Funcionamiento de las brújulas

No importa dónde te encuentres en la Tierra, puedes sostener una brújula en la mano y apuntará hacia el Polo Norte. ¡Qué cosa tan increíblemente ordenada y sorprendente! Imagina que estás en medio del océano, y estás mirando a tu alrededor en todas direcciones y todo lo que puedes ver es agua, y está nublado por lo que no puedes ver el sol… ¿Cómo diablos sabrías cuál? ¿Cuál es el camino a seguir a menos que tengas una brújula que te indique cuál es el camino «arriba»? Mucho antes de los satélites GPS y otras ayudas a la navegación de alta tecnología, la brújula brindó a los humanos una forma fácil y económica de orientarse.

Pero, ¿qué hace que una brújula funcione como lo hace? ¿Y por qué es útil para detectar pequeños campos magnéticos, como vimos en Cómo funcionan los electroimanes? En este artículo responderemos a todas estas preguntas y también veremos cómo crear una brújula desde cero.

Una brújula es un dispositivo extremadamente simple. Una brújula magnética (a diferencia de una brújula giroscópica) consiste en un imán pequeño y liviano en equilibrio sobre un punto de pivote casi sin fricción. Al imán generalmente se le llama aguja . Un extremo de la aguja suele estar marcado con «N», que significa norte, o coloreado de alguna manera para indicar que apunta hacia el norte. A primera vista, eso es todo lo que hay en una brújula.

El campo magnético de la Tierra

La explicación detrás del funcionamiento de una brújula resulta fascinante. Se puede considerar que la Tierra alberga una inmensa barra magnética en su interior. Para que el extremo norte de la brújula señale hacia el Polo Norte, se asume que el extremo sur de la barra magnética enterrada también está ubicado en el Polo Norte, tal como se muestra en el esquema adjunto. Bajo esta perspectiva, la regla convencional de los imanes que dicta «los opuestos se atraen» ocasionaría que el extremo norte de la aguja de la brújula se oriente hacia el extremo sur de la barra magnética enterrada. De esta manera, la brújula apunta hacia el Polo Norte.

Para ser completamente exactos, la barra magnética no se desplaza exactamente a lo largo del eje de rotación de la Tierra. Está ligeramente desviado del centro. Esta inclinación se llama declinación, y la mayoría de los buenos mapas indican cuál es la declinación en diferentes áreas (ya que cambia un poco dependiendo de dónde te encuentres en el planeta).

La intensidad del campo magnético terrestre es relativamente tenue en la superficie. Considerando que el diámetro del planeta Tierra es de casi 8.000 millas, el campo magnético debe recorrer una distancia considerable para influir en la brújula. Por esta razón, una brújula requiere un imán de peso ligero y un cojinete con mínima fricción. De lo contrario, el campo magnético de la Tierra carecerá de la fuerza necesaria para orientar la aguja.

La comparación de la «enorme barra magnética enterrada en el núcleo» es útil para ilustrar cómo se origina el campo magnético de la Tierra, pero es evidente que la realidad es diferente. Entonces, ¿cuál es el proceso que ocurre en realidad?

Nadie lo sabe con certeza, pero actualmente circula una teoría que funciona. Como se ve arriba, se cree que el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro fundido (rojo). Pero en el centro, la presión es tan grande que este hierro supercaliente cristaliza en un sólido. La convección provocada por el calor que irradia desde el núcleo, junto con la rotación de la Tierra, hace que el hierro líquido se mueva siguiendo un patrón de rotación. Se cree que estas fuerzas de rotación en la capa de hierro líquido conducen a fuerzas magnéticas débiles alrededor del eje de giro.

Resulta que, dado que el campo magnético terrestre es de una intensidad tan baja, una brújula no es sino un sensor de campos magnéticos débiles que pueden ser generados por cualquier objeto. Es por esta razón que podemos emplear una brújula para detectar el leve campo magnético generado por un cable por el cual circula corriente eléctrica.

Ahora veamos cómo puedes crear tu propia brújula.

Crea tu propia brújula casera

Si no tienes una brújula, puedes crear la tuya propia de la misma manera que lo hacía la gente hace cientos de años. Para crear tu propia brújula, necesitarás los siguientes materiales:

• Una aguja o alguna otra pieza de acero similar a un alambre (un clip enderezado, por ejemplo)
• Algo pequeño que flote como un trozo de corcho, el fondo de una taza de café de poliestireno, un trozo de plástico o la tapa de una jarra de leche.
• Un plato, preferiblemente un molde para pastel, de 9 a 12 pulgadas (23 a 30 cm) de diámetro, con aproximadamente una pulgada (2,5 cm) de agua.

Para iniciar, es necesario magnetizar la aguja. La manera más simple de lograrlo es utilizando otro imán: deslice dicho imán a lo largo de la aguja unas 10 o 20 veces, tal como se ilustra a continuación.

Si tiene problemas para encontrar un imán en la casa, dos posibles fuentes incluyen un abrelatas y un electroimán que usted mismo fabrique (consulte Cómo funcionan los electroimanes).

Coloque su flotador en el medio de su plato de agua como se muestra a continuación.

La técnica de «flotar sobre el agua» es una forma sencilla de crear un rodamiento casi sin fricción. Centre su aguja magnética en el flotador. Muy lentamente apuntará hacia el norte. ¡Has creado una brújula!

La brújula giroscópica

Una brújula magnética como la creada en la página anterior tiene varios problemas cuando se usa en plataformas móviles como barcos y aviones. Debe estar nivelado y tiende a corregirse con bastante lentitud cuando gira la plataforma. Debido a esta tendencia, la mayoría de los barcos y aviones utilizan brújulas giroscópicas.

Un giroscopio giratorio, si se apoya en un marco con cardán y se gira hacia arriba, mantendrá la dirección hacia la que apunta incluso si el marco se mueve o gira. En un girocompás, esta tendencia se utiliza para emular una brújula magnética. Al inicio del viaje, el eje del girocompás apunta hacia el norte utilizando una brújula magnética como referencia. Un motor dentro del girocompás mantiene el giroscopio girando, por lo que el girocompás continuará apuntando hacia el norte y se ajustará con rapidez y precisión incluso si el barco se encuentra en mares agitados o el avión sufre turbulencias. Periódicamente, el girocompás se compara con la brújula magnética para corregir cualquier error que pueda detectar.