linea di fede sia aggiustata in modo da indicare esattamente la direzione poppa-prora della nave. Entro la chiesuola sono posti i magneti permanenti compensatori e di lato ad essa, per traverso-nave, sono applicate le sfere o cilindri di ferro dolce, per compensare la bussola (v. magnetismo navale). La chiesuola è robustamente fissata al ponte della nave. A proteggere la bussola in cima alla chiesuola si mette una copertura metallica, sfinestrata (cuffia).

La bussola, oltre a indicare la direzione che segue la nave, serve anche a dare la direzione azimutale degli oggetti che dalla nave si vedono; oggetti terrestri o astri. Perciò la bussola è provvista di un traguardo o grafometro, costituito schematicamente da due pinnule verticali sporgenti da un cerchio orizzontale, e secondo un diametro di questo; esso viene sovrapposto al mortaio ed è libero di rotare orizzontalmente intorno all'asse verticale passante per il centro del mortaio e quindi della rosa.

Girando il traguardo fino a che le due pinnule sono nella direzione dell'oggetto si fa lettura sulla rosa della graduazione corrispondente a tale direzione. Tale lettura dà l'azimut e il rilevamento dell'oggetto. La bussola provvista di questo traguardo si chíama bussola azimutale ed è posta in un sito della nave, ad orizzonte quanto è possibile libero e perciò in una posizione sopraelevata. La bussola che serve al timoniere si chiama bussola di rotta. Sulle navi da guerra vi sono bussole poste in locali protetti, entro corazza. Le indicazioni di queste vengono trasmesse alla torretta di comando mediante congegni elettrici o apparecchi ottici.

Bibl.: Il trattato italiano più ampio è quello di F. Corbara, Trattato teorico-pratico sul magnetismo delle navi in ferro e sulla bussola marina, Genova 1907. Inoltre: P. Leonardi-Cattolica, Trattato di navigazione. Teoria ed impiego della bussola magnetica, Livorno 1916; facile manualetto è E. Modena, Bussole, Livorno 1925; da consultare è anche E. Meldau, La bussola (trad. Modena), Genova 1912. Molte memorie furono pubblicate sull'argomento in Rivista marittima, passim. Tra i trattati stranieri, v.: F. Ridiger e N. Oglobinskij, Rukovodstve po deviacii kompasor (Guida per la deviazione delle bussole); Pietrobugo 1878; F. Evans e A. Smith, Admiralty Manual for the deviations of the Compass, Londra 1921; buoni i manuali: M. Guyon, Descriptions et usage des instruments nautiques, Parigi 1889; id., Manuel des instruments nautiques, Parigi 1889; E.W. Creak, Elementary manual for the deviations of the Compass in iron ships, Londra 1902; T.A. Lyons, Treatise on electromagnetic phenomena and the Compass, Nuova York 1901-03; U.S. Naval Institute, A practical manual of the Compass, Nuova York 1921; classici sono i lavori dell'Airy, del Creak, dell'Evans, pubblicati specialmente in Phil. Trans., Proceedings of the Roy. Soc., e in Journal of the Roy. Unit. Serv. Inst.; così quelli del Florian, in Mitt. aus dem Geb. des Seewesens. Tra i molti altri lavori, citiamo quelli degl'italiani Magnaghi, Aubry, Ricci, Pes, Tonta, Santi.

Bussole per aviazione.

Le differenze notevoli fra la navigazione aerea e la navigazione marittima dovevano richiedere per la bussola aeronautica caratteristiche speciali, particolarmente adatte al suo impiego. Le prime limitazioni dovevano necessariamente imporsi all'ingombro e al peso. Inoltre, i movimenti dell'aeromobile, molto più rapidi di quelli della nave, le vibrazioni rilevanti ed inevitabili, dovute sia ai motori sia alle oscillazioni stesse delle strutture degli apparecchi durante il loro moto nell'atmosfera, esigevano dalle nuove rose caratteristiche di ottima resistenza al trascinamento del liquido e di notevole stabilità. Si vennero così delineando le seguenti nuove esigenze: a) strumenti di dimensioni molto ridotte; b) mortai piccoli con tendenza alla forma sferica onde ridurre al minimo il trascinamento del liquido, che a sua volta avrebbe trascinato la rosa: c) equipaggi con masse magnetiche ridotte per diminuire il più possibile l'inerzia del movimento e le probabilità di rottura delle punte di sospensione, rotture che sarebbero state inevitabili se i pesi della rosa per aerei si fossero mantenuti nell'ordine di quelli impiegati nella marina. d) quadranti piccoli e lontani dalle superficie dei mortai, e da ciò la necessità di un sistema d'ingrandimento ottico per agevolare la lettura di tali quadranti.

Rappresentano un particolare di passaggio fra le bussole marine e quelle aeree le rose munite di galleggiante per diminuire il peso gravante sulle punte di sospensione, e così pure l'ingrandimento affidato ai prismi di riflessione, di penosa lettura in certe condizioni di luce, ma d'altra parte inevitabili per l'impossibilità da parte del pilota di mutare la sua posizione relativa rispetto alla bussola. Oggidì lo stesso recipiente sferoidale, che contiene la rosa, funziona da lente, oppure questa viene fissata all'istrumento.

La compensazione della semicircolare non può, come sarebbe opportuno, e come avviene nella bussola marina, essere fatta con magneti collocati a una certa distanza dalla rosa. I magneti correttori devono essere raccolti in prossimità del corpo dello strumento e risultano in tal modo ravvicinati all'equipaggio mobile.

Nei tipi più semplici la compensazione si effettua collocando i magnetini in apposite sedi ricavate nel piano longitudinale e nel piano trasversale dello strumento stesso. Tale genere di compensazione, però, pure con l'impiego di magneti di diverse potenze, non permette la correzione regolare e precisa perché i campi correttori variano la loro intensità in modo discontinuo. Fu perciò studiata nei tipi più moderni la possibilità di effettuare la correzione in maniera più esatta, con variazioni continue del campo magnetico correttore. Tali sistemi di compensazione furono attuati in modo da poter avere già inizialmente nello strumento stesso tutti gli organi necessarî alla creazione di questi campi, e tali che le variazioni si potessero ottenere con comandi esterni, e senza essere costretti volta per volta ad aggiungere o togliere nuovi magneti, operazione questa in pratica alquanto disagevole.

Le compensazioni di tale genere sono varie per quanto concerne la loro realizzazione, ma il concetto è quello di avere inizialmente, e per il piano longitudinale e per quello trasversale, due campi magnetici, uguali e di senso invertito, tali cioè da neutralizzare la loro azione, e suscettibili, mediante opportuni dispositivi, di fare prevalere l'azione di uno dei due rispetto alla rosa.

È buona norma, nelle bussole con queste compensazioni continue, avere graduazioni di riferimento immediate, dalle quali sia possibile un rapido controllo delle posizioni degli organi correttori.

Per quanto riguarda le deviazioni prodotte dal campo dovuto al ferro dolce di bordo, occorre premettere che di massima esse sono molto ridotte, data la natura dei materiali costituenti nella quasi totalità gli attuali apparecchi, cioè acciai ad alta resistenza, duralluminio e legno. Comunque non è conveniente, sugli aeroplani, eseguire la compensazione della quadrantale con masse di ferro dolce da collocarsi fuori dell'influenza dell'equipaggio mobile. Occorrerebbero per questo masse di peso notevole e disponibilità di spazio non indifferente. L'unica compensazione possibile è quella da effettuarsi con masse di ferro dolce collocate in vicinanza della rosa e soggette quindi alla sua influenza magnetica. In queste condizioni la compensazione non ha carattere definitivo, ma dovrebbe essere variata col variare dell'intensità del campo terrestre nelle diverse località attraversate durante la navigazione. Questa operazione, però, che richiederebbe calcoli e nuove operazioni di compensazione è di attuazione pratica pressoché impossibile durante il volo. E pertanto, dato che di massima, come già si è detto, le deviazioni quadrantali sono di ordine molto ridotto, nella maggior parte dei casi si è ritenuta praticamente superflua la compensazione del ferro dolce di bordo.

Un altro dispositivo particolarmente utile nell'impiego delle bussole di aviazione, dove cioè il pilota non ha né il tempo né la tranquillità per eseguire con molta precisione letture difficili, è l'impiego di quadranti di riferimento, di dispositivi cioè riproducenti esattamente il quadrante, concentrici al quadrante stesso, disposti internamente o esternamente al mortaio, oppure completanti con il quadrante stesso un particolare disegno, in modo che, regolati in una certa posizione, possano dare a colpo d'occhio l'idea se la rosa è nella corrispondente posizione o no. Regolando tali quadranti di riferimento per ogni angolo di rotta riesce più comodo mantenere il governo della rotta stessa.

Tipi di bussole usate in aeronautica. - Le prime bussole impiegate in aviazione furono i tipi da marina, normalmente usati sulle siluranti o sul naviglio leggero: tipi abbandonati in seguito perché troppo pesanti e ingombranti.

Bussola Vion. - Uno dei tipi progettati appositamente per l'uso in aviazione, ma nel quale ancora si nota l'influenza dei tipi marini, è la bussola francese Vion, riprodotta dalla fig. 4 nel tipo Q. S. C. 27. È munita di sistema di compensazione per la semicircolare e per la quadrantale. La rosa piana è munita di galleggiante per diminuire il peso sulla punta di sospensione. La lettura si può fare direttamente o mediante prisma d'ingrandimento. Le dimensioni di ingombro sono: laighezza 210 mm., piofondità 190 nm., altezza 220 mm. Il peso della bussola Vion è di kg. 3,570.

Bussole Smith. - Sono caratterizzate dalla forma speciale dell'equipaggio mobile, visibile nella fig. 5, il cui pregio è di ritornare allo zero senza oscillazioni quando per cause estranee sia stato deviato dalla sua posizione di riposo. Notevole pure è il sistema di sospensione per mezzo di cuscinetti di gomma musse. Esperienze in corso hanno già permesso di constatare l'efficacia del sistema ad impedire che l'ago sia deviato dalle vibrazioni.

Il tipo "orientamento" e il tipo "navigazione" permettono il mantenimento della rotta assai semplicemente. Fatto rotare da principio il cerchio graduato dell'angolo voluto, si manovra l'apparecchio in modo che uno dei fili paralleli tesi sul quadrante coincida colla direzione nordsud dell'ago magnetico colorato in rosso.

Nel tipo di "grande navigazione" la rosa è costituita da otto aghi, il primo dei quali diretto al sud porta il numero 0 e gli altri, distanziati di 50 in 50 gradi, portano un numero alternativamente rosso o nero che indica le centinaia di gradi dalla origine (fig. 6). Gli aghi con i loro numeri sono visibili attraverso una finestra laterale; le decine e unità di gradi si leggono su due settori graduati da 0° a 50° e da 50° a 100°, l'uno per gli indici rossi, l'altro per i neri.

I sistemi di compensazione sono ridotti alla forma più semplice. Previsti per la sola semicircolare, consistono unicamente in un blocchetto di legno, da applicarsi sotto la bussola; e nel corpo di questo, in appositi fori, vengono collocati i magneti compensatori.

Dati d'ingombro e pesi: tipo "orientamento": diametro 150 . mm., altezza 90 mm., peso kg. 1, 100; tipo "navigazione": diametro 200 mm., altezza 100 mm., peso kg. 2,900; tipo "grande navigazione": diametro 200 mm., altezza 130 mm., peso kg. 3,200.

Bussola Pezzani. - È il tipo recentemente adottato dalla R. Aeronautica italiana (fig. 7). La rosa è ad anello cilindrico per la lettura di fianco, essendo la postazione più conveniente della bussola di fronte al pilota all'altezza degli occhi. Il mortaio, munito di un fondo a membrana elastica, ha pure una cavità torica in comunicazione col liquido, entro la quale possono venire raccolte le eventuali bolle d'aria che si formassero nel mortaio. La compensazione esiste solo per la semicircolare ed è effettuabile con variazioni continue dei campi correttori, longitudinali e trasversali, regolabili con bottoni di comando esterni e controllabili con apposito dispositivo di lettura della posizione degli organi correttori.

Esternamente esiste un quadrante di riferimento, una graduazione per la correzione della declinazione, spostabile per l'esatto collocamento del piano di lettura della bussola nel piano longitudinale dell'apparecchio. Vi è infine un'altra graduazione, che consente, qualora la bussola fosse collocata di fianco e fosse perciò necessaria una rotazione del mortaio fino a che l'indice venga a trovarsi in posizione di comoda lettura, di tener conto dell'angolo di tale spostamento e della correzione da portare alla lettura per questo errore. L'ingombro è: altezza 150 mm., larghezza 90 mm., profondità 104 mm., peso kg. 1,020.

Gli altri tipi più usati in aeronautica sono le bussole Pioneer, Ludolpj, Ahak.

Bibl.: E. Cianetti, La bussola, Torino 1918; A. Castiglioni, Le bussole per l'aeronautica, in Aeronautica, 1927, n. 8; G. Santoro e L. Biondi, Trattato elementare di navigazione aerea, Milano 1927.

Bussola topografica.

Le bussole topografiche sono goniometri nei quali si utilizza la virtù direttiva dell'ago calamitato: sono sempre bussole di declinazione, nelle quali cioè la inclinazione è annullata da un contrappeso che è bene sia spostabile lungo l'ago se questo si vuol mantenere orizzontale a diverse latitudini. Lo strumento consiste essenzialmente in una scatola piatta, quadrata o circolare, nel cui centro si eleva in breve punta su cui è equilibrato, mediante un cappelletto d'agata per diminuire l'attrito, l'ago magnetico; le due punte nord e sud (azzurra e bianca) servono da indici opposti di lettura lungo una graduazione incisa su una corona circolare fissa al fondo della scatola. Connessa con questa scatola, e girevole attorno a un asse da rendersi verticale, è la linea di mira, determinata o da un traguardo (bussole a traguardo) o da un cannocchiale (bussola a cannocchiale), centrata o eccentrica e girevole attorno a un asse orizzontale per adattarsi alle diverse inclinazioni (figg. 8, 9, e 10). Lo strumento si monta su un treppiede, o per mezzo di un tronco di cono cavo e ginocchiera sferica, o mediante tre viti di livello, per modo che con l'aiuto di una piccola livella, lineare o sferica, applicata alla scatola, questa possa rendersi con la graduazione orizzontale. Se il piano verticale descritto dalla linea di mira nel suo movimento in altezza risulta parallelo al diametro 0°-180° della graduazione, la lettura che si fa alla punta N. dell'ago in equilibrio, quando si collima un punto, dà l'azimitt magnetico della direzione di quel punto, dal quale si passa all'azimut astronomico conoscendo la declinazione del luogo, cioè l'angolo orizzontale che l'asse dell'ago verso N. comprende con la direzione del nord astronomico. La differenza fra due azimut magnetici dà l'angolo fra le due direzioni considerate.

La declinazione varia da luogo a luogo e in uno stesso luogo subisce variazioni periodiche ed accidentali. Fra le prime importa al topografo la variazione diurna, che può anche raggiungere e superare gli 8′ e 9′. Le variazioni accidentali sono prodotte da perturbazioni che vanno sotto il nome di uragani magnetici, durante i quali non è il caso di adoperare la bussola. L'uso di questo strumento esige inoltre l'assenza di oggetti di ferro sulla persona dell'osservatore o comunque prossimi, ed è da escludersi sui terreni e nelle miniere con rocce magnetiche. Anche nelle miniere di materiali amagnetici, durante le osservazioni, è bene togliere le eventuafi rotaie dei carrelli nel tratto prossimo alla stazione. La bussola non può considerarsi come un goniometro di precisione, sia per le variazioni della declinazione, sia per l'attrito che non può annullarsi fra il fulcro e l'ago e per la difficoltà di stimare le letture della graduazione alle punte: in generale non può dare un'approssimazione superiore al decimo di grado. Tuttavia è preziosa in tutti i casi in cui non è possibile la determinazione dell'orientamento con mezzi più precisi e specialmente sulle miniere dove al rilievo, che segue il lavoro d'escavo, non occorre una grande precisione, e dove le bussole si sospendono anche cardanicamente a fili tesi superiormente lungo gli assi dei diversi tratti, ottenendosene così le direzioni. Si adopera con profitto anche un tipo di bussola a traguardi con prisma, nella quale il cerchio graduato, anziché fisso alla scatola, è solidale con l'ago che ne costituisce un diametro: un prisma fisso all'armatura permette la lettura in corrispondenza della fessura di traguardo.

Bussola giroscopica.

La bussola magnetica non è sempre utilizzabile per orientarsi nella navigazione. Ciò dipende dal fatto che sulle navi si hanno molte parti in ferro e acciaio che sono in genere un po' magnetizzate e perturbano, talvolta considerevolmente, le indicazioni della bussola. L'inconveniente è particolarmente sentito nei sottomarini, le pareti esterne di essi agiscono infatti come schermo magnetico sulle parti interne, per modo che il campo magnetico terrestre non può praticamente penetrare nell'interno della nave. Quando non è possibile usare la bussola magnetica, ci si serve della bussola giroscopica (introdotta al principio di questo secolo per opera dello Anschütz) basata sull'influenza che ha la rotazione della terra sopra l'orientazione di un giroscopio, opportunamente sospeso (fig. 11). Per comprendere le proprietà e il funzionamento della bussola giroscopica consideriamo l'apparecchio rappresentato schematicamente della fig. 12. Il telaio rigido A B è girevole attorno all'asse verticale a a. Il telaio sostiene poi, sui pernî b b, un corpo C, in modo che esso possa rotare intorno all'asse orizzontale b b. Il corpo C ha la forma di solido di rotazione, avente b b come asse. Imprimiamo a C un rapido moto di rotazione intorno al suo asse. Il telaio allora si sposterà, ammesso almeno che i pernî a a che lo sostengono siano enormemente scorrevoli, e, dopo alcune lente oscillazioni, andrà a disporsi nel piano del meridiano permettendo così di trovare la direzione del nord.

Questo fatto si spiega tenendo presente l'influenza della rotazione terrestre sul movimento del giroscopio C. La rotazione terrestre si può decomporre in tre rotazioni, una ω₁ con asse verticale, un'altra ω₂ con asse orizzontale parallelo a b b, una terza, ω₃, con asse orizzontale perpendicolare al piano del telaio. Le due componenti ω₁ e ω₂ non hanno evidentemente alcun effetto sul moto del corpo C. Esse invero non trasmettono a C alcuna forza, avendo i loro assi paralleli agli assi a a e b b attorno a cui è girevole il telaio e il corpo C. La componente ω₃ invece tende a far girare il sistema. Per le proprietà del giroscopio esso tende allora a spostarsi in direzione perpendicolare a quella in cui viene sollecitato; esso roterà perciò, trascinando nel suo movimento il telaio, intorno all'asse a a. La posizione d'equilibrio si raggiunge soltanto quando la componente ω₃ si annulla, ciò che evvidentemente avviene quando il telaio si trova nel piano del meridiano.

Per il funzionamento di una bussola giroscopica è dunque essenziale che il giroscopio non sia perfettamente libero, ma sia sottoposto ad una coppia che tenda a mantenere continuamente orizzontale il suo asse. La coppia direttiva, cioè quella che tende a disporre l'asse di rotazione del giroscopio nel piano del meridiano vero, risulta però indipendente dal momento della coppia suddetta. Essa dipende invece dalla componente della rotazione terrestre, che ha sempre un valore molto piccolo, e che decresce dall'equatore fino ad annullarsi ai poli: ciò significa che la girobussola è inservibile nelle alte latitudini, come la bussola magnetica. La coppia direttiva della bussola giroscopica dipende poi anche dalla velocità di rotazione e dal momento d'inerzia del giroscopio, e può quindi essere aumentata aumentando queste caratteristiche costruttive. Ma non si può in pratica andare oltre certi limiti, per cui la coppia direttiva risulta sempre molto piccola: tuttavia essa è sempre molte volte maggiore di quella del bussola magnetica. Questo, insieme all'indipendenza dal magnetismo terrestre e dal ferro di bordo, è un grande vantaggio della bussola giroscopica in confronto di quella magnetica.

Il piccolo valore della coppia direttiva impone la massima cura nella riduzione degli attriti della sospensione: ma, ciò facendo, si viene anche a ridurre la loro efficacia come freno alle oscillazioni che la bussola compie prima di orientarsi in meridiano, per cui si rende necessario introdurre un altro sistema di smorzamento. È ovvio che questo sistema deve essere tale da non aumentare in alcun modo gli attriti e le altre resistenze passive.

La bussola giroscopica a bordo di una nave in movimento è soggetta a varie cause di errore, di cui le principali sono:1. rotta e velocità della nave; 2. cambiamenti di rotta e di velocità; 3. rollio e beccheggio.

Deviazioni dipendenti dalla rotta e dalla velocità. - La velocità della nave che trasporta la bussola giroscopica si compone geometricamente con la velocità periferica terrestre, per cui nello spazio la bussola si muove come per effetto di un'unica rotazione che è leggermente diversa in grandezza e direzione da quella naturale terrestre. L'effetto di questo mutamento di direzione della rotazione che agisce sulla bussola, e che ne provoca l'orientamento, è quello di disporre l'asse del giroscopio non nel meridiano vero ma in un meridiano fittizio, inclinato rispetto al primo di un angolo che può raggiungere i due gradi. La grandezza e il segno di questo angolo, che è una vera e propria deviazione della bussola, sono indipendenti dal tipo di bussola usata, e dipendono invece dalla latitudine in cui si naviga, dalla rotta e dalla velocità della nave. Tutte le bussole provvedono alla correzione di queste deviazioni, o mediante tabelle a tre entrate, o meccanicamente con apposito congegno applicato alla bussola (Sperry).

Deviazioni dovute a mutamenti di rotta e di velociià. - Ogni variazione degli elementi del moto della nave provoca nel giroscopio della bussola, che è sospeso, un'accelerazione tendente a spostarne l'asse nel piano verticale. Questo disturbo della posizione di equilibrio del giroscopio genera un movimento di precessione nel piano orizzontale, e quindi una deviazione che viene chiamata balistica e che può anch'essa raggiungere il valore di due gradi. Bisogna dotare la bussola di un energico sistema di smorzamento per averla orientata in meridiano entro un tempo non troppo lungo (tre o quattro ore). Generalmente il fattore di smorzamemo, cioè il rapporto fra le ampiezze di due oscillazioni successive, è uguale a un terzo: la curva di smorzamento assume allora la forma indicata in figura 13, mentre la curva delle oscillazioni della stessa bussola non smorzata è rappresentata nella figura 14.

Deviazioni dovute al rollio e al beccheggio della nave. - Il rollio con prora a nord o sud, e il beccheggio con prora a est od ovest, essendo movimenti che tendono a spostare l'asse del giroscopio parallelamente a sé stesso, non ne disturbano la posizione d'equilibrio e quindi non danno luogo a deviazioni. Il rollio con prora a est od ovest, e il beccheggio con prora a nord o sud, tendono invece a spostare l'asse del giroscopio nel piano del meridiano (piano nord-sud), ne disturbano la posizione d'equilibrio, e generano delle deviazioni. La compensazione di queste deviazioni viene fatta anzitutto disponendo la bussola in locale prossimo all'incrocio degli assi di rollio e beccheggio della nave (nei ponti inferiori), in modo che essa abbia a risentire poco di tali movimenti: le indicazioni della bussola-madre vengono poi trasmesse elettricamente in varî punti della nave ad utenti, chiamati ripetitrici, che risultano molto più piccole e maneggevoli della madre. Le deviazioni dovute al rollio e al beccheggio non vengono però ad essere completamente evitate con tale disposizione, e allora si provvede a compensarle facendo sì che le sollecitazioni disturbatrici intervengano soltanto quando la bussola è verticale nel piano est-ovest: e ciò viene ottenuto, o stabilizzando la bussola in maniera da farla restare sempre verticale anche se la nave rolla o beccheggia, oppure sfasando le sollecitazioni disturbatrici rispetto al periodo d'oscillazione della nave. I risultati ottenuti con ambedue i sistemi sono ottimi: le deviazioni superano oggi raramente il mezzo grado.

Oggidì le bussole giroscopiche in uso sono, in ordine cronologico di brevetto, la Anschütz (tedesca), la Sperry (americana), la Brown (inglese), e la Florentia (italiana). Si descrivono qui sotto i primi due tipi, che sono i più diffusi in tutte le marine, e la bussola Florentia che è l'unica costruita in Italia.

Bussola giroscopica Anschütz. - Nel più recente modello di questa bussola, l'elemento sensibile T (fig. 15) contiene due giroscopî con gli assi a 90° (fig. 16) ed è di forma sferica, completamente immerso e galleggiante nell'acqua acidula contenuta in un recipiente M anch'esso di forma sferica. Il centro di gravità di T è leggermente al disotto del suo centro di spintà, per cui l'elemento sensibile è continuamente sollecitato a rimanere col suo equatore orizzontale: nel piano dell'equatore giacciono gli assi dei due giroscopî, i quali sono collegati fra loro, come è índicato nella fig. 16, e concorrono ambedue a generare la coppia direttiva verso il nord. I giroscopî sono mantenuti in movimento mediante una corrente trifase mandata dall'esterno attraverso l'acqua acidula, e della quale ci si serve anche per comandare il sistema d'inseguimento. L'elemento sensibile non ha alcun contatto meccanico con la sfera esterna perché un magnete soffiante dal basso compensa il suo leggiero eccesso di peso: l'attrito è quindi ridotto al minimo. Del resto l'elemento sensibile si può spostare in azimut solo di un piccolissimo angolo rispetto al recipiente esterno, perché questo subito si muove nello stesso senso, grazie a un sensibilissimo sistema elettrico d'inseguimento che mantiene la sfera esterna costantemente nella stessa posizione rispetto all'interna. La sfera esterna porta superiormente la rosa (R, nella fig. 15) e i suoi movimenti vengono elettricamente trasmessi alle ripetitrici. Nell'interno dell'elemento sensibile due vaschette d'olio, disposte per nord-sud, e comunicanti fra loro con un tubicino, servono come sistema di smorzamento, in base al principio delle casse antirollanti Frahm. La presenza dei due giroscopî ad assi inclinati di 90° fa sì che l'elemento sensibile risulti stabilizzato in tutti i sensi, e rimane praticamente col suo piano equatoriale orizzontale: ciò vale a eliminare le deviazioni dipendenti da rollio e beccheggio. Il sistema di trasmissione alle ripetitrici è molto preciso (praticamente 3 primi d'arco).

Una piccola pompa, che è comandata automaticamente da un termostato, mantiene mediante una circolazione refrigerante la temperatura della bussola al disotto dei 50°.

Bussola Sperry. - Questa bussola ha un solo giroscopio contenuto in una cassa sospesa a un asse orizzontale AA (fig. 17): quest'asse è sospeso mediante un cerchio verticale V, e una sospensione filare S, a un altro cerchio M, chiamato cerchio-fantasma. Mediante contatti elettrici, e motorini da essi comandati, non appena il giroscopio, e con esso il cerchio verticale V, si sposta un poco nel piano orizzontale, il cerchio fantasma M ne imita i movimenti in modo da rimanere costantemente complanare col cerchio verticale V. In questa maniera le sole resistenze passive che devono essere vinte dall'elemento sensibile sono quelle piccolissime di torsione della sospensione filare, e di attrito nei suddetti contatti elettrici. La cassa che contiene il giroscopio è perfettamente bilanciata, per cui il giroscopio risulterebbe del tutto libero se il cerchio fantasma non fosse collegato alla cassa e non portasse inferiormente un tubo a V, che termina con due vaschette di mercurio. Il liquido, passando liberamente da una vaschetta all'altra, introduce una coppia che agisce nel piano verticale ogni qualvolta l'asse del giroscopio esce dalla posizione orizzontale: questa è la coppia che genera la direttività giroscopica. La coppia agisce poi sulla cassa del giroscopio per il tramite di un perno F, che non si trova sulla verticale del punto di sospensione, ma leggermente spostato verso levante allo scopo d'introdurre contemporaneamente una coppia di smorzamento. Questo sistema genera però un piccolo errore variabile con la latitudine, che viene automaticamente corretto insieme con la deviazione dipendente dalla rotta e dalla velocità della nave. Le deviazioni dipendenti dal rollio e dal beccheggio vengono compensate grazie al ritardo con cui il mercurio defluisce da una vaschetta all'altra rispetto al movimento della nave: tale ritardo è calcolato in modo che le sollecitazioni perturbatrici agiscono solamente quando la bussola risulta esattamente verticale nel piano est-ovest. Il movimento d'inseguimento del cerchio fantasma viene elettricamente trasmesso alle ripetitrici: la precisione della trasmissione può anche in questa bussola raggiungere praticamente i 3 primi d'arco.

La figura 18 rappresenta la Sperry marca VIII: A è la testa della sospensione filare, R la rosa, B il correttore automatico per l'errore di smorzamento e per le deviazioni dipendenti da rotta e velocità della nave, I è il motore d'inseguimento e di trasmissione alle ripetitrici, G è uno dei contatti elettrici per la messa in moto di tale motore, C è la cassa che contiene il giroscopio, V e il cerchio verticale, M è il cerchio-fantasma. Con X sono indicate quattro scatolette cilindriche contenenti mercurio, le quali a due a due costituiscono le vaschette del tubo a U descritto precedentemente. T è uno dei due tubicini che collegano le scatolette sud con quelle nord e che costituiscono il tubo a U. L'attacco del tubo alla cassa del giroscopio non è visibile in figura. P è uno dei pesi collegati al cerchio verticale, uno a nord l'altro a sud, e che servono a rendere uguali i momenti d'inerzia dell'elemento sensibile secondo tutti gli azimut.

Bussola Florentia. - Vi è un unico giroscopio G (fig. 19) contenuto in una cassa circolare S, unita, mediante un sostegno L, al galleggiante torico A, che è completamente immerso nel mercurio. Il giroscopio risulta quindi sospeso come un pendolo, e tenderà a disporsi con l'asse orizzontale: questa tendenza è quella che lo fa orientare stabilmente in meridiano. Il recipiente che contiene il mercurio può rotare intorno a un albero verticale Q, passante al centro di un piatto orizzontale B che è portato dalla sospensione cardanica. Sopra l'albero Q è fissato un altro giroscopio, ad asse verticale, il quale mantiene prossimamente orizzontale il piatto, malgrado i movimenti varî della piattaforma: si vengono così a eliminare le deviazioni dovute al rollio e al beccheggio della nave. Sul piatto B vi è il motorino d'inseguimento I, il quale fa ruotare il recipiente contenente il mercurio non appena la cassa del giroscopio si sposta di un piccolo angolo rispetto ad esso: in questa maniera l'attrito fra il galleggiante e il mercurio, che è già piccolissimo, viene a essere ulteriormente ridotto. Lo stesso motorino I comanda anche tutte le ripetitrici della bussola. Il braccio verticale T, connesso inferiormente al recipiente del mercurio, porta una scanalatura disposta per nord-sud, entro la quale può muoversi la punta Z portata dalla cassa del giroscopio: sistema di smorzamento della bussola.

Bibl.: R. Grammel, Der Kreisel,Lipsia 1920; C. C. A. Jachino, La girobussola, Roma 1921; H. Bencker, Introduction à l'examen des compas gyroscopiques, Parigi 1921; H. Crabtree, Spinning tops and gyroscpic motion, Londra 1923; A. L. Rawlings, The theory pf the gyroscopic compass, Londra 1929; The Admiralty manual on gyrocompass, Londra 1929; Istruzioni militari per la Marina: I: Teoria elementare della girobussola; Girobuss. Sperry; III: Girobussola Anschütz. Oltre a queste pubblicaz. di carattere generale, v. i varî fasc. di carattere descritt. pubbl. dalle ditte costrutt. Sperry, Anschütz, Brown e Galileo.

Bussola di declinazione e di inclinazione.

Siano (fig. 20) NR, S R′ le forze che la Terra, agendo come un magnete, esercita sui due poli N S di un ago magnetico sospeso per il suo centro di gravità G. Decomposte queste forze ciascuna in due componenti, una orizzontale (N U, S U′), l'altra verticale (N V, S V′), l'ago sarà evidentemente soggetto all'azione di due coppie, una orizzontale, l'altra verticale. La prima avrà momento nullo allorché l'asse dell'ago coincida con il meridiano magnetico, la seconda quando l'asse si trovi nel piano del meridiano stesso più o meno inclinato rispetto all'orizzontale. Grazie alla coppia verticale l'asse dell'ago non conserverebbe una posizione orizzontale se il punto di sospensione non fosse opportunamente scelto più a N. (nel nostro emisfero) del centro di gravità. Allora la coppia verticale risultando equilibrata, l'ago così sospeso sarà un ago di declinazione, potrà far parte della relativa bussola (o della bussola marina) e permetterà di osservare esattamente l'angolo formato dall'asse dell'ago in equilibrio con il meridiano. La fig. 21 rappresenta invece una bussola d'inclinazione munita di una livella a bolla d'aria, e di una graduazione G che permette di disporre l'asse dell'ago NS nel piano del meridiano magnetico. L'ago stesso poi è imperniato per il suo centro di gravità a un asse orizzontale, intorno a cui può rotare liberamente. Obbedendo alla coppia verticale esso si disporrà con il suo asse nella direzione della forza.

Bussola dei seni e delle tangenti.

Serve a misurare l'intensità di una corrente elettrica. Come si vede nella fig. 22 essa è costituita da un telaio circolare V V′ attorno al quale sono avvolte delle spire di filo entro cui circola la corrente da misurare. Nel centro del telaio si trova un piccolo ago magnetico sospeso a un filo di bozzolo. Il telaio è girevole attorno alla verticale, in modo che. si possa disporlo nel piano del meridiano magnetico. Le viti da cui è sorretto tutto l'apparecchio permettono di disporre orizzontalmente il disco graduato HK che serve a misurare l'angolo di cui occorre far girare il telaio all'atto in cui viene fatta una misura di corrente. Inizialmente si dispone il telaio nel piano del meridiano magnetico, in modo che l'ago si dispone, per effetto del campo magnetico terrestre, nel piano del telaio. Quando si fa passare la corrente nel telaio essa produce un campo magnetico che sposta l'ago.

È noto che la forza F esercitata da una corrente d'intensità i che percorre una spira circolare di raggio R, sopra un polo magnetico m, posto nel centro, è data dalla formula

quando l'intensità della corrente venga misurata in unità elettromagnetiche. Questa forza, che è perpendicolare al piano della spira, esercita sui due poli dell'ago una coppia che tende a disporlo normalmente al telaio. Ad essa si oppone la coppia orientatrice dovuta al campo magnetico terrestre. L'ago devierà dunque tanto più dalla posizione iniziale, quanto maggiore è la corrente i. Secondo il modo come si effettua la misura, lo strumento può funzionare da bussola dei seni o da bussola delle tangenti.

Bussola delle tangenti. - Il telaio viene mantenuto fisso nel piano del meridiano magnetico. Quando non passa corrente l'indice connesso al polo N dell'ago segnerà lo zero sul disco HK. Sotto l'azione della corrente l'ago ruoterà di un angolo ϑ. Allora il campo magnetico prodotto dalla corrente eserciterà su di esso una coppia di momento

μ essendo il momento magnetico dell'ago ed n il numero delle spire avvolte sul telaio. D'altra parte la componente orizzontale H del campo magnetico terrestre eserciterà una coppia di momento H μ sen ϑ per l'equilibrio si dovrà dunque avere:

da cui

Talvolta, nella bussola delle tangenti, all'ago è unito uno specchietto che permette di osservare le deviazioni dell'ago stesso su una scala posta anche a grande distanza, e quindi con amplificazioni notevolissime.

Bussola dei seni. - Nel caso della bussola dei seni la lettura dell'angolo ϑ si fa girando l'anello fino a che l'ago viene a trovarsi nel suo piano; in queste condizioni il campo dovuto alla corrente i esercita sull'ago la coppia

Il campo terrestre esercita la coppia contraria H μ sen ϑ. Per l'equilibrio deve aversi

cioè

Altri tipi di bussole.

Bussola telegrafica. - È un galvanometro di tipo elettromagnetico, di non rilevante sensibilità, usato in telegrafia per effettuare il controllo delle emissioni di corrente negli apparati trasmittenti e riceventi. È costituita da un avvolgimento composto da un certo numero di spire percorse dalla corrente che si deve controllare. Il campo magnetico creato da tale avvolgimento agisce su un ago magnetico imperniato su un asse e ne determina la deviazione rispetto alla posizione di riposo.

L'apparecchio (fig. 23) ha l'aspetto esterno di una comune bussola magnetica provvista di base in legno; nella sua faccia superiore è munito di un quadrante, davanti alla cui graduazione si sposta la punta dell'ago magnetico.

Nei moderni apparati telegrafici italiani è sostituita sovente da un milliamperometro a zero centrale scala fino a ± 50 mA (fig. 24).

Bussola a mille giri. È un galvanometro di tipo elettromagnetico, analogo alla bussola telegrafica, ma con avvolgimento costituito da un maggior numero di spire. Data la maggiore sensibilità che consegue dal numero di spire più elevato, è usata, nel campo telegrafico, principalmente sui tavoli sperimentali.

Bussola differenziale. - È un galvanometro differenziale, derivato dalla normale bussola di tipo elettromagnetico in uso negli apparati telegrafici duplex. È provvista di due avvolgimenti percorsi da due correnti distinte e agenti in senso opposto sull'ago magnetico mobile. La punta di questo si sposta, come negli altri tipi, davanti ad una graduazione segnata sul quadrante e controlla la differenza fra le due correnti (fig. 25).

Inserita negli apparati telegrafici duplex, a sistema differenziale o a ponte di Wheatstone, serve a controllare l'emissione e la ricezione della corrente durante l'esercizio, e quindi la regolazione della stazione. All'atto della installazione di questa o durante le successive verifiche, permette di effettuare la regolazione della cosiddetta linea artificiale, in modo da bilanciare gli effetti delle due parti in cui si divide la corrente di emissione nell'apparato trasmittente. Queste due frazioni della corrente devono infatti eliminare mutuamente la propria azione nell'apparato trasmittente e sommarla in quello ricevente.

Bussola di proporzione. - È un galvanometro di tipo elettromagnetico, munito di due bobine eguali e indipendenti, costituite dallo stesso numero di spire dello stesso diametro, e disposte coi piani medî ortogonali fra loro. Un ago magnetico imperniato intorno a un asse si trova nel campo magnetico generato dalle due bobine e assume una direzione dipendente dal rapporto delle due correnti che attraversano le bobine stesse. In tal modo si può fare il confronto delle due correnti.

È usata a volte per misure di resistenze: disponendo la resistenza incognita in parallelo con una nota, e alimentandole ambedue mediante una differenza di potenziale continua, se le due correnti dei due rami derivati vengono fatte agire nei due avvolgimenti della bussola, l'ago assume una deviazione dipendente dal rapporto delle due correnti, quindi da quello delle due resistenze. Si può così determinare il valore della resistenza incognita, e anzi la graduazione della bussola può essere fatta in modo da fornire direttamente questo valore.

Bussola senza filo. - È un radiogoniometro (v. radiotrasmissioni) costituito da due aerei a telaio, ortogonali fra loro e collegati in serie con due bobine a loro volta disposte coi piani medî ortogonali; nello spazio interno a queste due bobine può rotare una bobinetta sintonizzabile. Quando un'onda elettromagnetica incide sui due aerei, nello spazio interno alle due bobine si genera un campo magnetico la cui direzione è legata a quella di provenienza dell'onda; questa può essere quindi determinata mediante la bobinetta sintonizzabile.

Bussola direttrice o automatica. - È una bussola magnetica destinata a mantenere automaticamente inalterata la rotta delle navi. Lo spostamento dalla direzione prestabilita, in un senso o nell'altro, porta l'ago della bussola a chiudere l'uno l'altro dei due circuiti di due elettromagneti che determinano la rotazione in un senso o nell'altro del servomotore che comanda il timone. Questa bussola può essere anche resa registratrice.

Per la bussola da geologo, v. geologia.

Architettura.

In architettura il termine bussola indica l'infisso che funziona da uscio delle porte interne degli appartamenti, talora ad uno, talaltra a due battenti. Nello schema costruttivo che è dato da intelaiatura e da riquadri s'inserisce spesso una decorazione che ha attinto notevoli espressioni di ricchezza e d'eleganza in varie epoche, specialmente nel Sei-Settecento. Il nome si può anche applicare a quel tipo speciale d'infisso rotante in uso specialmente in luoghi pubblici, e a quelle strutture lignee che formano una seconda porta nell'interno delle chiese.

Piante-bussola.

Sono designate con tale nome quelle piante che orientano le loro foglie secondo la rosa dei venti, e cioè con la lamina in posizione verticale diretta da nord a sud in modo che le due facce siano esposte l'una ad est e l'altra ad ovest. Come esempî si possono citare la lattuga selvatica (Lactuca scariola L.) della nostra flora e il Silphium laciniatum L., pianta suffruticosa delle praterie dell'America settentrionale, nota da molto tempo ai viandanti e ai cacciatori, che di essa si servono per orientarsi quando il cielo è coperto. Il vantaggio che le piante-bussola ritraggono dalla caratteristica posizione del'e loro foglie sembra sia principalmente in relazione con la possibilità che queste hanno di sottrarsi a un'eccessiva perdita d'acqua per traspirazione, essendo battute dal sole soltanto nelle ore meno calde della giornata. A conferma di ciò vale l'osservazione fatta da alcuni autori che quando queste piante crescono, eccezionalmente, in terreni umidi e ombrosi, le foglie durante lo sviluppo conservano la loro posizione ordinaria orizzontale.