مشروع تعليم العلوم
1
كيف
تعمل البوصلة؟
مهما كان البقعة التي تتواجد فيها على الأرض فبإمكانك الإستعانة بالبوصلة
التي تشير دائماً نحو الشمال . يا له من اختراع مدهش وفعال ! تخيل أنك في
منتصف محيط . وحيثما نظرت فلا تجد سوى الماء . والجو غائم ولا تستطيع
رؤية الشمس . فكيف ستستدل على اتجاه ك ما لم يكن لديك بوصلة؟ في
قديم الزمان وقبل اختراع أنظمة الملاحة والأقمار الص ناعية ومختلف الأجهزة
الإلكترونية . كانت البوصلة هي الأداة التي مكنت الإنسان من تحديد
الإتجاهات الأربع . وقد اعتمد عليها بصورة كبيرة لأنها سهلة الإستخدام وغير
باهظة الثمن .
لكن ما الذ ي يجعل البوصلة تشير إلى الإتجاه الصحيح؟ ولم هي مفيدة في
اكتشاف الحقول المغناطيسية؟ سنجيب عن هذه التساؤلات وسنبين أيضاً
طريقة صنع بوصلة بسيطة .
أساسيات البوصلة
تع تبر البوصلة من الأدوات ذات البساطة الواضحة . وهي تتألف من مغناطيس
صغير وخفيف الوزن موضوع بشكل متوازن فوق نقطة محورية عديمة
الإحتكاك . ويُدعى المغناطيس في العادة ب "الإبرة " المشار إلى أحد نهاي اتها
بالح رف ( ش ) أي اتجاه الشمال أو تكون م ل ونة بلون مميز يدل على تأشيرها
Science Education Project مشروع تعليم العلوم
2
نحو
الشمال . هذه هي البوصلة بشكل مبس ط. مبدأ عمل البوصلة مثير
للغاية . والسبب أن المرء يعتقد أن هنالك مغناطيساً عملاقاً في جوف الأرض .
وأن طرفه الجنوبي يشير نحو الشمال ( كما هو مبين في الرسم البياني
أدناه ) . إن نظرت للعالم بهذه الصورة فستجد أن قانون " تجاذب أ قطاب
المغناطيس " يسبب اتجاه الطرف الشمالي للمغ ناطيس الأرضي العملاق نحو
الجنوب . ونفس الشئ ينطبق على البوصلة .
لا يدور المغناطيس على محور الأرض الدائري بالضبط بل يميل عنه قليلا .
ويسمى هذا الميلان بالإنحراف . وتشير الخرائط الدقيقة إلى موضع الإ نحراف
في مناطق جغرافية مختلفة ( حيث أنه يتغير اعتماداً على الموقع الذي تتواجد
فيه على الأرض ).
يعتبر مجال الأرض المغناطيسي ضعيفاً نسبيا . ففي مطلق الأحوال لا ي تعدى
قطر الكرة الأرضية 8000 ميل . ولذلك فإن على المجال المغناطيسي التنقل
مسافة طويلة ليؤثر على البوصلة . وهذا هو سبب حاجة البوصلة إلى
مغناطيس خفيف الوزن وحامل عديم الإحتكاك . وإلا فلن يكون هناك قوة كافية
لمجال الأرض المغناطيسي لتحريك إبرة البوصلة.
Science Education Project مشروع تعليم العلوم
3
الهدف
من فكرة "المغناطيس الأرضي العملاق " هو توضيح سبب وجود مجال
مغناطيسي أرضي . ولكن ليس هذا ما يحدث فعلا . فما الذي يحدث إذن؟
لا أحد يعرف على وجه التحديد . إلا أن هناك نظرية تعمل حالياً على توضيح
الأمور . وكما نرى في الرسم أعلاه . يسود الإعتقاد أن نواة الكرة الأرضية مكونة
من الحديد الذائب ( الأحمر ) . وتعمل حرارة النواة الشديدة على بلورة الحديد
وتحويله إلى مادة صلب ة. يحدث الإنتقال بفعل الحرارة المشعة من النواة إضافة
إلى عامل آخر ألا وهو دوران الأرض حول نفسها . وكل هذا يؤدي بالحديد
الذائب إلى التحرك بصورة دائرية . ويُعتقد أن هذه القوى الدائرية في طبقة
الحديد الذائب تسبب قوى مغناطيسية ضعيفة حول المحور .
وتبين أنه بسبب ضعف مجال الأرض المغناطيسي فإن البوصلة ليست سوى
كاشف مجالات مغنا طيسية ضعيفة . وهذا هو سبب استخدام البوصلة لكشف
الحقول المغناطيسية الناجمة عن تيار يمر في سلك.
Science Education Project مشروع تعليم العلوم
4
كيف
تصنع بوصلتك الخاصة؟
إن لم تكن تملك بوصلة فبإمكانك صنع واحدة بنفس الطريقة التي درج
الإنسان على صنعها قبل مئات السنين . وستحتاج إلى الأشياء التالية :
إبرة
أو أ ي شئ معدني يشبه السلك ك مشبك الورق المقوى على سبيل
المثال .
جسم
طافي كفلينة أو قطعة بلاستيكية أو غطاء زجاجة .
30 سم فيه ماء بارتفاع 2.5 سم . طبق
بقطر 23
أول خطوة هي تحويل الإبرة إلى مغناطيس وذلك بوضع مغناطيس آخر عليها
حتى تتمتع بقوة الجذب ( أنظر الشكل أدناه ).
ضع الفلي نة في الماء ثم ضع الإبرة فوقها .
ستتجه الإبرة ببطء نحو الشمال لأن ظاهرة الطفو أحد الوسائل السهلة
لإحداث نقطة عديمة الإحتكاك . وهكذا تكون قد حصلت على بوصلة!
Science Education Project مشروع تعليم العلوم
5
البوصلة
التوازنية
يمكن أن تطرأ عدة متاعب على بوصلتك عندما تُستعمل في أمكنة متحركة
كالسفن أو الطائرات لأنها يجب أن تكون مستوية تماماً لتعطي قراءة دقيقة .
ولذلك تستخدم معظم السفن والطائرات البوصلة التوازنية ( الجيرسكوبية ) بدلاً
من البوصلة المغناطيسية .
تتميز هذه البوصلة بأنها تحافظ على الإتجاه الذي تشير نحوه حتى ولو كانت
على سطح متحرك أو دوار . ففي بداية رحلة السفينة أو الطائرة تشير البوصلة
نحو الشمال بمساعدة ب وصلة مغناطيسية كمصدر . ويعمل محرك داخل
البوصلة الجيرس كوبية على إبقائها في حالة دوران . وهكذا يبقى اتجاهها نحو
الشمال وبإمكانها تعديل نفسها بسرعة وبدقة حتى لوكا نت م و جودة في
سفينة وسط بحر هائج أو على متن طائرة تمر بمطبات هوائية شديدة . ويتم
فحصها بشكل دوري بواس طة مغناطيس لتصحيح أية أخطاء تطرأ عليها
