«

»

Jan 13 2011

TUR III: Avioane și busole

TUR e noul acronim al rubricii: Tata Uraniu Răspunde. Deci întrebați!

Cele de ai jos sînt pentru Cătălin, care vrea să afle de ce s-a închis ceva aeroport pe motiv de migrație a polului nord magnetic, și pentru Bogdănescu, curios despre principiul de funcționare al busolei electronice din telefoanele mobile la fel de inteligente ca noi. Și, normal, pentru toți ceilalți care ați fi interesați de chestiile astea.

Pe scurt, povestea (linkul, aici) este următoarea: Aeroportul Internațional din Tampa (Florida) și-a închis pista principală pînă pe 13 ianuarie, pentru a schimba marcajele de la capete, fin’că s-a schimbat poziția polului nord magnetic al Terrei.

Mai întîi: ce marcaje? Păi, la capetele fiecărei piste de decolare/aterizare există niște cifre, care se văd de sus (ca-n prima poză). Cifrele alea reprezintă o zecime din azimutul magnetic (sau orientarea) pistei respective. 09 înseamnă 90o, adică Est, 18=180o, adică Sud, 27=270o (Vest) și indicația 36 reprezintă azimutul de 360o, deci Nord. Cum pistele pot fi folosite în ambele direcții, la celălat capăt e altă cifră, cu o diferență de 180o: pista 33 este, totodată, și 15, adică venind dinspre partea opusă ești orientat către 150o (adică undeva între SE și SSE, sper să vă ajute nițel poza asta cu roza vînturilor).

Boon, și care-i faza? Doar știm cu toții că Polul Nord stă fix, naibii, e partea dinsus pe unde trece axul ăla de metal care ține globul, și în jurul căruia se învîrte tot Pămîntul. Da, e fix, dar ăla e Polul Nord geografic, nu cel magnetic. Indicativele pistelor reprezintă orientările relative la Polul Nord Magnetic, iar asta e altă mîncare de pește.

S-o luăm încet: Pămîntul se învîrte în jurul axei polare (parcurge o rotație completă în 24 de ore). Adică în jurul unei axe care trece prin polii sud și nord adevărați (ăia unde au ajuns Amundsen și Nansen, respectiv). Din cauza acestei rotații, miezul de fier din interiorul Terrei generează un cîmp magnetic foarte asemănător cu cîmpul generat de un magnet-bară, pe care-l vizualizați cu nițică pilitură de fier, ca-n gimnaziu. Dacă lucrurile ar fi în natură ideale ca-n teorie (ceea ce niciodată nu se întîmplă, c-așa-i norocul), magnetul Terrei ar fi aliniat fix la axa polară, adică Nordul magnetic ar fi totuna cu Nordul geografic. Din păcate, nu numai că nu-i așa, dar cîmpul magnetic al Terrei este cel mai bine aproximat printr-un gigantic magnet-bară (dipol îi spunem noi în branșă) care nici măcar nu trece fix prin centrul Pămîntului, ba e chiar și nițel strîmb. Adică polul sud magnetic nu e fix pe partea ailaltă a Pămîntului față de nord, ci umpic cîș. Mai mult decît atît, magnetul ăsta nici măcar nu stă, naibii, fix, ci se mișcă nițel de capul lui în interiorul Terrei. Astfel încît, par egzamplu, polul nord magnetic se deplasează, anual, cu vreo 60 de kilometri pe an. Din Canada, unde e acum, spre mama Rusia.

Fin’că FAA (Federal Aviation Administration) cere ca marcajele numerice să fie cu cel mult 10 grade diferite față de azimutul magnetic, din cînd în cînd (o dată la vreo 50 de ani, după o deplasare suficient de mare a polilor), indicativele pistelor de aterizare trebuie să fie schimbate. De regulă, cu 10 grade, adică cu plus/minus 1 (remember, cifrele reprezintă doar o zecime din azimut, 36 este 360o). Cam asta s-a întîmplat în Florida. Nimic nou sau neobișnuit, nici o alocare ciudată de fonduri pe ochi frumoși, pentru tras trei linii de vopsea pe șosea, ca pe la noi.

Întrebarea lui Bogdănescu (și anume cum funcționează busolele din telefoanele mobile, el zicea cu Android, eu sînt fan Apple, deci poza e cu iPhone :wink: ) are de-a face tot cu magnetismul, deci ne băgăm și la ea tot aici. Busolele (clasice) funcționează pentru că fierul din care-s făcute se orientează pe liniile de cîmp magnetic. Adică indică nordul magnetic. Ăstea electronice sînt mai șmechere: fiecare telefon are un dispozitiv GPS în el. Fiecare dispozitiv GPS are, în ultimul timp, un magnetometru triaxial electronic incorporat în el.

În ciuda numelui pompos, șpilul e simplu. Există niște aliaje recent descoperite își modifică rezistența în funcție de mici variații ale cîmpului magnetic. Dacă iei trei pelicule subțiri dintr-un astfel de aliaj, le orientezi la unghiuri drepte (ca un colț de cameră, triedru i se mai spune) și le bagi într-un telefon, gata, ai o busolă! E drept, mai trebuie ceva divaisuri microelectronice, dar ideea e că mișînd telefonul, acesta va trece prin valori ale cîmpului magnetic cu variații minuscule de la o poziție la alta. Variațiile ălea duc la modificări ale rezistențelor celor trei pelicule de aliaj, iar schimbările în valorile curenților electrici care trec prin pelicule fac posibilă calcularea pe loc, cu precizie (și cu un microcip) a mărimii și orientării cîmpului magnetic local. De aici pînă la afișarea pe ecran a unei busole și a nordului e un pas ridicol de mic. Iar motivul pentru care sînt trei pelicule în triedru este același pentru care există trei canale auriculare în urechea omului, pentru a-și determina poziția și a sta în echilibru: determină cîmpul magnetic pe x, y și z pentru determinarea completă a orientării și mărimii cîmpului magnetic. Ca pe vremuri, la compunerea vectorilor… :D

Și gata, c-am vorbit destul, deocamdată, și despre magnetism. Alte întrebări?

23 comments

Skip to comment form

  1. Mostrofontz

    Io nu pricep de ce mai ai nevoie de busola daca ai GPS? Asa, ca e cool? Si uite, ai putea explica la tot boboru’ cum functioneaza un GPS, cum se calculeaza distantele, erorile, etc. Si poti vorbi si de efectele relativiste, ca e unu’ din domeniile in care-s importante si apoi mai pricepe lumea ca chestia aia a lu’ neica Einstein nu e numai teorie, e buna si la practica!

  2. Tata Uraniu

    Păi, poți să ai o sută de GPS-uri, dacă trebuie să mergi spre vest-sud-vest și tu nu știi ce-i aia și încotro, ‘geaba. Gîndește-te că GPS-ul îți arată poziția și viteza, și ar putea, dacă cipul ar avea scrisă poziția polului magnetic, să-ți facă, într-un fel, o diferențiere în timp real și să-ți arate oarecum direcția dinamic, dar nu poate să-ți tragă o săgeată să zică: meri încolo. Sau uite altă situație: ești pe munte, știi unde ești, știi unde vrei să ajungi, dar ruta se bazează pe direcții magnetice. Cum faci cu GPS-ul?De altfel, d-aia au și început să bage, cam pe toate GPS-urile, și magnetometru. În plus, gîndește-te la piloți și la navigatori. Și ei au nevoie de busole, nu?
    E bună ideea cu GPS-ul, s-a notat.

    1. Mostrofontz

      Da, stiu ca teoretic e nevoie sa stii pa unde mergi; eu ma refeream la gadgeturile astea de fite, unde nu prea e nevoie de busola. Ca io stiu sa ma descurc in Bucuresti si fara busola… Si-apoi pe munte io as prefera o busola d-aia veche, fara baterie, ca sa nu ma trezesc in varfu’ muntelui ca mi se stinge busola…

      1. Tata Uraniu

        good point, yes, of course! :D

  3. cruela de vila

    busola am shi eu!
    de posheta!
    ;)
    doo!

  4. cruela de vila

    si luati si un banc stiintzific , sa va mearga bine!
    ;)
    La un institut pentru cercetarea comportamentului uman, se propune drept experiment testarea creativitatii si a imaginatiei si se iau drept subiecti un român, un indian si un neamt. Îi introduc pe fiecare în cîte o camera împreuna cu doua sfere mari de otel si îi lasa acolo un an. Dupa un an, se duc medicii si deschid usa indianului si îl vad pe indian în pozitie lotus, concentrat, sferele pluteau. Deschid usa germanului; asta scria niste formule pe pereti, cuplase bilele astfel încat sa produca energie. Trec si la român; statea întins si zice: o sfera s-a stricat si una am pierdut-o.

  5. Mostrofontz

    A propos de bancuri: recitesc “Vorbe de duh” a lui Des MacHale si am gasit azi in metrou una care mi-a placut, a lu’ Henri duce de Aumale (asa zice acolo; habar n-am cine a fost…):
    “In tinerete aveam patru membre suple si unul teapan. Acum am patru membre tepene si unul suplu.” :mrgreen:

  6. Quasy

    “Din cauza acestei rotații, miezul de fier din interiorul Terrei generează un cîmp magnetic foarte asemănător cu cîmpul generat de un magnet-bară, pe care-l vizualizați cu nițică pilitură de fier, ca-n gimnaziu”

    Si eu asa am invatat la scoala. Insa din ce am citit pe net (saptamana trecuta cand s-a deschis topicul cu magnetismul, m-a pus pe ganduri) se pare ca nu e chiar asa usor cum isi imagineaza un scoler. Cica mecanismul de generare al magnetismului ar fi mult mai complex ( http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamo_theory ) si ar fi in principal bazat pe convectie.

    Bun, acum eu am o teorie, si de fapt de aia m-am apucat sa citesc pe domeniul asta. De fapt, teoria mea porneste de la istoria lui Marte: de ce a avut Marte o evolutie atat de diferita fata de pamant, desi la inceputuri erau destul de asemanatoare? Ma gandesc ca principala cauza ar fi pierderea atmosferei… si de ce i-a pierdut atmosfera? Pai pt ca nu are un camp magnetic (si astfel nici centuri Van Allen care sa ii protejeze atmosfera inalta de vantul solar). Si de ce nu are camp magnetic?… ei aici vine teoria mea: pt ca nu are o luna destul de mare… La scoala inveti ca miezul pamantului e fierbinte si se roteste mai repede decat manta . Dar de ce e miezul pamantului fierbinte si se roteste mai repede? Pai clasic explicatia gradientul de temperatura are urmatoarele cauze: 1 – caldura reziduala de la formarea planetei din discul de acretie; 2 – radioactivitatea elementelor din scoarta (mai sunt si cateva cauze secundare insa nu contribuie foart mult la caldura). Bun, si Marte de ce nu are aceeasi caldura si magnetism? Raspuns simplu: nu are destula masa (si-a pierdut mult mai repede caldura initiala). Dar atunci intrebarea mea vine: Venus de ce nu are magnetism? E la fel de mare ca pamantul, are cam aceeasi compozitie… e si mai aproape de soare; cel putin miezul ar trebui sa fie fierbinte; iar o mica rotatie a miezului fata de scoarta tot ar trebui sa existe… Ei, dar Venus nu are nici el o Luna. Iar teoria mea e ca luna e cea care duce la miscarea relativa a scoartei fata de miez (tii minte de discutia cu motivul pt care Luna “fuge” de noi?). Eu zic ca luna “franeaza” prin fortele mareice scoarta terestra, iar miezul pamantului e franat doar de fortele de frecare intre miez si scoarta. Iar fortele astea de frecare trebuie sa produca si ceva caldura (caldura asta din fortele mareice ar fi echivalenta ca mod de producere cu modul in care Io “se incalzeste” de la Jupiter: http://en.wikipedia.org/wiki/Io_%28moon%29#Tidal_heating )… dar asta e doar o ipoteza de-a mea la care tre sa mai cujet :)

    1. Mostrofontz

      Mai, io nu-s da meserie, da’ daca teoria ta ar sta in picioare, atunci io ma gandesc ca gigantele gazoase n-ar trebui sa aiba camp magnetic, ca lunile lor sunt nimica fata de ce masa au planetele. Si totusi Jupiter are:
      http://en.wikipedia.org/wiki/Jupiter#Magnetosphere
      Ca nu e clar de ce apare pe Jupier, aia e alta poveste…

    2. Mostrofontz

      A, si am uitat de Mercur: asa mica si parapadita cum e, are camp magnetic:
      http://en.wikipedia.org/wiki/Mercury_%28planet%29#Magnetic_field_and_magnetosphere
      Nu e el prea mare campu’, da’ este! Si Mercur n-are nici o luna saraca’…

      1. Quasy

        Legat de Jupiter, fiind un gigant gazos, ma gandesc ca poate sa aiba rotire diferentiala intre paturile exterioare si miez destul de usor (si rotatia lui in jurul axei e mult mai rapida decat a pamantului). Insa in privinta lui Mercur, cred ca ai dreptate… asa ca poate ca ipoteza mea pica – sau poate ca modul in care Mercur are camp magnetic e diferit de modul in care pamantul are camp magnetic (o alta explicatie ar putea fi apropierea lui Mercur fata de soare – ma gandesc ca fiind atat de aproape, soarele are un efect gravitational asupra lui Mercur mult mai intens decat asupra Pamantului, insa poate doar ceva mai slab decat efectul Lunii asupra pamantului; si astfel ar putea sa “franeze” scoarta lui Mercur la fel cum Luna “franeaza” scoarta pamantului… cum spuneam insa e doar o ipoteza de-a mea… mai trebuie sa studiez inca mult :)

  7. Quasy

    “Doar știm cu toții că Polul Nord stă fix, naibii, e partea dinsus pe unde trece axul ăla de metal care ține globul, și în jurul căruia se învîrte tot Pămîntul. ”
    Aproximativ fix… mai e miscarea de nutatie si cea de precesie care il “defixeaza”… asa ca la 1000-2000 de ani, ar cam trebui sa scoatem globul pamantesc (ala mic, cumparat de la librarie acum vreo 25 ani) din suportul cu care a venit cand l-am cumparat, si sa dam noi gauri in carton care sa coincida cu axa updatata…. se vede ca globurile alea nu au fost facute sa tina prea multa vreme… :))

  8. Tata Uraniu

    Quasy, absolut de acord cu ce zici tu. Dar, după formulele de miercuri, dacă mă apucam să explic cum credem noi pe bune că apare magnetismul terestru, fugeau și ăia care mai citesc acum. :D
    Evident că, fiind un bloguleț de popularizare, trebuie să simplific dramatic detaliile tehnice mai puțin semnificative. Și atunci prefer explicația cu rotația Terrei. De altfel, fără rotație, convecția n-ar fi avut efectul pe care-l are în prezent.
    La fel cu polul geografic (“fix”) al Pămîntului. Dacă bag prea multe variații deodată într-un text, un cititor not science-savvvy mi-ar da cu lectopu-n cap. ȘI nu vreau asta, că doare. :lol: Pe de altă parte, nu nutația și precesia îl defixează, astea două se întîmplă CU AXA, relativ la corpurile cerești, nu la suprafața Terrei. Motivele variației poziției polilor sînt umpic mai complexe și în principiu date de faptul că Terra nu e o formă perfect sferică, care se află în rotație.

    Ipoteza e interesantă, merită să ne gîndim umpic la jocul ăsta. Dar nu văd de ce forțete mareicce nu ar acționa și asupra centrului metalic al Terrei, că nu le oprește nimeni.

    1. Quasy

      Legat de axa – eu la axa pamantului ma refeream cand ziceam de nutatie si precesie si nu la polii magnetici (in citat era vorba de axa pamantului – Polul Nord). Si clar ca nu nutatia si precesia duc la migratia polilor magnetici (desi pe termen lung cred ca au vreo influenta in directia migratiei), eu ma referam acolo doar la faptul ca polii geografici nu sunt “ficsi in pururi si in vecii vecilor”… :)

      Iar legat de fortele mareice: clar ca ele actioneaza si asupra centrului pamantului: atat doar ca momentul fortei e mai mare asupra scoartei decat asupra centrului… (asta din cauza ca “bratul fortei” e mai mare pt scoarta decat pt centru). Incerc sa gasesc o analogie mai “babeasca” insa nu reusesc acum… Ideea e gravitatia lunii exercita o forta constanta asupra intregii planete insa momentul exercitat de aceasta forta la periferia terei e mai mare decat momentul exercitat in spre centru…

      In plus, ceva imi zice (cred ca e intuitia, insa de obicei nu o ascult) ca Venus ar trebui sa aiba o diferenta relativa de viteza de rotatie intre scoarta si miez mult mai mare decat pamantul: are viteza de rotatie (la suprafata) mult mai mica decat pamantul: iar asta se poate datora a 2 fenomene: ori fiind mai aproape de soare (si poate in trecut a avut o orbita mai eliptica decat in prezent) si-a circularizat orbita pierzand astfel energie din miscarea lui de rotatie si tinde sa devina “tidal locked”; ori a avut parte de un cataclism mai violent in trecut (un asteroid masiv, de genul celui care se presupune ca a format Luna in jurul pamantului, atat doar ca impactul poate ca nu a fost la fel de violent). Insa ambele ipoteze duc la un miez care se roteste diferentiat fata de scoarta (in caz ca structura interna e asemanatoare cu a pamantului: miez solid, miez lichid, manta + scoarta): in ambele ipoteze scoarta ar fi mai afectata….. sau :?:

      1. Tata Uraniu

        Stai, că nu ne înțelegem: și eu tot la polii geografici mă refeream, care au o mică variație. În ce am scris mai sus nu m-am referit deloc la cîmpul magnetic, ci doar la ce-ai zis tu, respectiv la mișcarea polului nord geografic. Ăla se mișcă, cu două perioade, dar nu din cauza nutației/precesiei, alea afectează DOAR orientarea axei relativ la orbită. Mișcarea poziției fizice a polilor geografici pe Terra are loc din cauza formei nesferice a planetei. Dar, în contextul discuției, față de variabilitatea polilor magnetici, cei geografici erau ficși în vecii vecilor. Că dacă mă apucam să explic și cum se mișcă ăia, devenea mult prea complex.
        La discuția cu cîmpul magnetic și centrul Terrei o să revenim, înclin să îi dau mai degrabă dreptate lui Mostrofontz, vizavi de restul planetelor care sînt și ele mici, n-au lună (Mercur) da’ au CM.

        Un impact catastrofal cu Venus nu numai că nu-i exclus, ci chiar plauzibil, pe motiv că Venus se rotește invers (ceea ce ar presupune, printre alte ipoteze, un impact atît de dur încît să fi dat axa peste cap).

        În plus, cred că amesteci un pic lucrurile în cazul lui Marte. Absența atmosferei e cauzată de gravitația mică a planetei (chiar făceam calculele la școală, și ne ieșea destul de clar că, la temperatura de-acolo, viteza termică a moleculelor de aer e prea mare ca să reușească cîmpul gravitațional să le țină). Plus că acolo pierderea atmosferei s-a întîmplat, aparent, și din cauza unui runaway reverse greenhouse effect.

        Oricum, prezența lunii n-are o legătură atît de strînsă cu magnetismul; ăsta apare oriunde ai ioni în mișcare accelerată. Cu alte cuvinte, și în absența lunii structura internă a Terrei ar fi condus la apariția unui CM. De ce n-are Venus cîmp magnetic cre’ că e altă situație, da’ merită să ne gîndim.

      2. Quasy

        Acum am inteles ce ai vrut sa zici cu miscarea polilor terestrii. Tu te refereai la “migratia” polilor raportata la suprafata pamanului si nu raportata la spatiu (in cazul nostrul la ecliptica). Intr-adevar in cazul asta nutatia si precesia nu au legatura. Mea culpa :)

  9. Bogdanescu

    Tata URANIULE,,, răspunsurile tare cu privire la treaba cu busola lu’ Android(şi nu numai…), mi-au “iradiat :wink: ” o stare de mare bucurie. Ieri lucrai ca rândunica până târziu la serviciu :D şi nu mai reuşii să-mi “clătesc ochii” cu invaţatură , dar azi… :mrgreen: … când aim intrat si am vazut ce de trebi ai scris…. Mulţumesc pentru raspuns si mai ales pentru faptul că răspunzi… pe limba mea! :-)

  10. cruela de vila

    Într-o noapte, un beţiv se sprijinea de un pod, când peste el a dat un
    prieten. Cei doi au început să sporovăiască.
    – Ce se vede acolo jos? a întrebat beţivul.
    – Luna, i-a răspuns amicul.
    Beţivul a privit din nou, a scuturat din cap cu neîncredere, după care
    a spus:
    – Hmmm, bine, te cred, dar cum am ajuns eu deasupra ei?!

  11. alex

    am lucrat cu o gramada de busole, cele electronice ( cu magnetometre, unde radio etc.) sunt cele mai “unreliable”. se deregleaza cel mai usor, sensibile, tre’ acumulatori etc. o silva de exemplu nu te lasa niciodata, am una de vreo 20 de ani, la fel de precisa.
    ma gandesc totusi ca utilizatorii iphone nu isi folosesc busolele pentru treburi gen calcularea unui azimut sau calcularea valorii declinatiei magnetice. sincer nu stiu la ce foloseste o busola pe un iphone. sper ca nu exista oameni care se duc cu iphone-ul pe functie de busola pe munte :D.
    un GPS si o harta sunt suficiente pentru orientare in mai toate scenariile posibile.
    in navigatia maritima si in cea aeriana se calculeaza “true course”, “magnetic course”, “compass course” (“Can Dead Men Vote Twice- Compass Deviation Magnetic Variation True”) pentru ca acolo e altceva. gresesc un grad aici si ma trezesc in Brazilia in loc de Argentina. asta in cazul fericit in care si ajung la destinatie.
    apropos de declinatie magnetica, nord geografic si nord magnetic. este interesant ca agonele (izogonele de declinatie zero ) se gasesc pe Triunghiul Bermudelor (cea vestica) si pe o alta zona de acelasi gen din sud-estul Japoniei. probabil n-are nicio legatura, dar totusi stranie coincidenta.

    1. Tata Uraniu

      Corect, cine merje pe munte cu busola din iPhone nu-i întreg. :lol:
      Și corect și în ce zici mai jos. Dăcît cu Bermudelele am ceva probleme: vorba ta, probabil n-are nici o legătură, există și coincidențe.

      1. dan cusniriuc

        :lol: as vrea sa va intreb pe cei mai tari in magnetism si cimp mag netic .Pin ce materiale nu trece cimpul magnetic.exista asa ceva.

  12. dan cusniriuc

    as vrea sa stiu daca exista ceva prin care sa nu treaca cimpul magnetic

    1. Tata Uraniu

      Uite un material:
      http://in.answers.yahoo.com/question/index?qid=20090726072134AAEcNkV
      e chiar interesant, citește aici

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *

:D :-) :( :o 8O :? 8) :lol: :x :P :oops: :cry: :evil: :twisted: :roll: :wink: :!: :?: :idea: :arrow: :| :mrgreen: