Categorii
DEX - Dictionar Explicativ

Latitudine și Longitudine

Oamenii împart Pământul în linii de latitudine și longitudine pentru a ajuta la navigare. Liniile de latitudini sunt linii din jurul Pământului care se deplasează de la nord la sud, iar latitudinea unei persoane determină cât de departe sunt nordul sau sudul în grade. Latitudinea este 0° la ecuator și 90° la poli.

Liniile longitudinale, sau meridianele, înconjoară Pământul de la est la vest, iar longitudinea unei persoane determină cât de departe sunt estul sau vestul în grade. Meridianul care trece prin Greenwich, la Londra, este stabilit la 0 ° longitudine din motive istorice.

Linii de longitudine și longitudine.

 Măsurarea latitudinii

Vă puteți calcula latitudinea măsurând unghiul Soarelui la prânz, când Soarele este cel mai înalt pe cer. Puteți face acest lucru introducând un băț în pământ și uitându-vă la unghiul umbrei sale.

La ecuator, Soarele va fi perpendicular pe pământ, dar pe măsură ce vă îndepărtați, Soarele va părea înclinat, deoarece vă aflați pe o suprafață care este înclinată. La stâlp, ai sta într-un unghi de 90° față de cum ai fi în picioare pe ecuator. Acest lucru nu este strict adevărat, deoarece Pământul este înclinat la un unghi de aproximativ 23,4°.

O ilustrare a efectelor unui Pământ sferic asupra umbrelor, unde liniile galbene reprezintă raze individuale ale Soarelui, iar liniile brune reprezintă obiecte care blochează lumina. Sunt prezentate și efectele unui Pământ sferic asupra atmosferei, unde lumina călătorește prin mai mult din atmosferă la răsărit și la apus. Acest lucru face ca lumina să pară mai roșie. Aceasta este o aproximare, deoarece Pământul este înclinat cu aproximativ 23,4 °.
Înclinarea Pământului.

Anotimpurile și înclinarea Pământului

Înclinarea Pământului înseamnă că există un unghi de aproximativ 23,4° între ecliptica, calea prin care Soarele și planetele par să călătorească și ecuatorul celest, care străbate centrul Pământului între Polul Nord și Sud. Acest unghi este cunoscut sub numele de oblicitatea eclipticii.

Înclinarea Pământului înseamnă că lumina Soarelui ajunge din diferite unghiuri pe parcursul unui an. Acest lucru face ca anotimpurile să se schimbe, unde vara apare pe partea Pământului care este înclinată spre Soare, iar iarna pe partea care este înclinată.

Anotimpurile sunt cauzate de înclinarea Pământului.

Vara este mai cald din același motiv pentru care e mai cald la ecuator; lumina pierde mai puțină energie – ceea ce înseamnă că are o lungime de undă mai scurtă și, prin urmare, este mai albă și mai caldă (așa cum este discutat în cartea a II-a) – atunci când călătorește prin mai puțin atmosferă.

Solstițiul de vară apare atunci când partea de pe Pământ pe care vă aflați este înclinată spre Soare, în cel mai înalt unghi posibil. Aceasta apare pe 21 iunie în emisfera nordică și pe 21 decembrie în emisfera sudică.

Solstițiul de iarnă are loc atunci când partea de pe Pământ pe care vă aflați este înclinată spre Soare în cel mai mic unghi posibil. Aceasta are loc pe 21 decembrie în emisfera nordică și pe 21 iunie în emisfera sudică.

Eratostenele au măsurat înclinarea axială a Pământului prin măsurarea unghiului Soarelui pe solstiții de vară și de iarnă.

Eratostenele și înclinarea Pământului

Antic astronom grec Eratosthenes a măsurat pentru prima dată înclinarea Pământului în aproximativ 240 î.e.n. El a făcut acest lucru măsurând unghiul Soarelui pe solstițiile de vară și de iarnă, unde diferența dintre aceste două valori este de două ori mai mare decât unghiul cu care Pământul este înclinat.

Pământul este înclinat cu aproximativ 23,4 ° și, astfel, pentru a găsi latitudinea pe solstițiul de vară, trebuie să adăugați 23,4 ° unghiul pe care îl măsurați. În timpul solstițiului de iarnă, trebuie să deduceți 23,4 ° și, la orice dată între ele, trebuie să vă calculați unghiul știind că se schimbă cu 23,4 ° la fiecare șase luni și, prin urmare, cu aproximativ 0,13 ° pe zi.

În emisfera nordică, puteți, de asemenea, să calculați înclinarea Pământului și, prin urmare, latitudinea dvs., uitându-vă la unghiul Stelei de Nord. La Polul Nord, acesta va fi chiar deasupra ta, la 90 ° de orizont, iar la ecuator, va fi drept înainte, la 0 ° de orizont.

Cu toate acestea, pentru a vă cunoaște poziția completă, aveți nevoie de coordonate est-vest, precum și de nord-sud, iar pentru aceasta, trebuie să vă cunoașteți longitudinea.

Măsurarea longitudinii

Longitudinea este mult mai greu de calculat decât latitudinea. Pământul se învârte cu 360 ° pe zi, adică 15 ° pe oră, deci există o relație directă între longitudine și timpul în care Soarele răsare și apune. Meridianul Greenwich este desemnat cu 0 ° longitudine; Soarele apune cu o oră mai devreme la fiecare 15 ° est de aceasta și o oră mai târziu la fiecare 15 ° vest.

Zonele orare sunt cauzate de rotația Pământului.

Dacă știți diferența dintre ora apusului în locația dvs. și o altă locație cunoscută, atunci puteți afla cât de departe sunteți de est sau vest.

Hipparchus a sugerat că longitudinea poate fi măsurată comparând timpul unei eclipse lunare în diferite locații în aproximativ 127 î.Hr., dar dispozitivele de cronometrare erau prea inexacte pentru a face acest lucru.

Primele ceasuri mecanice

Ceasurile timpurii au inclus rețelele de soare, care pot fi utilizate pentru a măsura mișcarea Soarelui pe cer, marcând unde cade o umbră, și ceasuri de nisip, lumânări, bastoane de tămâie și ceasuri de apă, care sunt toate folosite pentru a măsura duratele de timp constante.

Ceasurile de apă măsoară cât durează să curgă apa dintr-un loc în altul. Acestea au existat în Egiptul antic, Babilonul, India și China.

Ceasurile mecanice au fost construite pentru prima dată în Europa secolului al XIII-lea. Aceștia folosesc un mecanism de evadare, care a fost proiectat pentru prima dată de polimatul chinez Su Song în 1088. Un refugiu este un dispozitiv care furnizează energie elementului de cronometrare și permite numărarea fiecărui ciclu. În ceasul lui Song, era condus de apă.

În ceasurile medievale, mecanismul de evadare este compus dintr-o vergă și foliot, unde verge se referă la o tijă verticală care leagă o roată, în formă de coroană, cu foliotul.

Foliotul este un fascicul orizontal cu greutăți fixate pe ambele părți. Tija are două plăci metalice, paletele, care sunt așezate în partea superioară și inferioară a roții.

Un mecanism de evadare a pragului și foliotului.

Folia se deplasează înainte și înapoi, ceea ce determină rotirea pragului și a paletelor. Aceasta transformă roata, care poate fi atașată la mâinile de ceas printr-o serie de roți, astfel încât mâinile de ceas se mișcă de fiecare dată când folia se învârte.

Polimatul turc otoman Taqi al-Din a inventat primul ceas cu alarmă cunoscut, primul ceas și primele ceasuri care măsoară timpul în minute și secunde. În 1551, el a inventat un motor cu abur rudimentar.

Primii ceasuri cu pendul

Filozoful natural italian Galileo Galilei a devenit prima persoană care a sugerat să folosească un pendul pentru a măsura timpul în 1602. Galileo a descoperit că timpul necesar pentru ca un pendul să se învârtă înainte și înapoi, perioada lui, nu depinde de cât de departe se leagănă sau de cum masiv pendulul este. Timpul necesar este însă proporțional cu rădăcina pătrată a lungimii pendulului.

P ∝ √  ℓ 

Aici, P este perioada pendulului și  este lungimea pendulului.

Pendulul a fost primul oscilator armonic care a fost studiat științific. Un oscilator armonic este un sistem care, atunci când este deplasat de la echilibru, experimentează o forță care îl restabilește în poziția inițială. Dacă forța de restaurare este singura forță implicată, atunci se numește un simplu oscilator armonic. Filozoful natural olandez Christiaan Huygens a construit primul ceas cu pendul în 1656.

O diagramă a ceasului pendul al lui Christiaan Huygens de Huygens, 1673.

În 1660, filosoful natural englez Robert Hooke a arătat că un izvor acționează în mod similar cu un pendul, unde forța necesară pentru comprimarea unui arc este proporțională cu lungimea pe care o comprimați. Hooke a folosit un pendul pentru modelarea orbitelor planetelor, iar în aproximativ 1666, el a sugerat că pendulul ar putea fi utilizat pentru a măsura accelerația datorată gravitației ( g ).

P = 2 π g

Această ecuație va fi explicată mai târziu prin teoria gravitației filosofului natural englez Isaac Newton, care a fost publicată în 1687

În 1671, astronomul francez Jean Richer a observat că ceasul său de pendul era cu două minute mai încetinit în fiecare zi în care se afla la Cayenne, în America de Sud, în comparație cu când era la Paris, în Europa. Și-a dat seama că forța gravitației trebuie să fie mai mică în Cayenne, permițând pendulului să se învârtă mai departe.

Newton a arătat ulterior că aceasta se datorează faptului că forța centrifugă, forța exterioară cauzată de rotație, este mai puternică la ecuator. Acesta este motivul pentru care Pământul și toate celelalte sfere rotative sunt ușor alungite acolo. Descoperirea lui Richer a însemnat că hărțile gravitaționale ale Pământului ar putea fi făcute luând pendule în întreaga lume.

Diametrul ecuatorial al Pământului este puțin mai mare decât diametrul polar, deoarece forța centrifugă este cea mai puternică la ecuator.

Observatorul Regal de la Greenwich

În 1514, matematicianul german Johannes Werner sugera că timpul poate fi măsurat prin respectarea poziției Lunii. Este posibil să fi fost inspirat de exploratorul italian Amerigo Vespucci, care a scris în 1502 că Luna se deplasează spre vest la aproximativ 11,5 ° pe oră, ceea ce este puțin mai mic decât mișcarea stelelor.

Acest lucru se datorează faptului că Luna orbitează și Pământul, completând o orbită completă pe lună. Odată ce un observator a cunoscut poziția Lunii, a putut determina ora la Greenwich folosind un tabel pregătit de distanțe și ore lunare și apoi să compare acest lucru cu ora locală.

Exploratorul francez Jean-Paul Le Gardeur l-a informat pe regele Charles al II-lea al Angliei despre tehnica lui Werner în 1674. Regele i-a consultat pe comisarii regali, care îl includeau pe Hooke, și l-au întrebat pe astronomul englez John Flamsteed.

Flamsteed a spus că nu au mijloacele de a măsura pozițiile stelelor și ale Lunii suficient de precis pentru a determina longitudinea în acest fel, astfel că regele Charles al II-lea a înființat Observatorul Regal la Greenwich și l-a numit pe Flamsteed drept primul astronom astronom.

Consiliul de longitudine

Metoda lui Werner a fost modificată pentru a ține cont de teoria gravitației lui Newton, dar erorile în navigație au dus la atâtea naufragii, încât în ​​1714, guvernul britanic a instituit Consiliul de la Longitudine. Consiliul de Administrație a promis să recompenseze prima persoană care a arătat cum longitudinea poate fi calculată cu exactitate, urmând scheme similare în Franța, Spania și Olanda.

Astronomul german Tobias Mayer și matematicianul elvețian Leonhard Euler au creat un set de tabele care au prezis poziția Lunii mai exact ca niciodată. Acest lucru le-a permis oamenilor să își calculeze longitudinea până la o jumătate de grad.

Euler și Mayer au înaintat acestea la Consiliul de la Longitudine în 1755, iar astronomul britanic Nevil Maskelyne, al cincilea Astronomer Royal, a sugerat ca tabele ca acestea să fie publicate anual într-o carte oficială cunoscută sub numele de almanah nautic. Almanahul nautic a fost gata pentru 1767 și a devenit setul standard de tabele utilizate în întreaga lume. Meridianul de la Greenwich a fost desemnat 0 ° longitudine, iar acest lucru a fost acceptat internațional în 1884.

Cronometrul marin

Oamenii au putut măsura mai exact longitudinea după ce ceasornicul englez John Harrison a conceput un ceas care funcționează pe mare. Acesta este cunoscut sub numele de cronometru marin. Harrison a făcut mai multe încercări înainte de a rezolva problema în 1759. Al patrulea design al lui Harrison, cunoscut ca H4, avea doar 13 cm lățime și arăta ca un ceas mare de buzunar.

Cronometrul H4 al lui Harrison

Harrison a trebuit să lupte pentru premiul oferit de Board of Longitudine, câștigând în cele din urmă banii premiilor în 1773, după ce a făcut apel la regele George al III-lea. Ceasurile lui Harrison au fost folosite de exploratori precum căpitanul James Cook, dar erau scumpe și astfel nu au devenit standarde încă câteva decenii.

Almanahul nautic britanic a publicat tabele de distanță lunară până în 1906, la doi ani după ce timpul în orice locație specială a fost transmis prima dată la radio.

Referințe

  1. Agarwal, R., Sen, S., Creators of Mathematical and Computational Sciences , Springer, 2014 .
  2. O’Connor, JJ, Robertson, EF, Hipparchus of Rhodes , Arhiva MacTutor Istoria matematicii, Universitatea din St Andrews, 1999 .
  3. Yan, HS, Proiecte de reconstrucție ale mașinilor chineze pierdute , Springer Science & Business Media, 2007 .
  4. Al-Hassani, S., Ceasul astronomic din Taqi Al-Din: Reconstrucție virtuală , patrimoniul musulman.
  5. Matthews, MR, Timpul pentru educația științifică: modul în care predarea istoriei și a filozofiei mișcării pendulului poate contribui la alfabetizarea științei , Springer Science & Business Media, 2012 .
  6. Macey, SL, Enciclopedia timpului , Routledge, 2013 .
  7. Bun, G., Științele Pământului , Psychology Press, 1998 .
  8. Mörzer Bruyns, WFJ, Dunn, R., sextanŃii la Greenwich: un catalog al Cadranele marinarului, astrolabi Cross-bete Mariner lui, Backstaffs, octante, sextanŃii, Quintants, Cercuri Reflectând și artificiale orizonturi în Muzeul Maritim Național , Greenwich. OUP Oxford, 2009 .
  9. Sanders, R., Science and Technology Century Century 2001 , 14 , 58–60.
  10. Couper, H., Henbest, N., Povestea astronomiei: modul în care universul și-a dezvăluit secretele , Hachette Marea Britanie, 2011 .
  11. Reidy, MS, Kroll, GR, Conway, EM, Explorare și știință: impact social și interacțiune , ABC-CLIO, 2007 .
  12. Conferință diversă , internațională , organizată la Washington cu scopul de a fixa o primă meridiană și o zi universală . Octombrie 1884. Protocoale ale procedurilor. Gibson Bros., Printers and Bookbinders, 1884 .