Brújula

Antecedentes

Una brújula es un dispositivo que se utiliza para determinar la dirección en la superficie de la tierra. El tipo de brújula más familiar es la brújula magnética, que se basa en el hecho de que un objeto magnético tiende a alinearse con el campo magnético de la Tierra. Otros tipos de brújulas determinan la dirección usando la posición del Sol o una estrella, o confiando en el hecho de que un objeto que gira rápidamente (un giroscopio) tiende a resistir que se desvíe de la dirección en la que apunta su eje.

Las partes básicas de una brújula magnética son la aguja (una pieza delgada de metal magnético), el dial (una tarjeta circular impresa con direcciones) y la carcasa (que mantiene las otras partes en su lugar). Las brújulas económicas, generalmente utilizadas como juguetes, pueden no tener otras partes. Las brújulas destinadas a fines más serios suelen tener otras partes para que sean más útiles. Estas otras partes pueden incluir tapas, cubiertas o estuches para proteger la brújula; miras que utilizan lentes, prismas o espejos para permitir al usuario determinar la dirección de un objeto en la distancia; y una placa base transparente marcada con una escala de pulgadas o milímetros para que la brújula se pueda usar directamente en un mapa.

Una característica importante que se encuentra en muchas brújulas es el ajuste automático de la declinación. La declinación, también conocida como varianza, es la diferencia entre el norte magnético (la dirección a la que apunta la aguja) y el norte verdadero. Esta diferencia existe porque el campo magnético de la Tierra no se alinea exactamente con sus polos norte y sur. La cantidad de declinación varía de un lugar a otro en la superficie de la Tierra. Si se conoce la cantidad de declinación para un área en particular, el ajuste automático de la declinación permite al usuario de la brújula leer la dirección verdadera directamente de la brújula en lugar de tener que sumar o restar la cantidad de declinación cada vez que se usa la brújula.

Historial

Para el 500 A.C. , se sabía que la piedra imán, una forma natural de óxido de hierro también conocida como magnetita, tenía la capacidad de atraer hierro. Nadie sabe dónde o cuándo se notó por primera vez que un trozo de piedra imán que se movía libremente tendía a alinearse de modo que apuntaba hacia el norte y el sur. Los registros escritos indican que los chinos usaban brújulas magnéticas hacia el 1100 A.D. , europeos occidentales y árabes en 1200 A.D. y escandinavos en 1300 A.D.

Las primeras brújulas consistían en un trozo de piedra imán sobre un trozo de madera, un corcho o una caña flotando en un recipiente con agua. Algo más tarde, se hizo pivotar una aguja de piedra imán sobre un alfiler fijado al fondo de un recipiente con agua. En el siglo XIII, se agregó a la brújula una tarjeta marcada con direcciones. A mediados del siglo XVI, el cuenco de agua estaba suspendido en cardanes, lo que permitía que la brújula se mantuviera nivelada mientras se usaba a bordo de un barco que era arrojado por el océano.

En 1745, el inventor inglés Gowin Knight desarrolló un método para magnetizar acero durante largos períodos de tiempo. Esto permitió que las agujas de acero magnetizado reemplazaran a las de la piedra imán. A principios del siglo XIX, el hierro y el acero comenzaron a utilizarse ampliamente en la construcción naval. Esto provocó distorsiones en el funcionamiento de las brújulas magnéticas. En 1837, el Almirantazgo británico creó una comisión especial para estudiar el problema. En 1840, un nuevo diseño de brújula que utilizaba cuatro agujas tuvo tanto éxito en superar esta dificultad que pronto fue adoptado por las armadas de todo el mundo.

Hasta mediados del siglo XIX, los navegantes utilizaban tanto brújulas de tarjeta seca, en las que la aguja giraba en el aire, como brújulas líquidas, en las que la aguja giraba en agua u otro líquido. Las brújulas de tarjeta seca se perturbaban fácilmente con los golpes y las vibraciones, mientras que las brújulas de líquido tendían a gotear y eran difíciles de reparar. En 1862, las mejoras en el diseño de las brújulas líquidas rápidamente hicieron que la brújula de tarjeta seca quedara obsoleta para el uso naval. Para la Primera Guerra Mundial, el ejército británico usó brújulas líquidas en tierra, y las brújulas líquidas siguen siendo el estándar para las mejores brújulas magnéticas portátiles.

Materias primas

La aguja de una brújula magnética debe estar hecha de una sustancia metálica que pueda magnetizarse durante un período de tiempo prolongado. La sustancia más común utilizada para las agujas de las brújulas es el acero. El acero es una aleación de hierro y una pequeña cantidad de carbono. Las materias primas utilizadas para producir acero son el mineral de hierro y el coque (una sustancia rica en carbono producida al calentar carbón a alta temperatura en ausencia de aire). Otras sustancias, como el cobalto, a menudo se agregan al acero para producir aleaciones, que pueden magnetizarse durante mucho tiempo.

La carcasa que sostiene la aguja en su lugar suele estar hecha de plástico acrílico. Los plásticos acrílicos se producen a partir de varios derivados del compuesto químico ácido acrílico. El más importante de estos derivados es el metacrilato de metilo. Miles de moléculas de metacrilato de metilo se unen en una cadena larga para formar metacrilato de polimetilo, conocido por los nombres comerciales Lucite y Plexiglas. El polimetilmetacrilato tiene las ventajas de ser fuerte y transparente.

El
proceso de fabricación

Hacer la aguja

• 1 El mineral de hierro, el coque y la piedra caliza se calientan en un alto horno con aire caliente presurizado. El coque libera calor, que derrite el mineral, y monóxido de carbono, que reacciona con los óxidos de hierro del mineral para liberar hierro. La piedra caliza reacciona con las impurezas del mineral, como el azufre, para formar escoria, que flota sobre el hierro fundido y se elimina. El producto de este proceso es el arrabio, que contiene aproximadamente un 90% de hierro, un 3-5% de carbono y varias impurezas.
• 2 Para eliminar las impurezas y la mayor parte del carbono, se inyecta oxígeno en el arrabio fundido a alta presión. Las impurezas se liberan como escoria y el carbono se libera como monóxido de carbono. El acero fundido restante se vierte en moldes y se deja enfriar en lingotes que pesan miles de libras cada uno.
• 3 Los lingotes se calientan a aproximadamente 2.200 ° F (1.200 ° C) y se enrollan entre rodillos ranurados para formar placas. La losa se corta con tijeras gigantes, se recalienta y se vuelve a enrollar hasta que tenga el grosor adecuado para las agujas. A continuación, se estampa la fina hoja de acero con un troquel afilado en forma de aguja. El proceso se repite para producir muchas agujas a partir de una sola hoja de acero.
• 4 Las agujas se envían del fabricante de acero al fabricante de la brújula. En la fábrica de brújulas, las agujas se insertan a mano en los soportes de un tocadiscos automático. A medida que el plato giratorio gira, el extremo "norte" de la aguja se rocía con pintura roja y el extremo "sur" de la aguja se rocía con pintura blanca. A medida que la aguja continúa, se expone a un fuerte campo magnético producido por un magnetizador electrónico.
• 5 Se retiran las agujas magnetizadas del plato giratorio y se deja secar la pintura. Las agujas también se pueden hornear en un horno para secar la pintura. Luego se almacenan hasta que se necesiten para el montaje.

Realización de la carcasa

• 6 El polimetilmetacrilato se forma sometiendo una solución de metil metacrilato a luz, calor o varios catalizadores químicos. Los componentes de la carcasa de la brújula se forman luego mediante un proceso conocido como moldeo por inyección. El polimetilmetacrilato se calienta hasta que se derrite en un líquido. Luego se inyecta el plástico fundido Una vista frontal y lateral de una simple brújula de aguja pivotante. en un molde con la forma del producto deseado. Se deja enfriar el molde, se abre y se retira el plástico sólido. Los diversos componentes de plástico se envían desde el fabricante de plástico al fabricante de la brújula y se almacenan hasta que se necesiten.

Montaje de la brújula

• 7 Cuando el fabricante de la brújula recibe un pedido de un mayorista, el gerente de la planta hace los arreglos para que las piezas necesarias se entreguen desde el almacenamiento a los trabajadores en una línea de ensamblaje. A medida que la brújula avanza a lo largo de la línea de montaje, los componentes de plástico se encajan a presión. Algunos componentes de plástico se mueven a través de impresoras, que los sellan con marcas como el logotipo de una empresa o con marcas de escala para usar con mapas.
• 8 Uno de los componentes más críticos de una brújula es el vial, que contiene la aguja. La aguja está equilibrada sobre un pivote para permitirle moverse libremente. Las brújulas económicas pueden tener un pivote de acero, pero las mejores brújulas tienen pivotes con joyas para resistir el desgaste. Los pivotes con joyas están hechos de materiales muy duros, como una aleación de osmio-iridio, y están cubiertos con un material como el zafiro artificial.
• 9 Los viales se sumergen en un líquido que servirá como humedecedor. Un amortiguador es una sustancia que hace que la aguja se detenga más rápidamente cuando se toca. Se utilizan varios líquidos para los amortiguadores. Estos líquidos deben ser transparentes y no deben reaccionar con ninguno de los componentes de la brújula. Un líquido típico utilizado para este propósito podría ser una mezcla de alcohol etílico y agua.
• 10 Los viales llenos de líquido se sellan mediante soldadura sónica. Esto evita exponer la aguja al calor, lo que podría alterar su magnetismo. En este proceso, se utilizan ondas ultrasónicas para derretir el plástico en el lugar donde se sellará el vial. Luego se deja solidificar el plástico, formando un sello hermético. El ensamblaje de la brújula continúa mientras el vial sellado se encaja a presión en una placa base. Una brújula de placa base.
• 11 Las brújulas completas están empaquetadas de manera que las protegen contra robos y daños. Pueden estar empaquetados en un paquete de almejas, en el que un recipiente de plástico que se asemeja a una concha de almeja rodea la brújula. También pueden estar empaquetados en blísteres, en los que una burbuja de plástico unida a una pieza plana de cartón rodea la brújula. Las brújulas empaquetadas se colocan en cajas de cartón y se envían al mayorista.

Control de calidad

En cada paso del proceso de fabricación, los diversos componentes que componen la brújula se inspeccionan visualmente y se retiran si están defectuosos. Las imperfecciones comunes incluyen errores de impresión y burbujas en el líquido humectante. Es muy poco probable que la parte más importante de la brújula, la aguja magnética, esté defectuosa. Los pocos casos en los que la aguja no funciona correctamente suelen deberse a que el consumidor expone la aguja a un fuerte campo magnético o eléctrico. En tales casos, la aguja se puede volver a magnetizar para que apunte hacia atrás, con el extremo "Norte" apuntando hacia el sur.

La parte más importante del control de calidad de una brújula magnética es la responsabilidad del usuario de aprender a usar la brújula correctamente. Las brújulas son instrumentos muy fiables, pero de nada sirven si el usuario no sabe utilizarlas correctamente. Saber cómo permitir la declinación es una habilidad fundamental en el uso de una brújula magnética. En algunas partes del mundo, no permitir la declinación podría provocar un error de varios grados, lo que provocaría que el usuario se alejara muchas millas del destino previsto. Una excelente manera de aprender a usar correctamente una brújula es participar en el deporte de orientación. Este deporte implica el uso de un mapa y una brújula para competir con otros en la búsqueda de un camino desde un punto de partida hasta un destino seleccionado.

El futuro

Durante la década de 1970, la Marina de los EE. UU. Inició un ambicioso proyecto conocido como Sistema de Posicionamiento Global (GPS). El proyecto GPS fue asumido por la Fuerza Aérea de los Estados Unidos en la década de 1980 y se completó en junio de 1993. El GPS consiste en un sistema de 24 satélites que contienen relojes atómicos que transmiten señales de tiempo extremadamente precisas a la Tierra. Al analizar la hora exacta en que llegan estas señales a un receptor, es posible determinar la posición con gran precisión. Los dispositivos no mucho más grandes que una brújula común pueden determinar la ubicación dentro de unos 100 pies (30 m).

A primera vista, puede parecer que el GPS amenaza con hacer obsoleta la brújula magnética. De hecho, ocurre exactamente lo contrario. Dado que el GPS indica la posición pero no la dirección, los fabricantes de equipos GPS recomiendan que se utilice con una brújula. Las brújulas también tienen la ventaja de no requerir suministro de energía. A diferencia del GPS, las brújulas se pueden usar cuando la cubierta de árboles pesados ​​o los edificios grandes bloquean la recepción de señales electrónicas. Aunque el GPS promete revolucionar la navegación, las brújulas tradicionales seguirán siendo un componente vital en la forma en que nos orientamos.