Az iránytű és a mágnesesség

https://www.tessloff-babilon.hu/az-iranytu-es-a-magnesesseg Föld, iránytű, mágnes

Az iránytű ma már annyira megszokott tárgyunk, hogy akár egy kulcstartón is találkozhatunk vele. Egyúttal ez az egyik legegyszerűbb és legrégibb műszerünk. Ám ahhoz, hogy megszülethessen, majd tökéletesen működjön, sok mindent meg kellett tudni a mágnesességről.

Mire jó az iránytű és a tájoló?

Az iránytű, és annak továbbfejlesztett változata, a tájoló működése a Föld mágneses térerősségén alapul. Alapvetően arra szolgál, hogy leolvassuk róla: ahhoz a helyhez képest, ahol mi tartózkodunk, merre van a mágneses északi irány.

A hétköznapokban a kirándulásokon kívül akkor is jó hasznát vesszük, ha például egy lakás fekvéséről szeretnénk pontos képet kapni. Ilyenkor elég letennünk egy vízszintes felületre egy iránytűt, amelynek szabadon forgó mágnestűje hamar be fog állni észak-dél irányba. És mivel mi tudjuk, hogy a színnel jelölt vége mutat az Északi-sarkra, csak elő kell vennünk a jól ismert mondókát: „Előttem van észak, hátam mögött dél, balra a Nap nyugszik, jobbra pedig kél”. Ennek alapján pedig már ki is tudjuk számolni, hogy melyik ablak néz délre, keletre vagy nyugatra, vagyis hogy melyik szobában mikor számíthatunk természetes fényre.

Az iránytű és a mágnesesség
A mágneses térnek, vagyis a magnetoszférának a földi élet védelmében is nagy szerepe van: megvédi a Föld felszínét a napszél elektromosan töltött részecskéitől. A mágneses tér az erős behatásra a Nappal szembeni oldalon összenyomódik, a túloldalon pedig elnyúlik, vagyis úgy viselkedik, mint egy folyadékból álló buborék: nem „pukkad ki”. A mágneses mező erőssége a Föld felszínén legkevesebb 30 mikrotesla (0,3 gauss). 2003 októberében a Földet egy hatalmas napkitörés részecskehulláma érte el, amely intenzív geomágneses vihart idézett elő, és szokatlan sarki fényt okozott. (Forrás: Wikipedia)

Ha viszont nincs kedvünk a mondókához és számolgatni sem szeretnénk, akkor inkább tájolót vigyünk magunkkal, amelynek a doboza elforgatható a tűt rögzítő pöcök alatt, az alján pedig ott vannak a fő- és mellék égtájak jelölései. Ezen tehát elég lesz az alján látható „É” feliratot beforgatni a tű hegye alá, és azonnal látjuk az irányokat.

Ha kiránduláshoz használjuk a tájolót, olyankor az irányszöget is leolvashatjuk róla, vagyis azt, hogy a pillanatnyi haladásunk iránya milyen mértékben tér el attól az útvonaltól, amely a célunkhoz vezet. (Mindehhez persze tudnunk kell, hogy merrefelé van a célunk a kiindulópontunkhoz képest.)

Mágnesség-mágnesesség, delej

Az iránytű mögött tehát a mágnesség, hétköznapi szóhasználatban a mágnesesség áll, amely fizikai fogalom, és bizonyos testek (mágnesek) egymás közötti vonzó és taszító képességére utal.

A magyar nyelvben a nyelvújítás idején a „delej” szót találták ki a megmagyarítására. Ez úgy keletkezett, hogy összevonták a mágneses tű két átellenes pontja, a déli és az északi nevét. És mivel a „dél” töve a „del” volt, az „észak” pedig akkor „éjszak”-nak hangzott, a szó első alakja „deléj” volt. Ezt azonban a köznyelv valószínűleg túlságosan mesterkéltnek találta és delejjé formálta át. A szót ma már csak ritkán használjuk a mágnesesség jelölésére, ám átvitt értelemben gyakran találkozhatunk vele, például a hipnózisra utaló „delejes álom”, vagy az erős hatást megfogalmazó „delejes tekintet” kifejezésekben.

Hol használták fel először a Föld mágnesen terét?

Néhány ásvány mágneses tulajdonságait már az ókori közép-amerikai népek is ismerték i. e. 2000 körül, de másutt is hamar felfedezték, hogy például a magnetit (Fe3O4) képes apró vasdarabokat magához vonzani. A mágneses test és a vasdarab között a kölcsönhatás mindig a vonzás. Az ilyen mágneseket pedig permanens vagy állandó mágneseknek nevezzük.

Majd miután az 1700-as évektől megjelent az acélgyártás is (az acél a vasnak olyan ötvözete, amely legfeljebb 2,06 százalékban tartalmaz szenet vagy egyéb elemet), azt tapasztalták, hogy egy mágneses érc segítségével az acél felmágnesezhető. Emellett azt a jelenséget is jól ismerték, hogy ha valahová becsapott a villám, ott a közelben az acél pengéjű kések mágnesessé váltak, ami később az elektromágnesesség fizikájának tudományához vezetett.

Azt, hogy bizonyos fémek magukhoz vonzzák a vasat, illetve hogy mások taszítják azt, először Kínában írták le, ahogyan azt is, hogy ha egy mágneses tárgyat felfüggesztenek és hagynak szabadon mozogni, az mindig egy irányba fog beállni. Ezt a szabad mozgást többnyire egy vízzel telt tállal biztosították úgy, hogy a fém tárgyat gyékénydarabra vagy fadarabra tették, amely fenn tartotta a víz felszínén. Az összefüggés felismerésétől pedig már csak egy lépést kellett tenni ahhoz, hogy ezt a gyakorlatban tájolásra is felhasználják.

Az első, iránytű szerepet betöltő tárgy az ún. Sinanshao „délt irányító kanál” volt i.e. 1000 körül. Ezt vitték tehát magukkal az utazók egy vízzel töltött edénnyel együtt.

Ám mivel akkor még a jelenség okát nem ismerhették, a mágnesség szükségképpen a mágia területére is bevonult, s az iránytűként is szolgáló eszközt a Geomanciánál, vagyis a földjóslásnál is használták. A kanál olykor még ma is része a népszerű feng-shuinak. (A kínai feng-shui kifejezés a szavaira bontva azt jelenti, hogy „szél-víz’”. Ez a természet egységét, a lélegzet és az öt elem – fa, föld, víz, tűz és fém – harmóniáját fejezi ki. A feng-shui mesterei az irányba beálló eszközzel azonban nem pusztán az égtájakat határozták meg. A tárgyat egy asztrológiával összefüggésbe hozható térkép közepére helyezték, amelyen koncentrikus körök és azokon áthaladó vonalak voltak. Ez utóbbiak jelezték, hogy például egy adott szobában mi bonthatja meg, illetve állíthatja vissza a természet harmóniáját.)

Az iránytű és a mágnesesség
A mágnesség jelenségét – tehát a mágneses mezőt – könnyen bemutathatjuk egy mágnesrúddal és egy adag vasreszelékkel. Ha a reszeléket kiszórjuk a rúd mellé, a körülötte lévő erőtér szabályos sorokba rendezi a darabkáit a papíron.

Az eszköz finomítása során megmérték, hogy a mágneses tű hány fém tűt tud felemelni, és ennek alapján különféle minőségi kategóriákat állítottak fel. Az idők során a kínaiak már kiemelkedően pontos navigációra alkalmas iránytűket is tudtak készíteni, sőt a mágneses és a csillagászati észak eltérését is felismerték, amelynek ma mind a hajózásban, mind a repülésben meghatározó a szerepe. A Föld belső mágneses rúdjának sarka és a földmágneses sark (vagyis az Északi-sark) ugyanis a Föld forgása miatt nem esik egy pontba. Ez pontos műszerek híján eltérő jelzésekhez vezethet és elbizonytalaníthatja a navigációt, ezért a hajózásnál-repülésnél használt, modern műszerek már jóval bonyolultabb számításokkal működnek, mint az egyszerű iránytűk.

A kínaiak által kifejlesztett iránytűt a 13-dik században, az utazások fellendülésének idején hozták be Európába, arab kereskedők. Ebben az időben az iránytű változatlanul egy vízzel teli edényben úszó szalmatutaj volt, amelyen azonban már nem egy nagyobb darab mágneses tárgy, hanem több, keskeny mágneses fémszál adta a műszer mutatóját.

Miért áll be az iránytű tűje egy irányba? 

A Föld mágneses terét, az ún. mágneses mezőt valószínűleg az annak belső szerkezetében működő dinamó-mechanizmus tartja fenn. A dinamó-mechanizmus általában véve azt jelenti, hogy egy rendszer öngerjesztéssel, forgással gerjeszt önmagában áramot. (A szó a görög „erő” jelentésű dünamisz, illetve az ebből származó, „képes rá” jelentésű dünamai kifejezésből ered.)

A Föld fémes belsejét egy 7000 kilométer átmérőjű földmag alkotja (ez nagyjából megegyezik a Hold méretével, a hőfoka pedig a Nap felszínének forróságával azonos). A dinamó-mechanizmus itt azt jelenti, hogy a magban lévő olvadt vasból és nikkelből álló anyag hőelvezetési mozgásai révén örvényáramok, ún. konvekciós áramlatok keletkeznek, és ezek kiterjedt mágneses teret gerjesztenek.

Ezt legutóbb így tette érthetővé a Bécsi Műszaki Egyetem kutatója, Alessandro Toschi (tossi): „A földmag hőjének utat kell találnia fölfelé: a forró anyag a bolygó felsőbb rétegei felé szállva úgynevezett konvekciós áramlatokat kelt. Ugyanekkor a Föld forgása is nagy erőt hoz létre, az úgynevezett Coriolis-erőt, és a két erő együtt a forró anyag bonyolult, spirális áramlását kelti. »Ha egy ilyen áramlásrendszerben elektromos áram keletkezik, az mágneses teret hozhat létre, amely tovább erősíti az elektromosságot és így tovább, míg végül a mágneses erő olyan nagy lesz, hogy a Föld felszínén is mérni tudjuk«".

A mágnességet elsőként az angol Erzsébet királynő udvari orvosa, William Gilbert (zsilber, 1544-1603) vizsgálta. Az erről szóló könyvében – amely nem mellesleg Giordano Bruno megégetésének évében, 1600-ban jelent meg – megfogalmazza, hogy az egész Föld egyetlen nagy mágnesnek is tekinthető.

Az iránytű és a mágnesesség
A laptájoló alapja egy átlátszó műanyag lap (1), amelyen egy szintén átlátszó, forgatható, műanyagból vagy üvegből készített szelencét helyeznek el (2). A szelencében van az iránytű (3), valamint az ívmértéket vagy a fokbeosztást jelző számsor (4). Az alaplap szélein léptékosztást (5), illetve mm beosztást is látunk (6). A térkép jeleinek leolvasását a lapban elhelyezett nagyító lencse könnyíti meg (7). Az irány leolvasását az É–D irányvonalak (8), a leolvasási pont vagy – vonal (9), és a szelence alján elhelyezett É–D irányrések vagy nyíl (10) is segíti. Egyes típusokon lépésszám ellenőrző számtárcsa, valamint kisebb távolságtartó lábak is vannak. (Forrás: Wikipedia)

A kiemelkedő magyar mérnök, fizikus és tudós-tanár (az űrutazó Charles Simonyi édesapja), Simonyi Károly (1916-2001) így foglalta össze Gilbert kutatásainak jelentőségét: „Ilyen módon adja meg Gilber az iránytű elméletét. Megállapítja a pólusok közötti erőhatás jellegét, tehát beszél vonzó- és taszító erőről. Megállapítja azt is, hogy egy mágnestűt kettétörve a két pólus nem választható el egymástól: mindegyik feléből újra egy kétpólusú mágnestű lesz. Megállapítja a mágnestű inklinációját, vagyis elhajlását a vízszinteshez képest. Ilyen módon lehetségesnek véli, hogy ezen elhajlás segítségével a szélességi fokot meg lehessen határozni, minden asztronómiai megfigyelés nélkül”. (Simonyi Károly: A fizika kultúrtörténete, Gondolat Kiadó, 1978., 273. l.)

Az iránytű, illetve a tájoló fejlődéstörténete később igazolta Gilbert feltevését. Az első iránytűk azonban még megelégedtek azzal, hogy megmutatták a mágneses tér áramlási irányát, amely a mágneses déltől a mágneses észak felé mutat. Ennek ereje tehát az, amely a Föld felszínén lévő, ugyancsak mágneses tárgyakat – például az iránytű vagy a tájoló tűjét – beállítja az áramlási irányba.

Hogyan pontosították az iránytűket?

Az első, jelentős műszaki átalakítást valószínűleg egy itáliai hajós, a Nápoly közeli Amalfiból származó Flavio Gioia végezte el a mérőszközön. Ő a mágneses tulajdonságú lemez szilárd felfüggesztését oldotta meg: egy dobozban függőleges tengelyre helyezte rá a mágneses lemezt, amelyre kis lyukat vágott. A lemez így szabadon foroghatott a tengely körül. Később a nehézkes lemezt kicserélte egy karcsú tűre.

A szerkezetet a hajó középvonalában rögzítette, és a házán megjelölte a hajó középvonalát is, hogy látható legyen: merre és milyen mértékben tér el a hajó a tű irányától. Ezzel a mai tájoló ősét alkotta meg, amelyet persze csak akkor lehetett pontosan leolvasni, amikor a hajó nyugodt vízen haladt. A folyamatos hullámzás meglehetősen nehézzé tette a használatát, ezért a műszer fejlesztésének igénye továbbra is aktuális maradt.

A megoldásra azonban a 16-dik századig kellett várni. Ekkor dolgozta ki egy olasz fizikus, Gerolamo Cardano azt a felfüggesztést, amellyel az iránytű a hullámoktól kibillenő hajón is megtarthatta függőleges helyzetét.

Később olyan kiegészítőket szereltek fel a dobozra, amelyek megkönnyítették a tárgyak „irányba vételét”, és ezzel megszületett a könnyen használható tájoló.
 

 

Lévai Júlia

Címkék:

állatkert  állatok  Antarktisz  Ausztrália  autó  baktérium  barlangok  betegség  Biblia  Budapest  buddhizmus  bútorok  búvárkodás  cidrimókus  denevér  díj  dory  édesség  éghajlat  egyensúly  egyház  egyiptom  elefánt  elektromosság  emberi test  emlős  építmények  Északi-sark  etimológia  eukaliptusz  fejlesztés  félelem  felfedezés  finommotorika  fizika  Föld  főzés  gyógyítás  gyógyszertár  háború  hajózás  halak  halál  halmazállapot  hideg  hiszti  hogyan működik  hőmérő  hüllők  időjárás  időszámítás  infrahangok  interjú  internet  iránytű  irodalom  iskolaérettség  iskolakezdés  játék  jelrendszer  kalóz  kapitalizmus  karácsony  karantén  kémia  kereskedelem  kétéltűek  Kína  klímaváltozás  koala  kommunikáció  kórház  koronavírus  közlekedés  Krisztus  kultúra  kultúrtörténet  léghajó  leguán  légzés  LOGICO  madarak  magasság  mágnes  mese  meteorológia  Mi MICSODA  mikroszkóp  mitológia  mítoszok  Nikola Tesla  Nobel-díj  növények  nyomozás  óceán  ókor  olimpia  olvasás  Oroszország  orvoslás  öltözködés  őskor  pedagógus  pszichológus  pulzus  rajz  rák  receptek  régészet  repülés  robot  rovarok  sárkány  sejtek  sport  szellemek  szépség  szerzetesrendek  szimbólum  táplálkozás  távíró  technika  tél  tenger  terhesség  természet  természeti jelenségek  természeti katasztrófák  természettudomány  teszt  tobzoska  történelem  tudomány  tüntetés  újkor  ultrahang  ünnep  vadnyugat  vallás  Városliget  vasút  védőoltás  vidámpark  vidra  világűr  vírus  víz  vulkán  zarf