miniatura|upright=1.5|alt=bússola com uma fenda na tampa e um orifício de observação|Uma bússola militar moderna, com dispositivo de mira para alinhamento Uma bússola é um instrumento que mostra os pontos cardeais usados na navegação e na orientação geográfica. Em geral, consiste em uma agulha magnetizada ou outro elemento, como um cartão de bússola ou uma rosa dos ventos, que gira até se alinhar com o norte magnético. Outros métodos também podem ser usados, entre eles giroscópios, magnetômetros e receptores do sistema de posicionamento global.
A palavra portuguesa bússola vem do italiano bussola, termo derivado do latim tardio buxis e do grego pyxís, originalmente usado com o sentido de "caixa de buxo".
As bússolas costumam mostrar ângulos em graus. O norte corresponde a 0°, e os ângulos aumentam no sentido dos ponteiros do relógio, de modo que o leste corresponde a 90°, o sul a 180° e o oeste a 270°. Esses valores permitem que a bússola indique azimutes ou marcações, normalmente expressos em graus. Quando se conhece a variação local entre o norte magnético e o norte verdadeiro, a direção do norte magnético também permite determinar a do norte verdadeiro.
Entre as quatro grandes invenções chinesas, a bússola magnética surgiu primeiro como instrumento de adivinhação, já durante a China da Dinastia Han, a partir de cerca de 206 a.C.,Li Shu-hua, p. 176. e passou a ser usada na navegação pelos chineses da Dinastia Sung no século XI.Kreutz, p. 367.Needham, Joseph. Science and Civilisation in China. vol. 4, parte 1, "Physics". Taipei: Caves Books, 1986, p. 252. Publicado originalmente pela Cambridge University Press em 1962. ISBN 0-521-05802-3.Li Shu-hua, pp. 182 e seguintes. O primeiro uso registrado de uma bússola na Europa Ocidental ocorreu por volta de 1190 e, no mundo islâmico, no século XIII.Kreutz, p. 370.Schmidl, Petra G. "Compass". In: Ibrahim Kalin, ed. The Oxford Encyclopedia of Philosophy, Science, and Technology in Islam. Oxford University Press, 2014, pp. 144–146. ISBN 978-0-19-981257-8.
A bússola magnética é o tipo mais conhecido. Ela aponta para o "norte magnético", isto é, o meridiano magnético local, porque sua agulha magnetizada se alinha com a componente horizontal do campo magnético terrestre. O campo magnético exerce um torque sobre a agulha, puxando sua extremidade norte, ou polo, aproximadamente na direção do polo norte magnético da Terra, enquanto a outra extremidade é puxada na direção do polo sul magnético.As linhas de força do campo magnético terrestre não seguem com exatidão círculos máximos ao redor do planeta passando pelos polos magnéticos. Por isso, a agulha da bússola aponta apenas aproximadamente para esses polos. A agulha é montada sobre um pivô de baixo atrito e, nas bússolas de melhor qualidade, sobre um mancal de joia, para que possa girar com facilidade. Mantida na horizontal, ela gira e, depois de alguns segundos, quando suas oscilações diminuem, estabiliza-se em sua orientação de equilíbrio.
Na navegação, as direções em mapas costumam ser expressas em relação ao norte geográfico, ou norte verdadeiro, a direção do Polo Norte, que fica no eixo de rotação da Terra. O ângulo entre o norte verdadeiro e o norte magnético, chamado declinação magnética, pode variar muito conforme a posição da bússola na superfície terrestre. A declinação magnética local é informada na maioria dos mapas, permitindo orientá-los com uma bússola em paralelo ao norte verdadeiro. As posições dos polos magnéticos da Terra mudam lentamente, fenômeno chamado variação secular geomagnética. Por isso, deve-se usar um mapa com dados recentes de declinação. Algumas bússolas magnéticas permitem compensar manualmente a declinação magnética e mostrar direções verdadeiras.
História
Magnetita Uma das primeiras referências conhecidas às propriedades magnéticas da pedra-imã foi feita pelo filósofo grego Tales de Mileto, no século VI a.C. Os gregos antigos lhe atribuíam a descoberta da atração que a pedra-imã exerce sobre o ferro e sobre outras pedras-imã. O nome ímã pode ter origem nas pedras-imã encontradas em Magnésia, na Anatólia.O termo em grego antigo μαγνῆτις λίθος, magnētis lithos, significa "pedra da Magnésia". Ver Platonis Opera, Meyer e Zeller, 1839, p. 989. Não se sabe se o adjetivo μαγνῆτις, "da Magnésia", se refere à cidade de Magnesia ad Sipylum, na Lídia, a atual Manissa, ou à região grega da Magnésia, de onde teria vindo o colono que fundou a cidade lídia. Ver, por exemplo, . Ver também Paul Hewitt, Conceptual Physics, 10.ª ed., 2006, p. 458. O antigo texto médico indiano Sushruta Samhita menciona o uso das propriedades magnéticas da pedra-imã para retirar uma flecha metálica alojada no corpo.
A referência literária chinesa mais antiga ao magnetismo está no Livro do Mestre do Vale dos Demônios, o Guiguzi, do século IV a.C.Na seção "Fanying 2" (反應第二) do Guiguzi: "". Na crônica Lüshi Chunqiu, do século II a.C., lê-se que "a pedra-imã faz o ferro vir, ou o atrai".Da seção "Jingtong" () do "Almanaque do último mês do outono" (): "".
Instrumento de adivinhação miniatura|Modelo de uma bússola de pedra-imã da Dinastia Han Algumas interpretações situam os primeiros instrumentos que exploravam as propriedades magnéticas naturais da pedra-imã na China da Dinastia Han. A menção mais antiga à atração de uma agulha está no Lunheng (Investigações equilibradas), obra escrita entre 20 e 100 d.C.: "Uma pedra-imã atrai uma agulha."Na seção "A Last Word on Dragons" (, Luanlong) do Lunheng: "O âmbar apanha palhas, e a pedra-imã atrai agulhas" (). No século II a.C., geomantes chineses experimentavam as propriedades magnéticas da pedra-imã para produzir uma "colher que aponta para o sul" usada em adivinhação. Colocada sobre uma placa lisa de bronze, a colher girava até assumir um eixo norte-sul. Embora o princípio funcione, arqueólogos ainda não encontraram uma colher de magnetita em uma tumba Han.Joseph Needham, Clerks and Craftsmen in China and the West: Lectures and Addresses on the History of Science and Technology. Cambridge: University Press, 1970, p. 241.
Bússola de navegação O Wujing Zongyao, compilado em 1044, descreve um "peixe que aponta para o sul", feito de ferro e colocado para flutuar sobre a água. O instrumento podia ser usado para orientação quando o mau tempo ou a escuridão impediam o uso de outros referenciais.
Em 1088, durante a Dinastia Sung, Shen Kuo descreveu no Ensaios do Estanque dos Sonhos uma agulha de ferro magnetizada pelo contato com uma pedra-imã e observou a declinação em relação ao norte verdadeiro. A primeira referência explícita conhecida ao uso de uma agulha magnética na navegação marítima está no Pingzhou Ketan, de Zhu Yu, concluído em 1117. O texto relata que os pilotos se orientavam pelas estrelas durante a noite e pelo Sol durante o dia, recorrendo à agulha que apontava para o sul quando o céu estava escuro ou encoberto.Kreutz, p. 373.
Bússolas secas começaram a surgir por volta de 1300 na Europa medieval e no mundo islâmico. No início do século XX, elas foram substituídas pela bússola magnética preenchida com líquido.
Alguns historiadores sustentam que uma bússola com um peixe de ferro, que apontava para o norte em um recipiente de óleo, era usada no século IV na Índia do Sul. Outros consideram muito fraca a evidência de uso de bússolas antes do século XI.
Portugal Em Portugal, o Livro de Marinharia atribuído a João de Lisboa contém o Tratado da agulha de marear, datado de 1514. O texto explica a construção de uma agulha de marear e um método para determinar a declinação magnética de um local. A ideia de localizar um "meridiano verdadeiro" por meio da variação da agulha foi refutada por D. João de Castro no Roteiro de Lisboa a Goa, de 1538. Durante a mesma viagem, Castro verificou que objetos de ferro a bordo alteravam a indicação da bússola.
Mineração A bússola também passou a ser usada para levantamentos subterrâneos. Em Massa, na Toscana, seu emprego para orientar o avanço de galerias e evitar encontros indesejados entre trabalhos de mineração está documentado nos séculos XIII e XIV. Na segunda metade do século XV, o instrumento já fazia parte do equipamento usado por mineiros no Tirol. O Bergbüchlein, de Ulrich Rülein von Calw, publicado em 1505, está entre os primeiros textos a discutir teoricamente seu uso subterrâneo.Ludwig, Karl-Heinz; Schmidtchen, Volker. Metalle und Macht: 1000 bis 1600. Berlim: Propyläen Verlag, 1997, pp. 62–64. .
Projeto miniatura|upright|Bússola de transferidor, ou de orientação, preenchida com líquido e presa a um cordão
As bússolas modernas costumam usar uma agulha ou um disco magnetizado dentro de uma cápsula totalmente preenchida com líquido, em geral óleo para lampiões, óleo mineral, aguarrás mineral, querosene purificado ou álcool etílico. Projetos antigos frequentemente tinham um diafragma flexível de borracha ou um espaço com ar dentro da cápsula para acomodar mudanças de volume provocadas por temperatura ou altitude. Algumas bússolas líquidas modernas obtêm o mesmo efeito com caixas menores ou materiais flexíveis na cápsula.Gear Review: Kasper & Richter Alpin Compass, OceanMountainSky.Com. O líquido amortece o movimento da agulha, reduz o tempo de oscilação e aumenta a estabilidade. Pontos essenciais da bússola, entre eles a extremidade norte da agulha, costumam receber materiais fosforescentes, fotoluminescentes ou autoluminosos,Nemoto & Co. Ltd., Article, arquivado em 5 de dezembro de 2008. Além da tinta luminosa fosforescente comum, à base de sulfeto de zinco, usam-se em bússolas modernas revestimentos fotoluminescentes mais brilhantes e materiais com isótopos radioativos, como estrôncio-90, além de aluminato de estrôncio e trítio, um isótopo radioativo do hidrogênio. O trítio tem a vantagem de emitir radiação de energia tão baixa que não atravessa a caixa de uma bússola. permitindo a leitura à noite ou sob pouca luz. Como o líquido de enchimento não se comprime sob pressão, muitas bússolas líquidas comuns funcionam com precisão debaixo d'água a profundidades consideráveis.
Muitas bússolas modernas têm uma placa-base e um transferidor, em projetos chamados de "orientação", "placa-base", "bússola de mapa" ou "transferidor". Esse tipo usa uma agulha magnetizada separada dentro de uma cápsula giratória, uma caixa ou marca de orientação para alinhar a agulha ao norte magnético, uma base transparente com linhas de orientação para mapas e um anel externo graduado em graus ou outras unidades angulares.Johnson, p. 110. A cápsula fica montada em uma placa-base transparente com um indicador de direção de marcha, usado para obter marcações diretamente em um mapa.
miniatura|esquerda|Bússola lensática Cammenga preenchida com ar
Outros recursos encontrados em bússolas modernas de orientação são escalas cartográficas e escalas Romer para medir distâncias e marcar posições em mapas, inscrições luminosas no mostrador ou no anel, mecanismos de visada com espelho ou prisma para medir com maior precisão a direção de objetos distantes, agulhas "globais" montadas em suspensão cardã para uso em hemisférios diferentes, ímãs de terras raras para estabilizar a agulha, ajuste de declinação para obter diretamente marcações verdadeiras e inclinômetros para medir inclinações.Johnson, pp. 110–111. A orientação esportiva também levou ao desenvolvimento de modelos com agulhas muito estáveis e de rápida estabilização, que usam ímãs de terras raras para trabalhar com uma carta topográfica por uma técnica de navegação terrestre chamada associação de terreno.Kjernsmo, Kjetil, How to use a Compass, acesso em 8 de abril de 2012, arquivado em 2 de março de 2020. Muitas bússolas marítimas destinadas a embarcações sujeitas a mudanças constantes de inclinação usam fluidos de amortecimento, como isopar M ou isopar L, para limitar as oscilações rápidas da agulha.