Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

  • _______ Геодезия – это наука об измерениях на земной поверхности, выполняемых для изучения общей фигуры Земли, для составления планов и карт, для решения инженерных задач при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений.
  • _______В процессе своего развития геодезия разделилась на ряд самостоятельных научных дисциплин: высшую геодезию, топографию, инженерную геодезию, аэрофотогеодезию, картографию и космическую геодезию.
  • _______Высшая геодезия занимается определением фигуры и размеров всей Земли и значительных ее частей.
  • _______Топография занимается измерением и изображением на планах и картах земной поверхности.
  • _______Инженерная геодезия занимается вопросами геодезических работ при изысканиях, проектировании, строительстве и эксплуатации инженерных сооружений, при монтаже оборудования, при наблюдениях за вертикальными и горизонтальными смещениями инженерных сооружений и технологического оборудования.
  • _______Аэрофотогеодезия занимается изучением методов и средств создания топографических карт и планов по материалам фотографирования Земли.
  • _______Картография занимается изучением методов составления, издания и использования карт.
  • _______Космическая геодезия занимается обработкой измерений, полученных при помощи искусственных спутников Земли, орбитальных станций и межпланетных кораблей.

_______Геодезия имеет тесную связь с другими научными дисциплинами: математикой, астрономией, физикой, механикой, автоматикой, электроникой, географией, фотографией и черчением.

2.

Предмет геодезии. Понятие о форме и размерах Земли

_______Предметом геодезии является планета Земля. Общая площадь Земли – 510 млн. км2; 71% поверхности Земли – это моря и океаны, 29% – суша. При определении положения точек земной поверхности обычно относят их к общей фигуре Земли, которую называют геоидом.

_______Геоид – это геометрическое тело, ограниченное уровенной поверхностью.

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

_______Уровенная поверхность – поверхность, совпадающая с поверхностью воды в морях и океанах, которые находятся в спокойном состоянии, продолженная под материками.

_______Уровенная поверхность в каждой своей точке перпендикулярна к отвесной линии, проведенной через эту точку.

_______Фигура геоида в геометрическом отношении является весьма сложной, однако она очень близка к эллипсоиду вращения. Такой эллипсоид получается в результате вращения вокруг малой полуоси эллипса РQP1Q1 (рис. 1).

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

_______Эти величины определяют форму и размеры Земли. В 1946 году были приняты размеры земного эллипсоида, вычисленные группой российских ученых под руководством профессора Ф.Н. Красовского. Эти размеры: а = 6378245 м и b = 6356863 м.

3.

Способы изображения земной поверхности. Метод проекций в геодезии

_______На местности точки, линии, углы и контуры расположены в силу неровностей земной поверхности на возвышениях или впадинах. Так как возвышения и впадины являются пространственными формами, изобразить их на бумаге в виде плоской карты или плана достаточно непросто. Способы изображения земной поверхности на плоскости основываются на методе проекций.

_______При изучении действительной поверхности Земли точки местности проецируют отвесными линиями на поверхность земного эллипсоида. Так как уровенная поверхность радиусом до 20 км может быть заменена плоскостью, при относительно небольших площадях, точки местности проецируют на горизонтальную плоскость. Положение полученных проекций точек может быть определено координатами.

_______В результате перенесения точек на плоскость длины линий заменяют их горизонтальными проекциями, называемыми горизонтальными проложениями; пространственные углы заменяются плоскими, и вся фигура заменяется проекцией на горизонтальную плоскость (рис. 2).

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

4.

Системы координат, принятые в геодезии

_______В геодезии применяются следующие системы координат: • Географическая система координат, • Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера, • Полярная система координат.

4.1.

Географические координаты

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану
  1. _______С помощью географических координат, то есть широт (φ) и долгот (λ), определяют положение точки относительно экватора и начального меридиана.
  2. _______Широтой (φ) точки называется угол, составленный отвесной линией в данной точке и плоскостью экватора.
  3. _______Долготой (λ) точки называется двугранный угол между плоскостью меридиана данной точки и плоскостью начального меридиана.

_______Широта отсчитывается по дуге меридиана к северу и к югу от экватора от 0° до 90°. К северу от экватора широта называется северной, к югу – южной.

_______Долгота отсчитывается от меридиана, проходящего через Гринвич на окраине Лондона. Долгота отсчитывается по дуге экватора или параллели от начального меридиана в сторону востока и запада от 0° до 180°.

Долгота к востоку от Гринвичского меридиана называется восточной долготой, к западу – западной. Широты и долготы определяют положение любой точки на земной поверхности и выражаются в угловой мере.

Географические координаты определяются из астрономических наблюдений и, а также с помощью геодезических измерений.

4.2. Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера

_______При геодезических работах на больших территориях применяется зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера (рис. 4).

Для этого земной шар делится меридианами на шестиградусные или трехградусные зоны (рис. 3). Счет зон ведется к востоку от Гринвичского меридиана.

Каждая зона проецируется на плоскость таким образом, чтобы средний меридиан зоны был изображен прямой линией. Средний меридиан зоны называется осевым меридианом.

_______Изображение осевого меридиана принимается за ось абсцисс (x), изображение экватора – за ось ординат (y). За начало координат принимают точку пересечения осевого меридиана с экватором.

_______Чтобы не иметь отрицательных ординат, ординату осевого меридиана принимают равной 500 км. Перед ординатой точки указывается номер зоны, в которой точка расположена.

Зональная система плоских прямоугольных координат Гаусса–Крюгера

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану
Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

_______Зная географические координаты точки земной поверхности, можно вычислить
зональные прямоугольные координаты, и, наоборот.

4.3. Полярная система координат

_______В полярной системе координат используются полярные углы и расстояния. Подробнее
эта система будет рассмотрена в последующих лекциях.

5.

Системы высот, принятые в геодезии

_______Для полного определения положения точек земной поверхности необходимо
знать высоты точек над принятой уровенной поверхностью. Высоты точек, которые
определяются относительно поверхности эллипсоида (по отвесной линии), называются абсолютными высотами.

_______Абсолютная высота – длина перпендикуляра, опущенного из точки на уровенную поверхность, принятую за начало отсчета (поверхность эллипсоида).

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

_______За начало счета абсолютных высот принимается нуль Кронштадтского футштока (средний уровень воды в Балтийском море). Такая система высот называется Балтийской.

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану
Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

_______Уровень Балтийского моря установленный по данным многолетних наблюдений
и отмеченный награвированной чертой на металлической пластине, вмурованной в
гранитный устой одного из мостов через обводной канал в Кронштадте, является началом
счета высот уже третий век. Если счет высот ведется от другой уровенной поверхности,
такая высота называется относительной высотой.

_______Числовые значения абсолютных высот точек земной поверхности называют отметками. Разность абсолютных высот двух любых точек называют превышением (h). _______В строительстве для отдельных зданий счет высот ведется от чистого пола первого этажа.

6.

Ориентирование линий

_______Ориентировать линию – значит определить ее направление относительно исходного меридиана.

_______В качестве исходного направления служит меридиан начальной точки линии, или осевой меридиан зоны. Для ориентирования линий служат углы, называемые азимутами, дирекционными углами и румбами.

_______Азимутом — горизонтальный угол, отсчитываемый от
северного направления меридиана по ходу часовой стрелки до направления
данной линии.

_______Азимуты изменяются от 0º до 360º.

_______Азимутом называется истинным, если он отсчитывается от истинного меридиана, и
магнитным, если отсчитывается от магнитного меридиана. Направление истинного
меридиана в данной точке определяется из астрономических наблюдений, а направление
магнитного меридиана – при помощи магнитной стрелки.

_______Азимут одной и той же линии в разных ее точках различен. Меридианы разных точек
не параллельны между собой, так как они сходятся в точках полюсов. Отсюда азимут
линии в разных ее точках имеет разное значение. Угол между направлениями двух
меридианов называется

сближением меридианов

и обозначается γ. _______Для определения положения магнитного меридиана в геодезии применяют

буссоль

.
Буссоль применяется в комплекте геодезических приборов (теодолитов, тахеометров и
т.д.) _______Для перехода от магнитного азимута к истинному надо знать величину и название
склонения магнитной стрелки δ. Склонение магнитной стрелки указывается в зарамочном
оформлении листа топографической карты. _______В зональной системе координат Гаусса-Крюгера за исходное направление
принимается осевой меридиан зоны, поэтому для ориентирования используют

дирекционные углы

.

_______Дирекционным углом называется горизонтальный угол, отсчитываемый от северного направления осевого меридиана или линии ему параллельной по часовой стрелке до направления данной линии. Обозначается буквой α.

_______Дирекционные углы бывают прямыми и обратными (рис.10).

_______Обратный дирекционный угол вычисляется по формуле:

_______Румбом называется острый угол, отсчитываемый от ближайшего направления осевого меридиана (северного или южного) до данной линии (r). Румб всегда сопровождается названием четверти, в которой расположена линия (рис. 11).

7.

Съемки

_______Для составления планов и карт необходимо на местности производить геодезические измерения. Комплекс таких измерений называется съемкой.

В зависимости от приборов и методов работы съемка бывает

  • теодолитной
  • тахеометрической
  • фототопографической
  • полевыми работами
  • камеральной обработкой

, , и т.д. Геодезические измерения, выполняемые на местности, называют . Обработка результатов измерений, вычислений и графические работы по составлению карт и планов называют полевых измерений. Тест

  1. Инструкция по прохождению теста
Читайте также:  Как сделать стреляющее ружье. Капсюльник, самопал, поджигала, бомбочки- игрушки нашего детства.

   

  • Выберите один из вариантов в каждом из 10 вопросов;
  • Нажмите на кнопку «Показать результат»;
  • Скрипт не покажет результат, пока Вы не ответите на все вопросы;
  • Загляните в окно рядом с номером задания. Если ответ правильный, то там (+). Если Вы ошиблись, там (-).
  • За каждый правильный ответ начисляется 1 балл;
  • Оценки: менее 5 баллов — НЕУДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, от 5 но менее 7.5 — УДОВЛЕТВОРИТЕЛЬНО, 7.5 и менее 10 — ХОРОШО, 10 — ОТЛИЧНО;
  • Чтобы сбросить результат тестирования, нажать кнопку «Сбросить ответы»;

Истинный и магнитный меридиан

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

Магни́тное по́ле Земли́ или геомагни́тное по́ле — магнитное поле, генерируемое внутриземными источниками. Предмет изучения геомагнетизма. Появилось 4,2 млрд лет назад [1] .

Содержание

Строение и характеристики магнитного поля Земли

Собственное магнитное поле Земли (геомагнитное поле) можно разделить на cледующие основные части [2] :

  • главное поле,
  • поля мировых аномалий,
  • внешнее магнитное поле.

Главное поле

Более чем на 90 % оно состоит из поля, источник которого находится внутри Земли, в жидком внешнем ядре, — эта часть называется главным, основным или нормальным полем [3] [4] [5] .

Оно аппроксимируется в виде ряда по гармоникам — ряда Гаусса, а в первом приближении вблизи поверхности Земли (до трёх её радиусов) близко к полю магнитного диполя, то есть имеет такой вид, как будто земной шар представляет собой полосовой магнит с осью, направленной приблизительно с севера на юг [2] [6] [3] [7] [8] .

Центр этого диполя смещен относительно центра Земли, а ось наклонена к оси вращения Земли на угол около 10°. На такой же угол отстоят от соответствующих географических полюсов геомагнитные полюса — точки пересечения оси диполя с поверхностью Земли [4] .

Их положение в различные моменты времени вычисляется в рамках той или иной модели магнитного поля, определяющей тем или иным образом первые три коэффициента в ряду Гаусса [3] .

Эти глобальные модели, такие как Международное геомагнитное аналитическое поле (International Geomagnetic Reference Field, IGRF) [9] и Всемирная магнитная модель (World Magnetic Model, WMM) [en] [10] , создаются различными международными геофизическими организациями, и каждые 5 лет утверждаются и публикуются обновлённые наборы коэффициентов Гаусса, определяющих все данные о состоянии геомагнитного поля и его параметрах [4] . Так, согласно модели WMM2015, северный геомагнитный полюс (по сути это южный полюс магнита) имеет координаты 80,37° с. ш. и 72,62° з. д., южный геомагнитный полюс — 80,37° ю. ш., 107,38° в. д., наклон оси диполя относительно оси вращения Земли — 9,63° [3] [11] .

Поля мировых аномалий

Реальные силовые линии магнитного поля Земли, хотя в среднем и близки к силовым линиям диполя, отличаются от них местными нерегулярностями, связанными с наличием намагниченных пород в коре, расположенных близко к поверхности.

Из-за этого в некоторых местах на земной поверхности параметры поля сильно отличаются от значений в близлежащих районах, образуя так называемые магнитные аномалии [2] [4] [7] [8] .

Они могут накладываться одна на другую, если вызывающие их намагниченные тела залегают на разных глубинах [5] .

Существование магнитных полей протяжённых локальных областей внешних оболочек приводит к тому, что истинные магнитные полюса — точки (вернее, небольшие области), в которых силовые линии магнитного поля абсолютно вертикальны, — не совпадают с геомагнитными, при этом они лежат не на самой поверхности Земли, а под ней [4] [3] [6] . Координаты магнитных полюсов на тот или иной момент времени также вычисляются в рамках различных моделей геомагнитного поля путём нахождения итеративным методом всех коэффициентов в ряду Гаусса. Так, согласно актуальной модели WMM, в 2015 г. северный магнитный полюс находился в точке 86° с. ш., 159° з. д., а южный — 64° ю. ш., 137° в.д [3] . Значения актуальной модели IGRF12 немного отличаются: 86,3° с. ш., 160° з. д., для северного полюса, 64,3° ю. ш., 136,6° в.д для южного [11] .

Соответственно, магнитная ось — прямая, проходящая через магнитные полюса, — не проходит через центр Земли и не является её диаметром [6] [7] .

Положения всех полюсов постоянно смещаются — геомагнитный полюс прецессирует относительно географического с периодом около 1200 лет [2] .

Внешнее магнитное поле

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

Оно определяется источниками в виде токовых систем, находящимися за пределами земной поверхности, в её атмосфере [2] [4] . В верхней части атмосферы (100 км и выше) — ионосфере — её молекулы ионизируются, формируя плотную холодную плазму, поднимающуюся выше, поэтому часть магнитосферы Земли выше ионосферы, простирающаяся на расстояние до трёх её радиусов, называется плазмосферой. Плазма удерживается магнитным полем Земли, но её состояние определяется его взаимодействием с солнечным ветром — потоком плазмы солнечной короны [12] .

Таким образом, на большем удалении от поверхности Земли магнитное поле несимметрично, так как искажается под действием солнечного ветра: со стороны Солнца оно сжимается, а в направлении от Солнца приобретает «шлейф», который простирается на сотни тысяч километров, выходя за орбиту Луны [2] .

Эта своеобразная «хвостатая» форма возникает, когда плазма солнечного ветра и солнечных корпускулярных потоков как бы обтекают земную магнитосферу — область околоземного космического пространства, ещё контролируемую магнитным полем Земли, а не Солнца и других межпланетных источников [2] [4] [7] [8] ; она отделяется от межпланетного пространства магнитопаузой, где динамическое давление солнечного ветра уравновешивается давлением собственного магнитного поля. Подсолнечная точка магнитосферы в среднем находится на расстоянии 10 земных радиусов R⊕; при слабом солнечном ветре это расстояние достигает 15—20 R⊕, а в период магнитных возмущений на Земле магнитопауза может заходить за геостационарную орбиту (6,6 R⊕) [2] . Вытянутый хвост на ночной стороне имеет диаметр около 40 R⊕ и длину более 900 R⊕; начиная с расстояния примерно 8 R⊕, он разделен на части плоским нейтральным слоем, в котором индукция поля близка к нулю [2] [4] [7] [8] .

Геомагнитное поле вследствие специфической конфигурации линий индукции создает для заряженных частиц — протонов и электронов — магнитную ловушку. Оно захватывает и удерживает огромное их количество, так что магнитосфера является своеобразным резервуаром заряженных частиц.

Общая их масса, по различным оценкам, составляет от 1 кг до 10 кг. Они формируют так называемый радиационный пояс, охватывающий Землю со всех сторон, кроме приполярных областей. Его условно разделяют на два — внутренний и внешний.

Нижняя граница внутреннего пояса находится на высоте около 500 км, его толщина — несколько тысяч километров. Внешний пояс находится на высоте 10—15 тыс. км.

Частицы радиационного пояса под действием силы Лоренца совершают сложные периодические движения из Северного полушария в Южное и обратно, одновременно медленно перемещаясь вокруг Земли по азимуту. В зависимости от энергии они совершают полный оборот вокруг Земли за время от нескольких минут до суток [7] .

Магнитосфера не подпускает к земле потоки космических частиц [8] . Однако в её хвосте, на больших расстояниях от Земли напряженность геомагнитного поля, а следовательно, и его защитные свойства, ослабляются, и некоторые частицы солнечной плазмы получают возможность попасть вовнутрь магнитосферы и магнитных ловушек радиационных поясов.

Хвост таким образом служит местом формирования потоков высыпающихся частиц, вызывающих полярные сияния и авроральные токи [2] .

В полярных областях часть потока солнечной плазмы вторгается в верхние слои атмосферы из радиационного пояса Земли и, сталкиваясь с молекулами кислорода и азота, возбуждает их или ионизирует, а при обратном переходе в невозбужденное состояние атомы кислорода излучают фотоны с λ = 0,56 мкм и λ = 0,63 мкм, ионизированные же молекулы азота при рекомбинации высвечивают синие и фиолетовые полосы спектра. При этом наблюдаются полярные сияния, особенно динамичные и яркие во время магнитных бурь. Они происходят при возмущениях в магнитосфере, вызванных увеличением плотности и скорости солнечного ветра при усилении солнечной активности [8] [7] .

Параметры поля

Наглядное представление о положении линий магнитной индукции поля Земли даёт магнитная стрелка, закреплённая таким образом, что может свободно вращаться и вокруг вертикальной, и вокруг горизонтальной оси (например, в кардановом подвесе), — в каждой точке вблизи поверхности Земли она устанавливается определённым образом вдоль этих линий.

Поскольку магнитные и географические полюса не совпадают, магнитная стрелка указывает направление с севера на юг только приблизительно.

Вертикальную плоскость, в которой устанавливается магнитная стрелка, называют плоскостью магнитного меридиана данного места, а линию, по которой эта плоскость пересекается с поверхностью Земли, — магнитным меридианом [6] [8] .

Таким образом, магнитные меридианы — это проекции силовых линий магнитного поля Земли на её поверхность, сходящиеся в северном и южном магнитных полюсах [13] . Угол между направлениями магнитного и географического меридианов называют магнитным склонением.

Оно может быть западным (часто обозначается знаком «−») или восточным (знак «+») в зависимости от того, к западу или востоку отклоняется северный полюс магнитной стрелки от вертикальной плоскости географического меридиана [6] [7] [8] .

Читайте также:  Как вести себя во время грозы в поле. что делать если в походе застала гроза?

Далее, линии магнитного поля Земли, вообще говоря, не параллельны её поверхности.

Это означает, что магнитная индукция поля Земли не лежит в плоскости горизонта данного места, а образует с этой плоскостью некий угол — он называется магнитным наклонением [6] [8] .

Оно близко к нулю лишь в точках магнитного экватора — окружности большого круга в плоскости, которая перпендикулярна к магнитной оси [3] .

В среднем интенсивность магнитного поля Земли колеблется от 25 до 65 мкТл (0,25—0,65 Гс) и сильно зависит от географического положения [3] . Это соответствует средней напряжённости поля около 0,5 Э (40 А/м) [2] .

На магнитном экваторе её величина около 0,34 Э, у магнитных полюсов — около 0,66 Э. В некоторых районах (магнитных аномалий) напряжённость резко возрастает: в районе Курской магнитной аномалии она достигает 2 Э [7] .

Магнитный дипольный момент Земли на 2015 год составлял 7,72⋅10 25 Гс·см³ (или 7,72⋅10 22 А·м²), уменьшаясь в среднем за последние десятилетия на 0,007⋅10 25 Гс·см³ в год [11] .

Природа магнитного поля Земли

Впервые объяснить существование магнитных полей Земли и Солнца попытался Дж. Лармор в 1919 году [18] , предложив концепцию динамо, согласно которой поддержание магнитного поля небесного тела происходит под действием гидродинамического движения электропроводящей среды. Однако в 1934 году Т.

Каулинг [en] [19] доказал теорему о невозможности поддержания осесимметричного магнитного поля посредством гидродинамического динамо-механизма.

А поскольку большинство изучаемых небесных тел (и тем более Земля) считались аксиально-симметричными, на основании этого можно было сделать предположение, что их поле тоже будет аксиально-симметричным, и тогда его генерация по такому принципу будет невозможна согласно этой теореме [20] .

Даже Альберт Эйнштейн скептически относился к осуществимости такого динамо при условии невозможности существования простых (симметричных) решений. Лишь гораздо позже было показано, что не у всех уравнений с аксиальной симметрией, описывающих процесс генерации магнитного поля, решение будет аксиально-симметричным, и в 1950-х гг. несимметричные решения были найдены [20] [15] .

С тех пор теория динамо успешно развивается, и на сегодняшний день общепринятым наиболее вероятным объяснением происхождения магнитного поля Земли и других планет является самовозбуждающийся динамо-механизм, основанный на генерации электрического тока в проводнике при его движении в магнитном поле, порождаемом и усиливаемом самими этими токами.

Необходимые условия создаются в ядре Земли: в жидком внешнем ядре, состоящем в основном из железа при температуре порядка 4—6 тысяч кельвин, которое отлично проводит ток, создаются конвективные потоки, отводящие от твёрдого внутреннего ядра тепло (генерируемое благодаря распаду радиоактивных элементов либо освобождению скрытой теплоты при затвердевании вещества на границе между внутренним и внешним ядром по мере постепенного остывания планеты). Силы Кориолиса закручивают эти потоки в характерные спирали, образующие так называемые столбы Тейлора [en] . Благодаря трению слоёв они приобретают электрический заряд, формируя контурные токи. Таким образом, создаётся система токов, циркулирующих по проводящему контуру в движущихся в (изначально присутствующем, пусть и очень слабом) магнитном поле проводниках, как в диске Фарадея. Она создает магнитное поле, которое при благоприятной геометрии течений усиливает начальное поле, а это, в свою очередь, усиливает ток, и процесс усиления продолжается до тех пор, пока растущие с увеличением тока потери на джоулево тепло не уравновесят притоки энергии, поступающей за счет гидродинамических движений [14] [21] [16] [22] . Высказывались предположения, что динамо может возбуждаться за счёт прецессии или приливных сил, то есть что источником энергии является вращение Земли, однако наиболее распространена и разработана гипотеза о том, что это всё же именно термохимическая конвекция [17] .

где u — скорость потока жидкости, B — магнитная индукция, η = 1/μσ — магнитная вязкость [en] (коэффициент магнитной диффузии), σ — электропроводность жидкости, а μ — магнитная проницаемость, практически не отличающаяся при такой высокой температуре ядра от μ0 — проницаемости вакуума. Первое слагаемое в правой части соответствует формированию магнитного поля, а второе — его подавлению. При u=0 (без динамо) решение этого уравнения — поле, полностью угасающее через 6⋅10 4 лет [23] .

Однако для полного описания необходимо записать систему магнитогидродинамических уравнений. В приближении Буссинеска (в рамках которого пренебрегается т. н.

вековым охлаждением и все физические характеристики жидкости полагаются постоянными, кроме силы Архимеда, при расчёте которой учитываются изменения плотности вследствие разности температур и — в общем случае — концентрации лёгких элементов) это [16] [17] [23] :

    , содержащее члены, выражающие совокупное действие вращения и магнитного поля:

Вращение Земли — один из важнейших факторов формирования геомагнитного поля, и его механизм схож с процессами в атмосфере Земли, приводящим к завихрению воздушных масс против часовой стрелки в северном полушарии и в обратном направлении в южном — циклонам и антициклонам.

Аналогичные завихрения конвекционных потоков в ядре приводят к тому, что отдельные турбулентные конвекционные движения приобретают крупномасштабную (при усреднении по пульсациям скорости) зеркальную асимметрию и в совокупности приводят к генерации динамо в макроскопических масштабах благодаря электродвижущей силе, направленной уже вдоль, а не перпендикулярно среднему (которое определяется усреднением реального поля по его возможным статистическим реализациям) магнитному полю ⟨ ε ⟩ = α ⟨ B ⟩
angle =alpha langle mathbf
angle > , где ε — ЭДС, а α — коэффициент пропорциональности, из-за которого этот механизм и получил название альфа-эффект [22] [24] . В общем случае α — тензор, однако зеркальная антисимметрия даёт псевдоскаляр, которого и требует по построению эта формула, так как ε — истинный вектор, а B — псевдовектор [25] . Динамо, основанное исключительно на α-эффекте, называют α 2 -динамо, поскольку его действие выражается произведением двух членов, содержащих этот коэффициент [23] , — оно характеризуется практически стационарным полем, испытывающим небольшие кратковременные вариации (порядка сотен лет для Земли) и долговременные полные инверсии (порядка миллиона лет для Земли). Возможен также механизм с действием омега-эффекта (более существенного для Солнца, чем для Земли, однако необходимого для объяснения природы наблюдаемого дрейфа геомагнитных неоднородностей) — это измеряемое градиентом скорости дифференциальное вращение, которое из направленного к наблюдателю полоидального (вытянутого вдоль меридианов, BS) магнитного поля создаёт скрытое в проводящем ядре планеты тороидальное (вытянутое вдоль параллелей, BT) поле. Альфа-эффект замыкает цикл генерации — превращая тороидальное поле в полоидальное за счёт вихрей, характеризуемых отрицательной спиральностью (эта характеристика выражается соотношением u ⋅ ∇ × u cdot mathbf imes mathbf > и непосредственно связана с величиной α) в Северном полушарии и положительной в Южном: восходящие и нисходящие потоки в конвекционных цилиндрах вытягивают и поворачивают BT-линии в S-направлении [26] [20] [15] [17] . Такая схема обычно называется αω-эффектом, она даёт переменные поля, и при этом BT>>BS, тогда как для α 2 -механизма эти компоненты сравнимы (экспериментально на сегодняшний день удалось получить только грубую оценку |BS|

Компас. Величина магнитного склонения. Меридианы и азимут

Земной шар представляет собой огромный магнит, имеющий два хорошо выраженных магнитных полюса. Это точки на поверхности Земли, в которых горизон­тальная составляющая земного магнетизма равна нулю. Северный магнитный полюс расположен на 74,9° с. ш. и 101° з. д., Южный — на 67,2° ю. ш. и 142° в. д.

Линии магнитных сил, идущие от одного магнит­ного полюса до другого, образуют так называемые маг­нитные меридианы.

В конце XII века в Европе появился компас — маг­нитная игла, укрепленная на пробке, плавающей в сосуде с водой.

В наше время компас — всем известный прибор для определения сторон горизонта. Он широко исполь­зуется в топографии, геологии, морской и летной прак­тике.

Магнитный компас состоит из магнитной стрелки, которая свободно вращается в горизонтальной плоско­сти и под действием земного магнетизма устанавли­вается вдоль магнитного меридиана. Свойство магнит­ной стрелки постоянно сохранять определенное на­правление на север и используется при ориентиро­вании.

Компас не рекомендуется применять в грозу, когда под ее влиянием магнитная стрелка может сразу отклониться на 2°. Нельзя пользоваться им в местах, где находятся большие залежи магнитного желез­няка, притяжение которого превосходит влияние маг­нитного поля Земли. Такие магнитные аномалии осо­бенно резко выражены у нас в Курской и Белгород­ской областях (КМА).

Пересечение плоскости географического (истин­ного) меридиана с горизонтальной плоскостью назы­вается   полуденной   линией.

   Направление  полуден­ной линии можно получить, наблюдая за длиной сол­нечной тени, падающей на горизонтальную плоскость от вертикального шеста. До полудня длина тени по­степенно уменьшается, а после полудня — возрастает.

Следовательно, в полдень тень будет самой короткой и ее направление в нашем северном полушарии совпадает в этот момент с полуденной ли­нией.

Определять на местности полуденную линию долго, а иногда и невозможно, поэтому за постоянное направление, относительно которого определяется положение линий на местности, принимают направ­ление прямой, проходящей через концы магнитной стрелки компаса и называемой магнитным мериди­аном.

Компасом пользуются в тех случаях, когда при ориентировании за начальное направление принимают магнитный меридиан. Им можно определить любое направление на местности посредством измерения азимута, т. е. горизонтального угла, образованного магнитным меридианом и направлением на ори­ентир.

Читайте также:  Петля восьмерка. узел восьмерка

Магнитный меридиан с истинным (географиче­ским) не совпадает и образует угол, называемый маг­нитным склонением. Склонение бывает восточное и западное (рис. 38).

Для удобства измерений на земной поверхности геодезистами была введена система прямоугольных координат.

Но так как на сферической поверхности Земли не может быть точно «уложена» прямоуголь­ная система, вертикальные линии сетки на топографи­ческих картах обычно составляют с направлением истинного меридиана некоторый угол, который назы­вается сближением меридианов. Величины магнитного склонения и сближения меридианов обычно указыва­ются на полях карты.

Истинный меридиан и магнитный. Ориентирование по истинному и магнитному меридиану

Две линии нулевого склонения, называемые аго­ническими, разделяют всю земную поверхность на две области.

В одной из них находятся Атлантический и Индийский океаны, Африка и западная часть Евро­пы — склонение западное; в другой области находятся Тихий океан, почти вся Азия и значительная часть Северной и Южной Америки — склонение восточ­ное. В Москве, например, восточное склонение около 7°.

В зависимости от того, от какого меридиана отсчитывается азимут, он называется магнитным или истин­ным.

На местности магнитные азимуты определяются с помощью компаса.

Для этого становятся лицом к за­данному направлению, приводят компас в горизон­тальное положение и осторожно поворачивают его до тех пор, пока северный конец стрелки (черный или синий) не совпадет с точкой севера, нанесенной внутри компаса.

Затем, приложив к центру компаса линейку или карандаш, нацеливают их вдоль данного направ­ления. Градусный отсчет по направлению движения часовой стрелки у дальнего конца карандаша выразит азимут данного направления.

Азимутами пользуются для ориентирования при передвижениях ночью или на закрытой местности (в лесу, в горах и т. п.).

Для грубого измерения величины азимута, если известно направление на север, можно пользоваться часами, зная, что деление циферблата в одну минуту соответствует углу в 6° (360/6о).

View the entire series

Определение азимута по карте, дирекционных углов и магнитных склонений

! Помни – топографическая карта отличается от спортивной карты по содержанию!!!

Определение азимутов и дирекционных углов

Азимуты и дирекционные углы.

Положение какого-либо объ­екта на местности чаще всего определяют и указывают в по­лярных координатах, то есть углом между начальным (задан­ным) направлением и направлением на объект и расстоянием до объекта.

В качестве начального выбирают направление гео­графического (геодезического, астрономического) меридиана, магнитного меридиана или вертикальной линии координатной сетки карты. За начальное может быть принято и на­правление на какой-нибудь удаленный ориентир.

В зависимости от того, какое направление принято за начальное, различают географический (геодезический, астрономический) азимут А,

магнитный азимут Ам и дирекционный угол α. (рис.1)

  • 1. Географический (геодезический, астрономический) азимутА
  • — это двугранный угол между плоскостью меридиана данной точки и вертикальной плоскостью, проходящей в данном направлении, отсчитываемый от направления на север по ходу часовой стрелки (измеряется на карте).
  • 2. Магнитный азимут Ам
  • — горизонтальный угол, от­считываемый от северного направления магнитного меридиана по ходу часовой стрелки (измеряется компасом на местности).
  • 3. Дирекционный угол α
  • — это угол между проходящим через данную точку направлением и линией, параллельной оси абсцисс, отсчитываемый от северного направления оси абсцисс по ходу часовой стрелки (измеряется транспортиром на карте).
  • Все вышеперечисленные углы могут иметь значения от 0 до 360°.
Рис. 1.Направления, принимаемые за начальные.

Измерение по карте дирекционных углов и геодезическихазимутов выполняют транспортиром.

Транспортиром дирекционные углы измеряют в таком порядке (рис. 2). Исходную точку и местный предмет (цель) соединяют прямой линией, длина которой от точки ее пересече­ния с вертикальной линией координатной сетки должна быть больше радиуса транспортира.

Затем совмещают транспортир с вертикальной линией координатной сетки, сообразуясь с вели­чиной угла. Отсчет по шкале транспортира против прочерчен­ной линии будет соответствовать величине измеряемого дирекционного угла.

Средняя ошибка измерения угла транспортиром составляет 0,5°.

Рис. 2 Измерение дирекционных углов по карте транспортиром.
α — дирекционный угол направления на мост равен 271°;β — дирекционный угол на яму равен 66°.

Сближение меридианов. Переход от геодезического азимута к дирекционному углу. Сближение меридиановγ — это угол в данной точке между ее меридианом и линией, парал­лельной оси абсцисс или осевому меридиану (рис. 3).

Направлению геодезического меридиана на топографической карте соответствуют боковые стороны ее рамки, а также прямые линии, которые можно провести между одноименными минут­ными делениями долгот.

Счет сближения меридианов ведется от геодезического ме­ридиана. Сближение меридианов считается положительным, ес­ли северное направление оси абсцисс отклонено к востоку от геодезического меридиана (рис. 3), и отрицательным, если это направление отклонено к западу.

  1. Получить полный текст
  2. Репетиторы
  3. ЕГЭ
  4. Дипломная
  5. Величина сближения меридианов, указанная на топографи­ческой карте в левом нижнем углу, относится к центру листа карты.

Сближение меридианов равно нулю, если точка находится на осевом меридиане зоны или на экваторе. Для любой точки в пределах одной координатной шестиградусной зоны сближение меридианов по абсолютной величине не превышает 3°.

Геодезический азимут направления отличается от дирекционного угла на величину сближения меридианов (рис. 4).

  • За­висимость между ними может быть выражена формулой:
  • А=α+(±γ). Из формулы легко найти выражение для определения дирекционного угла по известным значениям геодезического азимута и сближения меридианов:
  • Α=А-(±γ)
  • .

Магнитное склонение. Переход от магнитного азимута к ге­одезическому азимуту.

Свойство магнитной стрелки занимать определенное положение в данной точке пространства обуслов­лено взаимодействием ее магнитного поля с магнитным полем Земли.

  Как найти Полярную звезду на небе: все способы

Направление установившейся магнитной стрелки в горизон­тальной плоскости соответствует направлению магнитного мери­диана в данной точке.

!Магнитный меридиан в общем случае несовпадает с геодезическим меридианом. Угол между геодезическим меридианом данной точки и ее магнитным меридианом, направленным на север, называется склонением магнитной стрелки или магнитным склонением.

Магнитное склонение считается положительным, если север­ный конец магнитной стрелки отклонен к востоку от геодезичес­кого меридиана (восточное склонение), и отрицательным, если он отклонен к западу (западное склонение).

Рис. 5. Зависимость между геодезическим азимутом, магнитным ази­мутом и магнитным склонением
  1. Зависимость между геодезическим азимутом, магнитным ази­мутом и магнитным склонением (рис. 5) может быть выра­жена формулой:
  2. А=Ам+(±δ)
  3. Магнитное склонение изменяется с течением времени и пе­ременой места.
  4. Переход от магнитного азимута к дирекционному углу.

На местности при помощи компаса (буссоли) измеряют магнитные азимуты направлений, от которых затем переходят к дирекционным углам. На карте, наоборот, измеряют дирекционные углы и от них переходят к магнитным азимутам направлений на мест­ности. Для решения этих задач необходимо знать величину от­клонения магнитного меридиана в данной точке от вертикаль­ной линии координатной сетки карты.

Угол, образованный вертикальной линией координатной сетки и магнитным меридианом, представляющий собой сумму сбли­жения меридианов и магнитного склонения, называется откло­нением магнитной стрелки или поправкой направ­ления (ПН).

Он отсчитывается от северного направления вер­тикальной линии координатной сетки и считается положитель­ным, если северный конец магнитной стрелки отклоняется к востоку от этой линии, и отрицательным при западном отклоне­нии магнитной стрелки. На рис. 6 поправка направления рав­на 2°16′ + 5о16’=+7032′.

Поправку направления и составляющие ее сближение мери­дианов и магнитное склонение приводят на карте под южной стороной рамки в виде схемы с пояснительным текстом (рис. 7).

  • Поправку направления в общем случае можно выразить фор­мулой:
  • ПН = (±δ)-(±γ).
  • Если на карте измерен дирекционный угол направления, то магнитный азимут этого направления на местности
  • Ам=α-(±ПН).
  • Измеренный на местности магнитный азимут какого-либо на­правления переводится в дирекционный угол этого направле­ния по формуле:
  • α = Ам +(±ПН).
  • Чтобы избежать ошибок при определении величины и знакапоправки направления, нужно пользоваться помещаемой на кар­те схемой направлений геодезического меридиана, магнитногомеридиана и вертикальной линии координатной сетки.Для правильного определения магнитного азимута необходимо:
  • Шаг 1: Измерить на топографической карте дирекционный угол между вертикальной линией координатной сетки и направлением на объект.
  • Шаг 2: При помощи данных, расположенных в левом нижнем углу топографической карты определить поправку направления ПН.
  • Шаг 3: По формуле Ам=α-(±ПН) вычислить магнитный азимут Ам.

Интересные факты про нулевой меридиан в Лондоне

Оставьте комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector