O Campo Magnético da Terra e as Bússolas

História da Bússola

A bússola ou compasso magnético é um instrumento que serve para determinar a orientação e que tem sua base apoiada na propriedade de uma agulha magnetizada. Esta agulha imantada assinala a direção do Norte magnético, a qual é ligeiramente diferente para cada zona do planeta e apresenta-se distinto do Norte geográfico. A bússola utiliza como meio de funcionamento o magnetismo terrestre. A agulha imantada indica a direção do campo magnético terrestre, apontando para os polos Norte e Sul. Entretanto a bússola é inútil nas zonas polares norte e sul, devido à convergência das linhas de força do campo magnético terrestre.

Em meados do século XX a bússola magnética começou a ser substituída, principalmente nas aeronaves, pela bússola giroscópica e que atualmente os giroscópios de tais bússolas estão calibrados por feixes de laser.

Na atualidade a bússola está sendo substituída por sistemas de navegação mais avançados e completos, que proporcionam mais informações e precisão; no entanto, ainda é muito popular em atividades que requerem alta mobilidade ou que impeça, devido a sua natureza, o acesso a energia elétrica, da qual dependem os demais sistemas do giroscópio.

História da bússola

A bússola é um instrumento que indica o rumo de uma direção e é empregada por marinheiros, pilotos, caçadores, excursionistas e viajantes para se orientarem. Há dois tipos fundamentais de bússola:

a bússola magnética, que em versões primitivas já era utilizada no século XIII, e o giroscópio ou bússola giroscópica, o qual constituise de um dispositivo desenvolvido no início do século XX. Na bússola magnética o rumo é determinado a partir de uma ou várias agulhas magnetizadas que assinalam a direção do polo norte magnético, sob a influência do campo magnético terrestre. O giroscópio, o qual não é afetado pelo magnetismo terrestre, consiste em um equipamento cujo rotor gira ao redor de um eixo confinado ao plano horizontal de forma que este eixo se alinha com a direção Norte-Sul, paralela ao eixo de rotação terrestre, indicando assim o norte verdadeiro.

A origem da bússola

Pouco se sabe sobre a origem da bússola, ainda que os chineses afirmem que eles a inventaram a mais de 2.500 anos a.C. É provável que fosse usada nos países da Ásia Oriental desde o terceiro século da era Cristã. E há os que opinam que um milênio mais tarde, Marco Polo a introduziu na Europa.

Os chineses usavam um pedaço de cana contendo uma agulha magnética que flutuava sobre a água, e esta indicava o norte magnético. Porém em certas ocasiões não servia, pois necessitava estar em águas calmas, tendo sido posteriormente aperfeiçoada pelos italianos.

O fenômeno do magnetismo era conhecido; se sabia desde a muito tempo que um elemento fino de ferro magnetizado indicava a direção do norte. Já no século XII existiam bússolas rudimentares e em 1269, Pietro Peregrino de Maricourt, alquimista da região da Picardía, descreveu e desenhou em um documento, uma bússola com agulha fixa (entretanto sem a rosa dos ventos). Os árabes se sentiram muito atraídos por este invento; utilizando-a em seguida e a fizeram ser conhecida em todo o Oriente.

A bússola (de "buxula", caixa feita de madeira) é um instrumento magnético que aparece descrito na Divina Comédia de Dante, da seguinte maneira: "Os navegantes têm uma bússola que no meio tem encravado em um parafuso, uma folha de papel leve que gira em torno do dito parafuso; dita folha tem muitas pontas e numa delas tem pintada uma estrela traspassada por uma ponta de agulha; quando os navegantes desejam ver onde está a direção seguida, marcam tal ponta com o imã."

Outros historiadores assinalam que a primeira bússola de

navegação prática foi inventada por um armeiro de Positano (Itália), Flavio Gioja, entre os séculos XIV e XV. Ele foi quem a aperfeiçoou suspendendo a agulha sobre uma pua de forma similar a que atualmente temos e a encerrou em uma caixa com tampa de vidro.

Mais tarde apareceu a "rosa dos ventos", um disco com marcas de divisões de graus e subdivisões, que assinalavam 32 direções celestes, e que foi a bússola maritima que se utilizou até o fim do século XIX.

Posteriormente se logrou um novo avanço, quando o físico inglês Sir William Thomson (Lord Kelvin) logrou independizar este instrumento do movimento do barco durante as tempestades e anulou os efeitos dos materiais de construção dos barcos sobre a bússola magnética.

Utilizou oito fios delgados sujeitos à rosa dos ventos, em lugar de uma agulha pesada e preencheu o recipiente de azeite para diminuir as oscilações.

No começo do século XX aparece a bússola giroscópica ou

também chamada girocompasso. Consiste em um giroscópio, cujo rotor gira ao redor de um eixo horizontal paralelo ao eixo de rotação da terra. São agregados dispositivos que corrigem a desviação, a velocidade e o rumo; e nos transatlânticos e navios normalmente estão

conectados eletricamente a um piloto automático. Este giroscópio nos dá a direção do norte verdadeiro, enquanto que a bússola magnética, nos dá a direção do norte magnético.

No século VI a.C., se descobriu (através de um pastor, segundo a lenda) que certa classe de mineral atraía o ferro. Como foi achado nas cercanias da cidade de Magnesia, na Ásia Menor, foi chamada de pedra de Magnesia, e o fenômeno se denominou magnetismo. Este foi estudado pela primeira vez por Tales de Mileto. Mais adiante se descobriu que se um fragmento de ferro ou aço fosse friccionado com o mineral magnético (imã), ficava magnetizado (imantado).

Também foi descoberto que se fosse permitido a uma agulha magnética girar livremente, sempre assinalaria a direção Norte-Sul.

Ignora-se como foi o processo do descobrimento, porém os chineses foram os primeiros em perceber essa propriedade. Assim se refere nos livros chineses que datam do século II.

Os chineses nunca se serviram da bússola para estabelecer o rumo na navegação. Os Árabes aprenderam com os chineses o fenômeno da imantação e talvez alguns cruzados o aprenderam por sua vez dos Árabes, chegando assim a Europa.

Em 1180, o sábio inglês Alexander Neckam (1157-1217) foi o primeiro europeu que fez referência a essa capacidade do magnetismo para assinalar a direção. Com o tempo a agulha magnética foi colocada sobre um cartão marcado com várias direções, a agulha podia mover-se livremente em torno do cartão. Ao dispositivo foi dado o nome de

bússola, palavra que deriva de outra latina que significa caixa. Na terminologia marinha a bússola é chamada de compasso (que  provém de uma palavra francesa que significa girar).

História prévia

Antes da criação da bússola, a orientação em mar aberto era determinada através da posição dos corpos celestes. Em algumas vezes a navegação se apoiava no uso de sondas. As dificuldades principais que se apresentavam com o uso destes métodos eram as águas demasiadamente profundas para o uso de sondas, e ainda que muitas vezes o céu se encontrava demasiadamente nublado ou o clima apresentava muita neblina. A bússola era usada principalmente para resolver estes problemas, entretanto, culturas que não padeciam destes problemas adotaram pouco o uso deste instrumento. Tal é o caso dos árabes, que geralmente contavam com céu claro ao navegar o Golfo Pérsico e o Oceano Índico. Por sua parte, os marinheiros do pouco profundo mar Báltico fizeram uso intensivo e extensivo das sondas. O astrolábio, antiga invenção grega, também ajudava na navegação.

Mesoamérica

O descobrimento de um artefato Olmeca de hematita que

funcionava de forma similar a uma bússola tem gerado teorias de que “os Olmecas” poderiam ter descoberto e usado uma bússola de magnetita antes do ano 1000 a.C.

China

Joseph Needham atribui a invenção da bússola à China em

Science and Civilization in China (Ciência e Civilização na China), porém devido à existência de desacordo na data de aparição do artefato, é apropriado listar literaturas antigas que fazem referência a sua possível invenção, em ordem cronológica:

· A mais antiga referência ao magnetismo, na literatura chinesa, se encontra em um livro do século IV denominado 鬼谷子: "Livro do chefe do vale dos demônios" (Book of the Devil Valley Master): "A magnetita faz com que o ferro seja atraído."

· A primeira menção da atração magnética de uma agulha se encontra no livro chinês, escrito entre os anos 20 e 100 (Louenheng): "Uma magnetita atrai uma agulha." Em 1948, Wang Tchen-touo tentou construir uma bússola em forma de colher que apontava para o sul, baseando-se no texto. Entretanto disse que "não há nenhuma menção explícita de um magneto no Louenheng" e que "se deve assumir algumas hipóteses para poder chegar a alguma conclusão".

· A primeira referência a um dispositivo magnético usado como sinalizador de direções está em um livro da Dinastia Song com data de 1040-1044. Ali se encontra uma descrição de um "peixe que assinalava o sul" em um taça de água, que se alinhava na direção do sul. No escrito, o objeto é recomendado como método de orientação na "escuridão da noite". Não há, entretanto, nenhuma menção a seu uso na navegação, nem de como o peixe fora magnetizado.

· A primeira referência indiscutível a uma agulha magnetizada em escritos chineses aparece em 1086. O “Ensaio do tesouro dos sonhos” escrito por Shen Kuo, da dinastia Song, o qual continha uma descrição detalhada de como os geomantes magnetizaram uma agulha friccionando sua ponta com magnetita e suspendendo a agulha magnética com um fio de seda com um pouco de cera no

centro da agulha. Shen Kuo assinalou que uma agulha preparada deste modo, algumas vezes apontava para o norte e outras vezes para o sul.

· O primeiro escrito que faz alusão ou uso de uma agulha

magnetizada na navegação é o livro “Charlas de la mesa de

Pingzhou” (Pingzhou Table Talks, de Zhu Yu, com data do ano de 1117: "O navegante conhece a geografia, ele observa as estrelas de noite, observa o sol de dia; quando está escuro e nublado, ele observa a bússola". Isto, supostamente, haveria recebido uma valiosa ajuda do descobrimento de Shen Kuo, do conceito do norte verdadeiro: a declinação magnética para o polo norte magnético.

Muitas das antigas bússolas chinesas eram utilizadas conjuntamente na magia, na ciência e na protociência, por exemplo a bússola magnética é um instrumento fundamental na geomancia e o feng shui; as bússolas chinesas tradicionais para o feng shui em lugar dos pontos cardiais (N-E-S-W) normalmente tem por marco os hexagramas binários do I Ching, quer dizer que tais bússolas chinesas estão no centro do diagrama chamado Pa Kua e o ponto cardial que normalmente utiliza como referência é o Sul já que para a tradição Chinesa o Norte era desastroso (pois o frio era associado a morte) e por oposição o Sul era (como o Este) farto e abençoado (de onde

consideravam que vinha o calor e com ela a vida).

Desenvolvimentos e usos posteriores na China

· O primeiro uso de uma bússola de navegação de 48 posições no mar está mencionado em um livro intitulado "Las aduanas de Camboya", escrito por Zhou Daguan, diplomático da dinastia Yuan.

Ali se descreve sua viagem em 1296 desde Wenzhou até Angkor Thom, aonde um marinheiro tomou a direção da agulha de "ding wei", equivalente a 22,5° SO. Logo ao chegar em Bária, o marinheiro tomou o dado da "Agulha (bússola) de Kun Shen", equivalente a 52,5° SO.

· O mapa de navegação de Zheng He, também conhecido como o "Mapa Mao Kun", contém uma grande quantidade de detalhadas tomadas de agulha de viagens de Zheng He.

· Um manual de instruções intitulado Shun Feng Xiang Song (Ventos propícios ou justos para campanhas) na Biblioteca Bodleiana contém grandes detalhes acerca do uso da bússola de navegação.

Difusão

Existe um grande debate em torno do que aconteceu com a

bússola logo de seu aparecimento na China. Diferentes teorias incluem:

· Viagem da bússola desde a China até o Médio Leste através da Rota da Seda, e logo a Europa.

· Transferência direta da bússola da China à Europa, e logo da Europa ao Médio Leste.

· Criação independente da bússola na Europa, e logo passou desta ao Médio Leste.

As duas últimas teorias se apóiam em evidências do aparecimento da bússola em trabalhos europeus antes que nos arábicos. A primeira menção européia de uma agulha magnetizada e seu uso entre marinheiros ocorreu em De naturis rerum (As coisas naturais), de Alexander Neckam, provavelmente escrito em Paris em 1190. Outra evidência para isto inclui a palavra árabe para "bússola" (al-konbas),

similar ao kompass ou compass das línguas germânicas, possivelmente derivada da antiga palavra italiana para "brujula".]

No mundo árabe, a mais remota referência ao dispositivo se encontra no livro "Tesaurus de los mercaderes" (The Book of the Merchant's Treasure), escrito em árabe por Baylak al-Kibjaki no Cairo em 1282. Dado que o autor descreve ter presenciado o uso de uma bússola em uma viagem de barco 40 anos antes, alguns eruditos se inclinam a anteceder a possivel data de aparição do objeto consequentemente. Também há uma menção muçulmana a uma

bússola com forma de peixe de ferro em um livro persa de 1232.

Na Europa a bússola ou compasso magnético é oficialmente

conhecido desde o Renascimento, inicialmente se acreditava que funcionava através de bruxaria, donde provém seu nome mais comum que é um diminutivo de bruxa; desde o final da Idade Média até aproximadamente metade do século XIX se acreditava que a agulha imantada apontava para o Polo Norte e se acreditava que isto acontecia porque, se imaginava a exigência, no Polo Norte, de uma gigantesca montanha de ferro ou de magnetita no meio de uma ilha (imaginária) a qual se chamou Escarpa Negra.

Possível invenção independente na Europa

Existem vários argumentos a favor ou contrários da teoria de que a bússola européia foi um invento independente.

Argumentos a favor:

· A bússola de navegação européia aponta para o norte, contrária a bússola chinesa que sempre aponta para o sul.

· A bússola européia sempre teve 16 divisões básicas, não 24  como a chinesa.

· A aparente impossibilidade dos árabes de servirem como intermediários entre leste e oeste devido ao aparecimento mais cedo da bússola na Europa que no mundo muçulmano.

· O fato de que a bússola européia evoluiu rapidamente da agulha

magnetizada (1190) à bússola seca (entorno de 1300) poderia

indicar que o anterior invento do artefato de agulha e taça foi feito independentemente.

Argumentos contra:

· A prioridade temporal da bússola de navegação chinesa (1117) comparada com a européia (1190).

· A forma comum das primeiras bússolas européias com uma agulha flutuante em uma taça de água.

Impacto no Mediterrâneo

No Mediterrâneo, a introdução da bússola de navegação, no início somente conhecida como um sinalizador magnetizado flutuando em uma taça de água gerou, juntamente com as melhorias nos métodos de cálculos "a olho" e o desenvolvimento das cartas portulanas, um incremento na navegação durante os meses de inverno na segunda metade do século XIII. Enquanto que a tradição até então evitava realizar viagens marítimas entre outubro e abril, devido, em parte, a falta de céu claro durante o inverno, o prolongamento das temporadas de navegação resultaram em um gradual, porém sustentado incremento do tráfico marinho. Em torno de 1290, a temporada de navegação podia iniciar ao final de janeiro ou em fevereiro, e terminar em dezembro. Esses meses adicionais eram de considerável importância econômica. Por exemplo, permitiu as frotas venezianas fazerem duas viagens anuais, em vez de uma só. 

Ao mesmo tempo, o tráfico entre o norte da Europa e sua zona mediterrânea se incrementou notoriamente, com o aparecimento de viagens comerciais diretas desde o Mediterrâneo até o canal inglês nas décadas finais do século XIII.

Alguns críticos como Kreutz opinam que não foi se não a partir de 1410 que realmente o uso da bússola, como meio de orientação se popularizou.

Utilização na mineração

A bússola foi utilizada pela primeira vez como ferramenta de orientação, em baixo da terra, na cidade mineira de Massa, Itália, aonde agulhas magnetizadas flutuantes se usaram como guias para determinar a direção dos túneis a partir do século XIII. Na segunda metade do século XV, a bússola pertencia ao equipamento básico que eram utilizados pelos mineiros do Tirol para seus trabalhos e terem a localização das rotas planejadas e, pouco tempo depois foi publicado um tratado que continha os usos da bússola em trabalhos subterrâneos, escrito pelo mineiro alemão Rülein von Calw (1463- 1525).

A bússola seca

A bússola seca foi inventada na Europa ao redor do ano de 1300. Este instrumento consta de três elementos: uma agulha magnetizada, uma caixa com recobrimento de vidro e uma carta náutica com a rosa dos ventos desenhada em uma de suas faces. A carta seria aderida na agulha, que por sua vez se encontrava sobre um eixo de forma que poderia girar livremente. Como a bússola era posta em linha com a quilha do barco e a carta girava sempre que o barco mudasse de direção, o instrumento indicava a todo o momento o rumo que apresentava o barco. Apesar de que o sistema de agulhas em caixas já havia sido descrito pelo erudito francês Peter Peregrinus em 1269, foi o italiano Flavio Gioja, piloto marinheiro originário de Amalfi, quem aperfeiçoou a bússola de navegação suspendendo a agulha sobre a carta náutica, dando ao instrumento sua aparência familiar. Esse modelo de bússola, com a agulha atada a um cartão rotatório, também é descrito em um comentário da Divina Comédia de Dante  (1380), e em outra fonte se fala de uma bússola portátil em uma caixa (1318), supondo-se que a bússola seca era conhecida na Europa nesta época.

Bússola marítima do século XIX

Bússolas modernas

Bússolas moderna com líquido. Bússola Suunto

As bússolas de navegação atuais utilizam uma agulha ou disco magnetizados dentro de uma cápsula cheia com algum líquido, geralmente azeite, querosene ou álcool; ditos fluídos fazem com que a agulha se detenha rapidamente em vez de oscilar repetidamente ao redor do norte magnético. Foi em 1936 que Tuomas Vohlonen inventou a primeira bússola portátil cheia de líquido, desenhada para uso individual. Ademais, algumas bússolas incluem um transportador incorporado que permite tomar medidas exatas dos rumos diretamente de um mapa. Algumas outras características usuais nas bússolas modernas são escalas para obter medidas de distâncias em mapas, marcas luminosas para usar a bússola em condições de pouca luz e mecanismos ópticos de aproximação e observação (espelhos, prismas, etc.) para obter medidas de objetos distantes com grande precisão.

Bússola com espelho e clinômetro Bússola de Geólogo

Algumas bússolas especiais usadas atualmente incluem a

bússola de Quibla, usada pelos muçulmanos para obterem a direção de Meca ao fazerem suas preces, e a bússola de Jerusalém, usada pelos judeus para acharem a direção de Jerusalém para realizarem suas orações.

Bússola de Quibla

Balanceamento de uma bússola

Devido a que a inclinação e intensidade do campo magnético terrestre varia a diferentes latitudes, as bússolas geralmente são balanceadas durante sua fabricação. Este balanceamento previne medidas errôneas da bússola devido às mencionadas variações do campo magnético. A maioria dos fabricantes balanceiam suas bússolas para uma das 5 zonas terrestres, que vão desde à zona 1, que cobre a maior parte do hemisfério norte, à zona 5, que cobre a Austrália e os oceanos do sul. Suunto, fabricante de equipamentos para exploração, introduziu no mercado as primeiras bússolas de 2 zonas, que podem serem usadas em um hemisfério completo, inclusive serem usados no outro em terem falhas importantes de precisão.

Países representativos de cada zona

· Zona 1: Hemisfério Norte (Estados Unidos, Norte da Europa e

Ásia)

· Zona 2: México, América central, Panamá, Colômbia, Venezuela, Norte da África

· Zona 3: Peru, Bolívia, Brasil, África central

· Zona 4: Paraguai, Uruguai, Sul da Argentina, Nova Guiné, Sul da África

· Zona 5: Austrália, Antártica, Nova Zelândia

Sistema de orientação e localização atual

Hoje em dia a tecnologia e a computação, além do avanço

satelitário, tem deixado de lado a bússola substituindo-a pelo GPS (Global Position System - Sistema de Posicionamento Global). Este sistema fornece as coordenadas exatas as quais são calculadas mediante uma triangulação que realizam os satélites deste sistema. Os equipamentos de posicionamento têm o tamanho de um telefone celular, ou o de uma calculadora científica. Estes permitem obter em qualquer parte do globo, informações das coordenadas, enquanto que outros modelos adicionam mapas da zona que incluem ruas, posto de combustível, sanitários, hotéis, restaurantes e até o relevo.

Constelação de Satélites do GPS GPS

Atualmente todas as aeronaves, embarcações, equipes militares podem utilizar estes equipamentos para suas orientações. Entretanto, barcos e aviões seguem levando bússolas melhoradas que podem servir como guia para falhas em sistemas mais precisos. As pessoas dedicadas a atividades como os que praticam caminhadas ou exploração, também continuam utilizando a bússola, já que não apresentam partes frágeis e os erros são menores. Além disso não necessitam de pilhas ou baterias (o que é relevante desde o ponto de vista ecológico e prático) ou acesso a uma tomada elétrica.

Referências

Apéndice 2, Mapa Mao Kun; Ying-yai Sheng-lan; en español: "El examen total de la costa del Océano" realizado en 1433 d.C por Ma Huan (versión más difundida aún está em inglés como: The Overall Survey of the Ocean's Shores 1433 by Ma Huan), traducido por J.V.G. Mills, Hakluty Society, Londres 1970; reimpreso por the White Lotus Press (Imprenta del Loto Blanco) 1997 ISBN 974-8496-78-3 Brunton Basic Compass with Protractor» (en inglés). Consultado el 16 de maio de 2011.

Carlson, J.B. 1975. Lodestone Compass: Chinese or Olmec Primacy? Multidisciplinary Analysis of an Olmec Hematite Artifact from San Lorenzo, Veracruz, Mexico, Science, New Series, Vol. 189, nº 4205 (Sep. 5, 1975), pp. 753-760.

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Kreutz, B.M. 1973. Mediterranean Contributions to the Medieval Mariner's Compass, Technology and Culture, Vol. 14, nº3. (Jul., 1973), ps.368, 369, 370, 376.

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Lane, F.C. 1963. The Economic Meaning of the Invention of the Compass, The American Historical Review, Vol. 68, nº 3. (Abr., 1963), p.616.

Lane, F.C. 1963. The Economic Meaning of the Invention of the Compass, The American Historical Review

Texto original: Wikipédia, la enciclopedia libre Junho/2011 - Tradução, ampliação e ilustrações: Iran Carlos Stalliviere Corrêa- IG/UFRGS

A Origem da Bússola

Bússola de copo d'água

Bússola de copo d'água 

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Objetivo

Construir uma bússola e estudar suas propriedades magnéticas.

Contexto

Determinados materiais apresentam propriedades magnéticas. Por propriedade magnética se entende a capacidade que um objeto tem de atrair outros objetos. Na interação entre dois objetos feitos de materiais magnéticos há também a possibilidade de repulsão entre eles. Os materiais que naturalmente apresentam propriedades magnéticas são chamados de ímãs. Convém notar que esses fenômenos de atração e repulsão podem também ser observados em materiais não magnéticos. Por exemplo, entre dois objetos carregados elétricamente. Porém, mesmo que carregados elétricamente, materiais não magnéticos não interagem com materiais magnéticos.
Em geral, propriedades elétricas ou magnéticas estão associadas a classes de materiais diferentes.
Uma outra forma de distinguir o tipo de fenômeno é conhecendo-se um dos materiais envolvidos. Sabemos que um ímã natural possui propriedades magnéticas: então todos os materiais que ele atrair ou repelir também terão propriedades magnéticas.
As propriedades básicas observadas em materiais magnéticos são explicadas pela existência de dois polos diferentes no material. A esses polos se dão os nomes de polo norte e sul. Polos de mesmo tipo se repelem e polos de tipos opostos se atraem. A esta configuração de dois polos dá-se o nome de "dipolo magnético". O dipolo magnético é a grandeza que determina quão forte é o ímã e sua orientação espacial pode ser represenada por uma flecha que aponta do polo sul para o polo norte.
As propriendades magnéticas dos materiais tem sua origem nos átomos, pois quase todos os átomos são dipolos magnéticos naturais e podem ser considerados como pequenos ímãs, com polos norte e sul. Isto é algo que decorre de uma somatória de dipolos magnéticos naturais dos elementos básicos da matéria (o "spin") com o movimento orbital dos elétrons ao redor do núcleo (pois este movimento cria um dipolo magnético próprio).
Para cada material, a interação entre seus átomos constituíntes determina como os dipolos magnéticos dos átomos estarão alinhados. Sabe-se que dois dipolos próximos e de igual intensidade anulam seus efeitos se estiverem alinhados anti-paralelamente; somam seus efeitos se estiverem alinhados paralelamente.

Assim, teremos os seguintes casos:
• Se os dipolos, sob qualquer condição, permanecerem desalinhados, apontando em direções aleatórias, há um cancelamento geral dos efeitos dos dipolos e o material não apresenta nenhuma propriedade magnética macroscopicamente observável (material não-magnético).
• No caso dos dipolos estarem todos alinhados, temos um material chamado ferromagnético permanente (ímã natural).
• Se os dipolos somente se alinharem na presença de um outro ímã, temos três casos:
• material ferromagnético: o ímã externo, ao atrair um dos polos de cada um dos átomos do material ferromagnético, termina por alinhar todos os dipolos magnéticos deste. Com todos os seus dipolos magnéticos alinhados, o ferromagnético, para todos os efeitos comporta-se como um ímã natural. O resultado final é que o material ferromagnético é atraído pelo ímã natural. O ferro, o níquel e o cobalto são alguns exemplos de materiais ferromagnéticos.
• material paramagnético: o alinhamento é similar ao caso ferromagnético, porém de intensidade aproximadamente 1000 vezes menor. Por isso também não é de fácil observação. O resultado final é que o material paramagnético é muito fracamente atraído pelo ímã natural. O vidro, o alumínio e a platina são alguns exemplos de materiais paramagnéticos.
• material diamagnético: além de causas diferentes, macroscopicamente é o caso oposto do paramagnético. O resultado final é que o material diamagnético é muito fracamente repelido pelo ímã natural. No fundo, todo material é diamagnético; só que na maioria dos casos o ferromagnetismo (permanente ou não) ou o paramagnetismo são mais fortes que o diamagnetismo. A água, a prata, o ouro, o chumbo e o quartzo são alguns exemplos de materiais diamagnéticos.
Convém ressaltar que o alinhamento nunca é total, nem em número de dipolos e nem na direção de cada um deles; trata-se de médias.
De acordo com um dos primeiros pesquisadores do magnetismo, Michael Faraday, o campo magnético é a região do espaço na qual se realiza a interação magnética entre dois objetos que apresentam propriedades magnéticas. E as linhas de campo são as linhas imaginárias que mapeiam o sentido deste campo em torno dos objetos. Ou seja, elas indicam a direção da atração ou repulsão magnética num ponto do espaço sob a influência de objetos magnetizados. As linhas de campo apontam do polo norte para o polo sul.

A atração ou repulsão entre dois objetos magnetizados é intermediado pela ação do campo magnético. Por outro lado, pode não haver atração ou repulsão entre dois objetos magnetizados, mesmo havendo entre eles campo magnético. Isto ocorre porque o campo magnético de um ímã enfraquece conforme aumenta a distância a ele. Então, dependendo da distância que separam os ímãs, o campo magnético não é forte o suficiente para, por exemplo, vencer o atrito que existe entre cada ímã e a superfície de uma mesa sobre a qual eles estejam colocados.

Idéia do Experimento

A bússola é um instrumento muito importante para a orientação em geral e também pode ser usada como detector de materiais magnéticos. A idéia principal deste experimento é justamente construir uma bússola simples para detectar campos magnéticos, principalmente o campo da Terra.
Este instrumento de orientação é constituído basicamente por dois elementos: uma agulha magnetizada e um suporte que permite que esta agulha gire livremente em torno de seu eixo.
Por ser a agulha muito leve e o atrito entre ela e o suporte que a sustenta muito pequeno, a bússola se torna um instrumento muito sensível podendo detectar materiais que estejam fracamente magnetizados.
A detecção se dá na forma de alinhamento, ou seja, a agulha da bússola é um pequeno ímã e como já foi dito no contexto, os ímãs podem ser atraídos ou repelidos por outros ímãs ou por campos magnéticos próximos. Logo, quando uma bússola é posta na presença de um campo magnético, a atração e a repulsão se manifestam simultaneamente, na forma de deflexão (rotação parcial ou completa) desta agulha em relação à sua posição anterior. Em outras palavras, a agulha alinha-se com o campo detectado.
Para contruírmos uma bússola de copo d'água, magnetizamos uma agulha de costura e a colocamos para boiar num copo d'água, com o auxílio de um pedaço de papel.
Como todas as bússolas, esta também precisa ter sua agulha livre para girar e apontar na direção do campo detectado e por esse motivo ela foi posta para boiar sobre a água.
As bússolas normalmente tem uma de suas extremidades pintada de vermelho, que aponta aproximadamente para o polo norte geográfico da Terra. O norte magnético da Terra não coincide com o polo norte geográfico: são praticamente opostos (veja figura abaixo). Logo, podemos concluir que a ponta pintada de vermelho das bússolas é o polo norte magnético da agulha, que aponta para o polo sul magnético terrestre.

Para descobrir a polaridade com que foi magnetizada a agulha de sua bússola, é preciso que se saiba de antemão onde está localizado o norte geográfico da Terra. Se sua bússola está voltada para a direção norte-sul geográfico, a extremidade que está voltada para o norte geográfico terrestre, será o polo norte magnético de sua agulha.
Quando se está em algum lugar onde não se sabe onde é o norte geográfico uma regra simples que passaremos a seguir pode ser muito útil. Utilizando-se da informação de que o Sol nasce sempre a leste e se põe a oeste, pode-se descobrir o norte estendendo-se o braço direito na direção do sol nascente (leste) e o braço esquerdo na direção do sol poente (oeste). Pela disposição dos pontos cardeais, podemos concluir que o Sul ficará voltado para as costas e o Norte para a frente. Veja a figura abaixo.

É importante fazermos aqui uma ressalva. O método acima só serve para dar uma idéia de onde está o norte geográfico, pois o Sol não nasce sempre na mesma posição. A variação da posição do nascer do Sol em relação ao leste, é diária e pode se dar tanto para o norte quanto para o sul, dependendo da época do ano. Logo, o método acima dá uma orientação grosseira da localização do polo norte geográfico terrestre, mas é suficiente para se definir a polarização da agulha da bússola.
Uma segunda maneira de se saber com que polaridade foi magnetizada a agulha de sua bússola é comparando-a com uma outra bússola já identificada ou com uma bússola comercial. Então, ao descobrir qual é a polaridade de sua agulha, é aconselhável que se faça uma marca na extremidade que está voltada para o norte geográfico, como é convencionado. Isso pode servir de referência para a construção de outra bússola e para a sua utilização por qualquer pessoa.
Com a informação da polaridade da bússola, você pode descobrir qual é o polo norte e o polo sul de um ímã e de qualquer outro objeto imantado, além de poder realizar atividades de orientação e navegação.

Tabela do Material.

  

Item	Observações
Copo	Um copo convencional ou qualquer pote serve. É interessante que tenha a boca larga para dar mais mobilidade à agulha.
Agulha	A agulha pode ser de costura ou de máquina de costura; ambas podem ser encontradas em lojas de armarinho, supermercados ou bazares.
Ímã	Ímãs são encontrados em alto falantes, ferro velho, lojas de materiais elétricos, em alguns brinquedos, em objetos de decoração como os ímãs de geladeira, etc.
Papel	Neste experimento usamos um pedaço de folha do tipo sulfite. Mas também pode ser usado folha de caderno, jornal ou qualquer outro tipo de papel.

 Montagem

• Primeiro deve-se imantar a agulha, passando-se o ímã natural várias vezes sobre ela, sempre na direção do seu comprimento e no mesmo sentido. Para saber se agulha já está bem imantada, aproxime-a de algum objeto metálico ferromagnético (ferro, clips, moedas, etc.) e verifique se há atração ou repulsão.
• Corte um pedaço de folha de papel quadrado de 2,0 cm de lado aproximadamente ou de acordo com o tamanho da agulha que será utilizada. Este papel serve parapermitir que a agulha de costura possa flutuar sobre a água.
• Atravesse ou cole a agulha na direção diagonal desse quadrado. Veja a figura abaixo.

• Coloque o pedaço de papel com a agulha em um copo cheio de água.
• Verifique por algum método se sua bússola está funcionando, comparando a direção para onde a agulha está apontando com alguma referência. Sem outros campos magnéticos por perto, ela deve se orientar na direção norte-sul magnética da Terra.

Comentários

• Tome cuidado com os alto-falantes, pois eles contém ímãs bastantes fortes e o campo gerado por eles atrapalhará o experimento, caso haja algum por perto.
• Outros materiais podem estar imantados e atrapalhar o experimento, como: tesouras, pregos ou qualquer outro metal que esteja perto do experimento.
• Um campo magnético gerado por corrente elétrica, também pode comprometer o funcionamento do experimento. Isso pode ocorrer, por exemplo, ao se deixar a bússola perto de algum fio elétrico onde há corrente elétrica.
• Pode-se conseguir melhores resultados de imantação pelo aquecimento da agulha antes de passar o ímã sobre ela. Quando ela estiver quase incandecente retire-a do fogo. Passe o ímã sobre a agulha até que esfrie.
• O pedaço de papel pode ser substituído por uma fatia de rolha (cortiça). O papel é mais fácil de se conseguir do que cortar uma fatia de rolha. Porém o papel não dura muito tempo. Ele afunda ou se desmancha depois de algum tempo em contato com a água. Para fazer essa substituição proceda da seguinte forma:
• corte uma fatia fina de rolha (cortiça) no formato de um disco;
• atravesse ou cole a agulha imantada no disco já cortado. Veja a figura abaixo;

• coloque o disco de cortiça com a agulha para boiar num copo cheio d'água.

Esquema Geral de Montagem

Projeto Experimentos de Física com Materiais do Dia-a-Dia - UNESP/Bauru