Come la girobussola trova il nord vero
1La lezione in parole semplici
L'inerzia giroscopica mantiene stabile l'asse di rotazione. Controllo gravitazionale e smorzamento stabilizzano il giroscopio sul meridiano vero, la linea nord–sud.
Due proprietà
Un giroscopio è un rotore che gira velocemente ed è libero di ruotare attorno ai propri assi. L'inerzia giroscopica, o rigidità nello spazio, mantiene il suo asse di rotazione orientato nella stessa direzione nello spazio. Un momento torcente, cioè l'azione rotatoria di una forza attorno a un asse, fa ruotare il giroscopio attorno a un terzo asse. Questa è la precessione. Il terzo asse è perpendicolare sia all'asse di rotazione sia all'asse del momento torcente. La girobussola sfrutta entrambe le proprietà.
Perché un giroscopio libero si sposta
La Terra ruota di circa 15° all'ora. Un giroscopio libero mantiene la direzione nello spazio mentre la Terra gli ruota sotto. Con asse orizzontale, la deriva in azimut (direzione orizzontale) è circa 15° × sin φ all'ora; φ è la latitudine. La variazione d'inclinazione dipende dall'orientamento dell'asse: è massima sull'asse est–ovest, circa 15° × cos φ all'ora; è nulla sull'asse nord–sud. Sono movimenti apparenti: non orientano verso nord.
Controllo gravitazionale
Il costruttore aggiunge un controllo gravitazionale: un peso pendolare o un sistema a liquido collegato. Quando l'asse si inclina, la gravità genera un momento torcente e la precessione lo trasforma in movimento in azimut verso il meridiano. L'asse oscilla allora da est a ovest attraversando il meridiano, senza fermarsi. Il giroscopio tende così a orientarsi verso nord.
Smorzamento e stabilizzazione
Lo smorzamento riduce ogni oscillazione finché l'asse si ferma sul meridiano o molto vicino: il giroscopio è stabilizzato. L'errore di stabilizzazione è la differenza tra l'indicazione media stabilizzata e la prora vera. Dopo l'accensione serve tempo. La norma prestazionale IMO, risoluzione A.424(XI), ammette fino a sei ore a latitudini fino a 60°. Molti apparati moderni sono più rapidi. Accendilo con l'anticipo indicato dal costruttore, prima che serva la prora per partire.
Vantaggi e limiti
Una girobussola stabilizzata indica prore vere: non risente di declinazione magnetica né deviazione. La forza direttrice verso nord diminuisce verso i poli, circa in proporzione a cos φ, quindi gli errori aumentano alle alte latitudini; verifica il limite operativo nel manuale. Dipende dall'alimentazione elettrica e dal supporto del rotore. Richiede una bussola magnetica normale come riserva indipendente e il suo errore va comunque controllato.
2Dati chiave
- Rotazione terrestre
- Circa 15° all'ora (15,04° all'ora)
- Deriva del giroscopio libero (asse orizzontale)
- Circa 15° × sin latitudine all'ora
- Velocità massima d'inclinazione del giroscopio libero
- Circa 15° × cos latitudine all'ora; asse orizzontale est–ovest
- Tempo di stabilizzazione (A.424)
- Entro 6 ore, a latitudini fino a 60°
- Errore di stabilizzazione (A.424)
- Non oltre 0,75° ÷ cos latitudine
3Punti chiave
- 1
L'inerzia giroscopica mantiene l'asse stabile nello spazio. La precessione ne cambia la direzione sotto un momento torcente.
- 2
Un giroscopio libero deriva e si inclina mentre la Terra ruota. Il controllo gravitazionale lo orienta verso il meridiano.
- 3
Lo smorzamento ferma le oscillazioni e il giroscopio si stabilizza. Rispetta il tempo indicato dal costruttore.
- 4
La girobussola indica il nord vero, ma la forza direttrice diminuisce vicino ai poli e restano piccoli errori.
4Errori frequenti
Errore: Un giroscopio da solo indica il nord vero.
Corretto: Un giroscopio libero mantiene solo la direzione nello spazio. Controllo gravitazionale e smorzamento lo orientano e lo stabilizzano sul meridiano.
Errore: La girobussola è pronta appena il rotore raggiunge la velocità di regime.
Corretto: Deve prima stabilizzarsi e possono servire ore. Accendila per tempo e confrontala con la bussola magnetica prima di farvi affidamento.
Errore: La girobussola non ha errori perché non risente di declinazione magnetica né deviazione.
Corretto: Ha piccoli errori propri, come quello di velocità e rotta, che aumentano alle alte latitudini. Controllala a ogni guardia.
5Caso pratico e chiavi d'esame
La nave è stata in bacino di carenaggio con la girobussola spenta. La partenza è prevista alle 0800 e l'elettricista propone di accenderla alle 0730. Che cosa rispondi?
Mostra la risposta
Non dare per scontato che bastino 30 minuti. Verifica il tempo di stabilizzazione e le indicazioni del costruttore sullo stato di pronto all'uso. Organizza l'accensione con sufficiente anticipo. Prima di usare la girobussola per partire, conferma che sia stabilizzata e controllane l'errore con un riferimento indipendente.
Chiavi d'esame
- Inerzia giroscopica e precessione; il controllo gravitazionale orienta verso nord, lo smorzamento permette la stabilizzazione.
- A.424(XI): stabilizzazione entro 6 h fino a 60° di latitudine; errore di stabilizzazione ≤ 0,75° ÷ cos latitudine.
- Giroscopio libero orizzontale: deriva 15° sin φ/h; velocità massima d'inclinazione 15° cos φ/h con asse est–ovest, nulla con asse nord–sud. La forza direttrice diminuisce verso i poli.
Completa questa unità
Quando l'hai letta, abbina i termini, poi rispondi a tre domande. Servono tutte le risposte giuste per completare l'unità; aprire la pagina non basta.
Le mie note per questa unità
Nessuna nota