¿Se puede usar una brújula en un submarino?

Esta pregunta está motivada por varios "mitos" que he escuchado recientemente: quiero saber si hay algún problema con el uso de una brújula dentro de un submarino. Puedo ver dos problemas diferentes, por lo que me pregunto si alguien puede aclararlo (si busca en Google este problema, verá todas las respuestas de "sí" a "no", la mayoría de las cuales incluyen física muy sospechosa).

1) ¿El submarino de alguna manera "escuda" el campo magnético de la Tierra? Bueno, parece obvio que un submarino no es una jaula de Faraday, pero es un trozo gigante de metal, por lo que en principio podría haber un problema. Supongo que generalmente están hechos de algo como acero, por lo que se magnetizarían (débilmente), pero la magnetización debería coincidir con el campo de la Tierra para que la brújula aún debería indicar verdadero, ¿verdad?

2) La actividad eléctrica en el submarino puede producir campos magnéticos más grandes que la Tierra. Es probable que esto sea cierto: en este sitio puede ver que los submarinos no nucleares usaban baterías capaces de producir corrientes de alrededor de 15,000 A (por supuesto, este sitio lo llamó "potencia" de la batería, por lo que tal vez no sea una buena referencia). De todos modos, una corriente de 15.000 A coincidiría con el campo de la Tierra (suponiendo 0,5 G) a una distancia

B = m 0 yo 2 π r → r ∼ 60 metro

En cualquier caso, este parece ser un argumento bastante razonable; sin embargo, tal vez no se aplique al caso nuclear.

¿Alguien tiene alguna idea?

COMENTARIO: ¿Hay una etiqueta para este tipo de pregunta? ¿Algo sobre el uso de la física básica para "desmontar mitos"?

Este artículo dice que las brújulas magnéticas no se pueden usar debido al blindaje magnético, pero lo que se puede usar en su lugar es una brújula giroscópica .
Había submarinos con cascos de titanio, presumiblemente se podría haber usado una brújula magnética allí.
@Kyle ok, entonces hay algún tipo de efecto en los submarinos que protege el campo magnético de la Tierra, ¿tal vez tienen una cantidad significativa de material conductor dentro de ellos?
Incluso con cascos de titanio, los submarinos están llenos de tuberías y válvulas de acero y otras piezas y piezas de metal pesado. Todas esas cosas a base de hierro pueden o no haber venido con un campo intrínseco que podría apuntar en cualquier dirección (en 3D) y podría ser localmente varias veces la fuerza del campo de la Tierra. Una brújula magnética podría indicarle la dirección de una tubería en particular más que el norte magnético.

Respuestas (2)

Sí, se puede usar una brújula en un submarino. No es muy diferente a un barco por una brújula. Como el campo magnético es un campo que varía lentamente, no estará completamente protegido por el casco.

Sin embargo, habrá distorsión magnética. La distorsión magnética se divide en términos de hierro duro y blando. Los términos de hierro duro son sesgos que se suman a la fuerza del campo magnético y se deben a imanes permanentes o campos eléctricos. El sesgo de hierro duro se representa como una adición vectorial al campo magnético real (de la Tierra). El término de hierro dulce es un 3 × 3 matriz que representa la deformación del campo magnético ambiental por la presencia de material ferroso. Es un multiplicador de ganancias e incluye términos cruzados (de ahí la matriz 3x3). La ecuación para el campo magnético resultante es:

H metro = S H mi + b

dónde H metro es el vector magnético medido en 3D, H mi es el campo magnético de la tierra, S es el 3 × 3 matriz de hierro dulce y b es el vector de sesgo de hierro duro.

Más específicamente, realmente deberíamos tener cuidado con los marcos de referencia con los que estamos tratando. Con H metro en el marco del submarino, podemos escribir

H metro = S R H mi ( mi ) + b ,

donde el superíndice ( mi ) se refiere al marco fijado a la Tierra y R es la matriz de rotación entre el marco de la Tierra (a veces llamado el marco del noreste hacia abajo) y el marco del submarino.

Por lo tanto, la brújula funcionará, pero no le dirá en qué dirección está el norte sin conocer los coeficientes de distorsión. Existen métodos, y los barcos los utilizan, para determinar los coeficientes de distorsión. Por lo general, requiere conducir en círculos para mapear las distorsiones.

Debe verificar si la fórmula principal sigue siendo correcta una vez que se haya realizado mi edición, porque no estoy seguro de lo que quiso decir con el símbolo: #.
Claro que tiene sentido, como una forma de modelar la distorsión. Que H metro probablemente tiene una dependencia bastante complicada, ¿verdad? ¿Debe depender tanto de la ubicación como de la orientación del submarino?
Esto es muy interesante. ¿Tienes alguna referencia externa?

Creo que la respuesta es "muy improbable". Pero no por la razón que podrías pensar.

La razón principal de la existencia de los submarinos es el sigilo. Los submarinos modernos son extraordinariamente difíciles de detectar. Muy pocos fenómenos penetran en el agua a una profundidad significativa. Los campos magnéticos son algo que atraviesa bien el agua. Dado que los submarinos están hechos de enormes trozos de metal y tienen enormes sistemas eléctricos (todos los submarinos modernos tienen un motor eléctrico para la propulsión), y por varias otras razones distorsionan el campo magnético de la tierra. Así nació el Detector de Anomalías Magnéticas (MAD).

Una contramedida muy común para MAD adaptada por la mayoría de los submarinos es administrar su campo magnético, por lo que "se mezclan" con su entorno. Hay una variedad de maneras de lograr esto; pasivamente (en cuyo caso se aplicaría la otra respuesta), a activamente (en cuyo caso, no podrá usar una brújula).

Para una discusión más detallada de los problemas, consulte el documento: Gestión de las firmas electromagnéticas de los buques navales Una revisión de las fuentes y las contramedidas Los barcos de superficie también tienen estos problemas, ya que muchas minas marinas usan anomalías magnéticas para activarse.

¿Se puede usar una brújula en un submarino?
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