Frage Nummer 10.
Sichtbarer Horizontabstand. Objektsichtbarkeit...
Geografische Reichweite des Horizonts
Lassen Sie die Augenhöhe des Betrachters an dem Punkt liegen UND"über dem Meeresspiegel, gleich e(Abb. 1.15). Erdoberfläche in Form einer Kugel mit dem Radius R
Die Sichtstrahlen, die nach A" gehen und die Wasseroberfläche in allen Richtungen tangieren, bilden einen kleinen Kreis KK", der genannt wird theoretisch sichtbare Horizontlinie.
Aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Atmosphäre entlang der Höhe breitet sich der Lichtstrahl nicht geradlinig aus, sondern entlang einer bestimmten Kurve Ein „B, die durch einen Kreis mit Radius angenähert werden kann ρ .
Das Phänomen der Krümmung des Sehstrahls in der Erdatmosphäre wird genannt terrestrische Brechung und vergrößert in der Regel die Reichweite des theoretisch sichtbaren Horizonts. der Beobachter sieht nicht KK", sondern die Linie BB", die ein kleiner Kreis ist, entlang dessen die Wasseroberfläche den Himmel berührt. Dies scheinbarer Horizont des Beobachters.
Der Brechungskoeffizient der Erde wird nach der Formel berechnet. Sein Durchschnittswert:
Brechungswinkelr wird, wie in der Abbildung gezeigt, durch den Winkel zwischen der Sehne und der Tangente des Radiuskreises definiertρ .
Der Kugelradius A"B heißt geografischer oder geometrischer Bereich des sichtbaren Horizonts De. Diese Sichtweite berücksichtigt nicht die Transparenz der Atmosphäre, d. h. es wird angenommen, dass die Atmosphäre ideal ist mit einem Transparenzkoeffizienten m = 1.
Zeichnen Sie also durch den Punkt A „die Ebene des wahren Horizonts H vertikaler Winkel d zwischen H und der Tangente an den Sichtstrahl A "B genannt Horizontneigung
In den Nautical Tables MT-75 gibt es eine Tabelle. 22 „Sichtbarer Horizontbereich“, berechnet nach Formel (1.19).
Geografische Reichweite der Sichtbarkeit von Objekten
Geografische Reichweite der Sichtbarkeit von Objekten auf See Dp, wie aus dem vorherigen Absatz hervorgeht, vom Wert abhängen e- die Höhe des Auges des Beobachters, Größe h- die Höhe des Objekts und der Brechungsindex X.
Der Wert von Dp wird durch die größte Entfernung bestimmt, in der der Beobachter seine Spitze über dem Horizont sieht. In der Fachsprache gibt es den Begriff Reichweite sowie Momente"offen" und"Schließungen" ein Navigationspunkt, wie ein Leuchtturm oder ein Schiff. Die Berechnung einer solchen Entfernung ermöglicht es dem Navigator, zusätzliche Informationen über die ungefähre Position des Schiffs relativ zum Orientierungspunkt zu erhalten.
wobei Dh die Sichtweite des Horizonts von der Höhe des Objekts ist
Auf dem Meer Navigationskarten die geografische Reichweite der Sichtbarkeit von Navigationspunkten ist für die Augenhöhe des Beobachters e = 5 m angegeben und wird als Dk bezeichnet - die auf der Karte angegebene Sichtweite. Sie berechnet sich gemäß (1.22) wie folgt:
Wenn also e von 5 m abweicht, ist zur Berechnung von Dp zur Sichtweite auf der Karte eine Ergänzung erforderlich, die wie folgt berechnet werden kann:
Zweifellos hängt Dp von den physiologischen Eigenschaften des Auges des Beobachters ab, von der Sehschärfe, ausgedrückt in der Auflösung bei.
Winkelauflösung- Dies ist der kleinste Winkel, bei dem zwei Objekte vom Auge als getrennt unterschieden werden, dh in unserer Aufgabe - dies ist die Fähigkeit, zwischen einem Objekt und einer Horizontlinie zu unterscheiden.
Betrachten Sie Abb. 1.18. Wir schreiben die formale Gleichheit
Aufgrund der Wirkung des Auflösungsvermögens von y wird ein Objekt nur unter der Bedingung sichtbar sein, dass seine Winkelabmessungen nicht kleiner sind als bei, d.h. es wird eine Höhe über der Horizontlinie von mindestens haben SS". Es ist offensichtlich, dass y den nach Formeln (1.22) berechneten Bereich reduzieren muss. Dann
Segment CC" reduziert tatsächlich die Höhe von Objekt A.
Unter der Annahme, dass in ∆A"CC" die Winkel C und C" nahe bei 90° liegen, finden wir
Wenn wir Dp y in Meilen und SS "in Metern erhalten möchten, muss die Formel zur Berechnung der Sichtweite eines Objekts unter Berücksichtigung der Auflösung des menschlichen Auges auf die Form gebracht werden
Einfluss hydrometeorologischer Faktoren auf die Sichtweite von Horizont, Objekten und Lichtern
Die Sichtweite kann als a priori-Reichweite interpretiert werden, ohne die aktuelle Transparenz der Atmosphäre sowie den Kontrast von Objekt und Hintergrund zu berücksichtigen.
optische Reichweite- Dies ist der Sichtbarkeitsbereich, abhängig von der Fähigkeit des menschlichen Auges, ein Objekt anhand der Helligkeit vor einem bestimmten Hintergrund zu unterscheiden oder, wie sie sagen, einen bestimmten Kontrast zu unterscheiden.
Die optische Reichweite der Tagessicht hängt vom Kontrast zwischen dem beobachteten Objekt und dem Geländehintergrund ab. Optische Reichweite tagsüber stellt die größte Entfernung dar, bei der der scheinbare Kontrast zwischen dem Objekt und dem Hintergrund gleich der Kontrastschwelle wird.
Optische Reichweite bei Nacht ist die maximale Sichtweite des Feuers zu einem bestimmten Zeitpunkt, bestimmt durch die Intensität des Lichts und die aktuelle meteorologische Sicht.
Der Kontrast K kann wie folgt definiert werden:
Wo Vf - Hintergrundhelligkeit; Bp ist die Helligkeit des Objekts.
Der Minimalwert von K wird aufgerufen Kontrastempfindlichkeitsschwelle des Auges und ist gleich einem Durchschnitt von 0,02 für Tagesbedingungen und Objekte mit Winkelabmessungen von etwa 0,5°.
Ein Teil des Lichtstroms von Leuchtturmleuchten wird von in der Luft enthaltenen Partikeln absorbiert, wodurch die Lichtintensität geschwächt wird. Dieser wird durch den Transparenzkoeffizienten der Atmosphäre charakterisiert
wo ich0 - Lichtintensität der Quelle; /1 - Lichtintensität in einer bestimmten Entfernung von der Quelle, als Einheit genommen.
Zu 
Der Transparenzkoeffizient der Atmosphäre ist immer kleiner als Eins, was bedeutet, dass geografische Reichweite- Dies ist das theoretische Maximum, das die Sichtweite unter realen Bedingungen nicht erreicht, mit Ausnahme von anomalen Fällen.
Die Bewertung der atmosphärischen Transparenz in Punkten kann auf einer Sichtbarkeitsskala aus erfolgen Tab. 51 MT-75 je nach Zustand der Atmosphäre: Regen, Nebel, Schnee, Dunst usw.
So entsteht das Konzept meteorologische Sichtweite, die von der Transparenz der Atmosphäre abhängt.
Bewertete Sichtweite Als Feuer bezeichnet man die optische Sichtweite bei einer meteorologischen Sichtweite von 10 Meilen (ד = 0,74).
Der Begriff wird von der International Association of Lighthouse Authorities (IALA) empfohlen und im Ausland verwendet. Auf inländische Karten und in den Segelhandbüchern die Standard-Sichtweite angeben (wenn sie kleiner als die geografische ist).
Standard-Sichtlinie ist die optische Reichweite bei einer meteorologischen Sichtweite von 13,5 Meilen (ד= 0,80).
Die Navigationshilfen „Lichter“, „Feuer und Zeichen“ enthalten eine Tabelle der Horizontsichtweite, ein Nomogramm der Sichtweite von Objekten und ein Nomogramm der optischen Sichtweite. Sie können das Nomogramm nach der Lichtintensität in Candela, nach der nominellen (Standard-)Reichweite und nach der meteorologischen Sicht eingeben, wodurch Sie die optische Sichtweite des Feuers erhalten (Abb. 1.19).
Der Navigator muss experimentell Informationen über die Öffnungsbereiche bestimmter Lichter und Zeichen im Navigationsbereich bei verschiedenen Wetterbedingungen sammeln.
Vom Sehen entfernter Galaxien, die Lichtjahre entfernt sind, bis hin zum Sehen unsichtbarer Farben – Adam Hadhazy von der BBC erklärt, warum Ihre Augen unglaubliche Dinge tun können. Sieh dich um. Was siehst du? All diese Farben, Wände, Fenster, alles scheint offensichtlich, als ob es hier sein sollte. Die Vorstellung, dass wir all dies dank Lichtteilchen – Photonen – sehen, die von diesen Objekten abprallen und in unsere Augen gelangen, scheint unglaublich.
Dieser Photonenbeschuss wird von etwa 126 Millionen lichtempfindlichen Zellen absorbiert. Unterschiedliche Richtungen und Energien von Photonen werden an unser Gehirn übermittelt verschiedene Formen, Farben, Helligkeit, unsere bunte Welt mit Bildern füllen.
Unsere bemerkenswerte Vision hat offensichtlich eine Reihe von Einschränkungen. Wir können keine Funkwellen von unseren elektronischen Geräten sehen, wir können keine Bakterien unter unserer Nase sehen. Aber mit Fortschritten in Physik und Biologie können wir die grundlegenden Einschränkungen des natürlichen Sehens erkennen. „Alles, was du erkennen kannst, hat höchstens eine Schwelle niedriges Niveau darüber und darunter sieht man nichts“, sagt Michael Landy, Professor für Neurowissenschaften an der New York University.
Beginnen wir damit, diese visuellen Schwellen durch das Prisma zu betrachten – verzeihen Sie das Wortspiel – das viele in erster Linie mit dem Sehen in Verbindung bringen: Farbe.
Warum wir lila und nicht braun sehen, hängt von der Energie oder Wellenlänge der Photonen ab, die auf die Netzhaut treffen, die sich auf der Rückseite unserer Augäpfel befindet. Es gibt zwei Arten von Photorezeptoren, Stäbchen und Zapfen. Zapfen sind für die Farbe verantwortlich, während Stäbchen es uns ermöglichen, Grauschattierungen bei schlechten Lichtverhältnissen, beispielsweise nachts, zu sehen. Opsine oder Pigmentmoleküle in Netzhautzellen absorbieren die elektromagnetische Energie einfallender Photonen und erzeugen einen elektrischen Impuls. Dieses Signal wandert durch den Sehnerv zum Gehirn, wo die bewusste Wahrnehmung von Farben und Bildern entsteht.
Wir haben drei Arten von Kegeln und entsprechenden Opsinen, die jeweils für Photonen einer bestimmten Wellenlänge empfindlich sind. Diese Zapfen sind mit S, M und L (kurze, mittlere bzw. lange Wellenlänge) gekennzeichnet. Wir nehmen kurze Wellen als blau, lange Wellen als rot wahr. Die Wellenlängen zwischen ihnen und ihre Kombinationen verwandeln sich in einen vollständigen Regenbogen. „Alles Licht, das wir sehen, außer künstlich mit Prismen oder cleveren Geräten wie Lasern erzeugt, ist eine Mischung aus verschiedenen Wellenlängen“, sagt Landy.
Von allen möglichen Wellenlängen eines Photons erkennen unsere Zapfen ein schmales Band von 380 bis 720 Nanometern – das sogenannte sichtbare Spektrum. Außerhalb unseres Wahrnehmungsspektrums gibt es das Infrarot- und Radiospektrum, wobei letzteres einen Wellenlängenbereich von einem Millimeter bis zu einem Kilometer Länge hat.
Oberhalb unseres sichtbaren Spektrums, bei höheren Energien und kürzeren Wellenlängen, finden wir dann das ultraviolette Spektrum Röntgenstrahlen und ganz oben ist das Gammastrahlenspektrum, dessen Wellenlängen ein Billionstel Meter erreichen.
Obwohl die meisten von uns auf das sichtbare Spektrum beschränkt sind, können Menschen mit Aphakie (fehlende Linse) im ultravioletten Spektrum sehen. Aphakie entsteht normalerweise als Ergebnis der chirurgischen Entfernung von Katarakten oder Geburtsfehlern. Normalerweise blockiert die Linse ultraviolettes Licht, sodass Menschen ohne sie über das sichtbare Spektrum hinaussehen und Wellenlängen bis zu 300 Nanometer in einem bläulichen Farbton wahrnehmen können.
Eine Studie aus dem Jahr 2014 zeigte, dass wir relativ gesehen alle Infrarotphotonen sehen können. Wenn zwei Infrarotphotonen versehentlich fast gleichzeitig in eine Netzhautzelle eintreten, wird ihre Energie kombiniert, wodurch ihre Wellenlänge von unsichtbar (z. B. 1000 Nanometer) in sichtbare 500 Nanometer (kalt) umgewandelt wird grüne Farbe für die meisten Augen).
Gesund menschliches Auge Es hat drei Arten von Zapfen, von denen jeder etwa 100 verschiedene Farbtöne unterscheiden kann. Die meisten Forscher sind sich also einig, dass unsere Augen im Allgemeinen etwa eine Million Farbtöne unterscheiden können. Die Farbwahrnehmung ist jedoch eine eher subjektive Fähigkeit, die von Person zu Person unterschiedlich ist, daher ist es ziemlich schwierig, genaue Zahlen zu bestimmen.
„Es ist ziemlich schwer, das in Zahlen zu fassen“, sagt Kimberly Jamison, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der University of California, Irvine. „Was eine Person sieht, kann nur ein Bruchteil der Farben sein, die eine andere Person sieht.“
Jamison weiß, wovon er spricht, denn er arbeitet mit „Tetrachromaten“ – Menschen mit „übermenschlicher“ Vision. Diese seltenen Individuen, meist Frauen, haben eine genetische Mutation, die ihnen zusätzliche vierte Zapfen verleiht. Grob gesagt können Tetrachromaten dank des vierten Zapfensatzes 100 Millionen Farben sehen. (Menschen mit Farbenblindheit, Dichromaten, haben nur zwei Arten von Zapfen und sehen etwa 10.000 Farben.)
Was ist die Mindestanzahl an Photonen, die wir sehen müssen?
Damit Farbsehen gearbeitet, benötigen Zapfen in der Regel viel mehr Licht als ihre Gegenstücke aus Stäbchen. Daher „verbleicht“ die Farbe bei schlechten Lichtverhältnissen, da monochromatische Stäbchen zum Vorschein kommen.
Unter idealen Laborbedingungen und in Bereichen der Netzhaut, in denen Stäbchen weitgehend fehlen, können Zapfen nur durch eine Handvoll Photonen aktiviert werden. Stäbchen funktionieren jedoch besser bei diffusen Lichtverhältnissen. Wie die Experimente der 1940er Jahre zeigten, reicht ein Lichtquant aus, um unsere Aufmerksamkeit zu erregen. „Menschen können auf ein einzelnes Photon reagieren“, sagt Brian Wandell, Professor für Psychologie und Elektrotechnik in Stanford. „Es hat keinen Sinn, noch sensibler zu sein.“
1941 brachten Forscher der Columbia University Menschen in einen dunklen Raum und ließen ihre Augen sich anpassen. Es dauerte ein paar Minuten, bis die Sticks ihre volle Empfindlichkeit erreichten – weshalb wir Probleme haben, zu sehen, wann plötzlich das Licht ausgeht.
Anschließend schalteten die Wissenschaftler ein blaugrünes Licht vor den Gesichtern der Probanden ein. Auf einem Niveau, das die statistische Wahrscheinlichkeit übersteigt, konnten die Teilnehmer Licht erkennen, wenn die ersten 54 Photonen ihre Augen erreichten.
Nachdem sie den Verlust von Photonen durch Absorption durch andere Komponenten des Auges kompensiert hatten, stellten die Wissenschaftler fest, dass bereits fünf Photonen fünf separate Stäbchen aktivierten, die den Teilnehmern ein Gefühl von Licht vermittelten.
Was ist die Grenze des Kleinsten und Weitesten, das wir sehen können?
Diese Tatsache mag Sie überraschen: Es gibt keine intrinsische Grenze für das kleinste oder am weitesten entfernte, was wir sehen können. Solange Objekte jeder Größe und Entfernung Photonen an Netzhautzellen senden, können wir sie sehen.
„Alles, was das Auge interessiert, ist die Lichtmenge, die auf das Auge trifft“, sagt Landy. - Die Gesamtzahl der Photonen. Sie können eine Lichtquelle lächerlich klein und weit entfernt machen, aber wenn sie starke Photonen aussendet, werden Sie sie sehen.“
Zum Beispiel sagt die herkömmliche Weisheit, dass wir in einer dunklen, klaren Nacht die Flamme einer Kerze aus einer Entfernung von 48 Kilometern sehen können. In der Praxis werden unsere Augen natürlich einfach in Photonen baden, so dass wandernde Lichtquanten aus großer Entfernung in diesem Durcheinander einfach verloren gehen. „Wenn Sie die Intensität des Hintergrunds erhöhen, erhöht sich die Lichtmenge, die Sie benötigen, um etwas zu sehen“, sagt Landy.
Der Nachthimmel mit einem dunklen, mit Sternen übersäten Hintergrund ist ein eindrucksvolles Beispiel für die Reichweite unseres Sehvermögens. Die Sterne sind riesig; Viele von denen, die wir am Nachthimmel sehen, haben einen Durchmesser von Millionen Kilometern. Aber selbst die nächsten Sterne sind mindestens 24 Billionen Kilometer von uns entfernt und damit für unsere Augen so klein, dass man sie nicht erkennen kann. Dennoch sehen wir sie als stark strahlende Lichtpunkte, wenn die Photonen kosmische Entfernungen überwinden und unsere Augen treffen.
Alle einzelnen Sterne, die wir am Nachthimmel sehen, befinden sich in unserer Galaxie – der Milchstraße. Das am weitesten entfernte Objekt, das wir mit bloßem Auge sehen können, befindet sich außerhalb unserer eigenen Galaxie: die Andromeda-Galaxie, die 2,5 Millionen Lichtjahre entfernt liegt. (Obwohl dies umstritten ist, behaupten einige Personen, die Triangulum-Galaxie in einem extrem dunklen Nachthimmel sehen zu können, und sie ist drei Millionen Lichtjahre entfernt, müssen sich nur beim Wort nehmen).
Die Billionen Sterne in der Andromeda-Galaxie verschwimmen angesichts ihrer Entfernung zu einem schwach leuchtenden Fleck am Himmel. Und doch ist seine Größe kolossal. In Bezug auf die scheinbare Größe ist diese Galaxie, obwohl sie Trillionen Kilometer entfernt ist, sechsmal so groß wie der Vollmond. Allerdings erreichen so wenige Photonen unsere Augen, dass dieses Himmelsmonster fast unsichtbar ist.
Wie scharf kann Sehen sein?
Warum können wir in der Andromeda-Galaxie keine einzelnen Sterne sehen? Die Grenzen unserer visuellen Auflösung oder Sehschärfe erlegen ihre eigenen Beschränkungen auf. Die Sehschärfe ist die Fähigkeit, Details wie Punkte oder Linien getrennt voneinander zu unterscheiden, damit sie nicht ineinander übergehen. Daher können wir uns die Grenzen des Sehens als die Anzahl von "Punkten" vorstellen, die wir unterscheiden können.
Die Grenzen der Sehschärfe werden durch mehrere Faktoren festgelegt, wie z. B. den Abstand zwischen Zapfen und Stäbchen, die in der Netzhaut verpackt sind. Wichtig ist auch die Optik des Augapfel, die, wie wir bereits gesagt haben, das Eindringen aller möglichen Photonen in lichtempfindliche Zellen verhindert.
Theoretisch haben Studien gezeigt, dass das Beste, was wir sehen können, etwa 120 Pixel pro Bogengrad ist, eine Maßeinheit für Winkel. Sie können es sich wie ein 60x60 schwarz-weißes Schachbrett vorstellen, das auf den Fingernagel einer ausgestreckten Hand passt. „Das ist das klarste Muster, das man sehen kann“, sagt Landy.
Ein Sehtest folgt wie eine Tabelle mit Kleinbuchstaben den gleichen Prinzipien. Dieselben Grenzen der Schärfe erklären, warum wir eine einzelne schwache biologische Zelle von wenigen Mikrometern Breite nicht unterscheiden und darauf fokussieren können.
Aber schreiben Sie sich nicht ab. Eine Million Farben, einzelne Photonen, galaktische Welten in Trillionen Kilometern Entfernung – nicht schlecht für eine Gallertblase in unseren Augenhöhlen, verbunden mit einem 1,4 Kilogramm schweren Schwamm in unserem Schädel.
Reis. 4 Grundlinien und -ebenen des Betrachters
Zur Orientierung im Meer wird ein System von bedingten Linien und Ebenen des Beobachters angenommen. Auf Abb. 4 zeigt den Globus, auf dessen Oberfläche sich der Punkt befindet M der Beobachter befindet sich. Sein Auge ist auf den Punkt UND. Buchstabe e die Höhe des Auges des Beobachters über dem Meeresspiegel. Linie ZMn, gezogen durch die Position des Beobachters und das Zentrum der Globus, wird Lot oder senkrechte Linie genannt. Alle Flugzeuge, die diese Linie passieren, werden aufgerufen vertikal, und senkrecht dazu - horizontal. Die horizontale Ebene, die durch das Auge des Betrachters verläuft, wird HH / genannt wahre Horizontebene. Die vertikale Ebene VV /, die durch den Ort des Beobachters M und die Erdachse verläuft, wird als Ebene des wahren Meridians bezeichnet. Am Schnittpunkt dieser Ebene mit der Erdoberfläche großer KreisРnQPsQ / , genannt der wahre Meridian des Beobachters. Die gerade Linie, die sich aus dem Schnittpunkt der Ebene des wahren Horizonts mit der Ebene des wahren Meridians ergibt, wird als bezeichnet wahre Meridianlinie oder Mittagslinie N-S. Diese Linie definiert die Richtung zum Nord- und Südpunkt des Horizonts. Die vertikale Ebene FF / senkrecht zur Ebene des wahren Meridians wird genannt die Ebene der ersten Vertikalen. Am Schnittpunkt mit der Ebene des wahren Horizonts bildet es sich E-W-Linie, senkrecht zur N-S-Linie und definiert Richtungen zu den Ost- und Westpunkten des Horizonts. Die Linien N-S und E-W teilen die Ebene des wahren Horizonts in Viertel: NE, SE, SW und NW.
Abb.5. Sichtweite des Horizonts
Auf offener See sieht der Beobachter um das Schiff herum eine Wasseroberfläche, begrenzt durch einen kleinen Kreis CC1 (Abb. 5). Dieser Kreis wird als sichtbarer Horizont bezeichnet. Der Abstand De von der Position des Schiffes M zur Linie des sichtbaren Horizonts CC 1 wird genannt sichtbarer Horizont. Die theoretische Reichweite des sichtbaren Horizonts Dt (Segment AB) ist immer kleiner als die tatsächliche Reichweite De. Dies erklärt sich dadurch, dass sich der Lichtstrahl aufgrund der unterschiedlichen Dichte der Atmosphärenschichten entlang der Höhe nicht geradlinig, sondern entlang der AC-Kurve ausbreitet. Dadurch kann der Beobachter zusätzlich einen Teil der Wasseroberfläche sehen, der sich hinter der Linie des theoretischen sichtbaren Horizonts befindet und durch einen kleinen Kreis SS1 begrenzt ist. Dieser Kreis ist die Linie des sichtbaren Horizonts des Beobachters. Das Phänomen der Brechung von Lichtstrahlen in der Atmosphäre wird als terrestrische Brechung bezeichnet. Die Brechung hängt vom atmosphärischen Druck, der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit ab. Am selben Ort auf der Erde kann sich die Refraktion sogar während eines Tages ändern. Daher wird bei den Berechnungen der Mittelwert der Brechung genommen. Formel zur Bestimmung der Reichweite des sichtbaren Horizonts:
Als Ergebnis der Brechung sieht der Beobachter die Horizontlinie in Richtung AC / (Abb. 5), tangential zum AC-Bogen. Diese Linie ist schräg angehoben rüber der direkten Linie AB. Ecke r auch terrestrische Refraktion genannt. Ecke d zwischen der Ebene des wahren Horizonts HH / und der Richtung zum sichtbaren Horizont heißt scheinbare Horizontneigung.
SICHTBEREICH VON OBJEKTEN UND LICHTERN. Die Reichweite des sichtbaren Horizonts ermöglicht es Ihnen, die Sichtbarkeit von Objekten zu beurteilen, die sich auf dem Wasserspiegel befinden. Wenn ein Objekt eine bestimmte Höhe hat hüber dem Meeresspiegel, dann kann der Beobachter es aus der Ferne erkennen:
Auf Seekarten und in Navigationshandbüchern wird die vorberechnete Sichtbarkeitsreichweite von Leuchtfeuern angegeben Dk aus Augenhöhe des Betrachters von 5 m. Aus dieser Höhe De entspricht 4,7 Meilen. Bei e andere als 5 m sollten korrigiert werden. Sein Wert ist:
Dann die Sichtweite des Leuchtfeuers DN ist gleich:
Der nach dieser Formel berechnete Sichtbarkeitsbereich von Objekten wird als geometrisch oder geographisch bezeichnet. Die berechneten Ergebnisse entsprechen einem durchschnittlichen Zustand der Atmosphäre in Tageszeit Tage. Bei Nebel, Regen, Schneefall oder Nebelwetter nimmt die Sichtbarkeit von Objekten naturgemäß ab. Im Gegenteil, unter einem bestimmten Zustand der Atmosphäre kann die Brechung sehr groß sein, wodurch sich herausstellt, dass die Sichtbarkeitsreichweite von Objekten viel größer ist als die berechnete.
Sichtbarer Horizontabstand. Tabelle 22 MT-75:
Die Tabelle wird nach folgender Formel berechnet:
De = 2.0809 ,
Betritt den Tisch 22 MT-75 mit Artikelhöhe hüber dem Meeresspiegel, erhalten Sie die Sichtbarkeitsreichweite dieses Objekts vom Meeresspiegel aus. Wenn wir zu der erhaltenen Reichweite die Reichweite des sichtbaren Horizonts hinzufügen, die in derselben Tabelle gemäß der Augenhöhe des Beobachters gefunden wird eüber dem Meeresspiegel, dann ist die Summe dieser Entfernungen die Sichtweite des Objekts, ohne Berücksichtigung der Transparenz der Atmosphäre.
Um die Reichweite des Radarhorizonts zu erhalten DR. akzeptiert aus der Tabelle ausgewählt. 22 die Reichweite des sichtbaren Horizonts um 15 % erhöhen, dann Dp = 2,3930 . Diese Formel gilt für normale atmosphärische Bedingungen: Druck 760 Millimeter, Temperatur +15°C, Temperaturgradient - 0,0065 Grad pro Meter, relative Luftfeuchtigkeit, konstant mit der Höhe, 60%. Jede Abweichung vom akzeptierten Standardzustand der Atmosphäre führt zu einer teilweisen Änderung der Reichweite des Radarhorizonts. Außerdem hängt diese Reichweite, also die Entfernung, aus der reflektierte Signale auf dem Radarschirm zu sehen sind, stark davon ab individuelle Eingenschaften Radar- und Reflexionseigenschaften des Objekts. Verwenden Sie aus diesen Gründen den Koeffizienten 1,15 und die Daten in der Tabelle. 22 ist mit Vorsicht zu genießen.
Die Summe der Reichweiten des Radarhorizonts der Antenne Rd und des beobachteten Objekts der Höhe A ist die maximale Entfernung, aus der das reflektierte Signal zurückkehren kann.
Beispiel 1
Bestimmen Sie den Erfassungsbereich der Bake mit der Höhe h=42 m vom Meeresspiegel aus Augenhöhe des Betrachters e=15,5 m.
Entscheidung. Aus Tabelle. 22 wählen:
für h = 42 m..... . Dh= 13,5 Meilen;
Pro e= 15.5 m. . . . . . De= 8,2 Meilen,
daher der Leuchtfeuer-Erkennungsbereich
Dp \u003d Dh + De \u003d 21,7 Meilen.
Die Sichtbarkeitsreichweite eines Objekts kann auch durch das auf dem Einsatz angebrachte Nomogramm bestimmt werden (Anlage 6). MT-75
Beispiel 2
Ermitteln Sie die Radarreichweite eines Objekts mit der Höhe h=122 m, wenn die effektive Höhe der Radarantenne Hd = 18,3 mÜber dem Meeresspiegel.
Entscheidung. Aus Tabelle. 22 Wählen Sie die Sichtbarkeitsbereiche des Objekts und der Antenne vom Meeresspiegel aus, jeweils 23,0 und 8,9 Meilen. Wenn wir diese Reichweiten zusammenfassen und mit dem Faktor 1,15 multiplizieren, erhalten wir, dass ein Objekt unter normalen atmosphärischen Bedingungen wahrscheinlich aus einer Entfernung von 36,7 Meilen erkannt wird.
Der Kugelradius Вс eines kleinen Kreises mit с¹с²с³ heißt theoretische Reichweite des sichtbaren Horizonts.
Der Wert des Kugelradius hängt von der Augenhöhe des Beobachters über dem Meeresspiegel ab.
Befindet sich also das Auge des Beobachters am Punkt A1 in einer Höhe BA¹ = e¹ über dem Meeresspiegel, dann ist der Kugelradius Bc" größer als der Kugelradius Bc.
Um die Beziehung zwischen der Höhe des Auges des Beobachters und der theoretischen Reichweite seines sichtbaren Horizonts zu bestimmen, betrachte rechtwinkliges Dreieck AOc:
Ac² \u003d AO² - Os²; AO = OB + e; OB=R,
Dann ist AO = R + e; Os = R.
Da die Höhe des Auges des Beobachters über dem Meeresspiegel im Vergleich zu den Dimensionen des Erdradius unbedeutend ist, kann die Länge der Tangente Ac gleich dem Wert des Kugelradius Bc genommen werden und bezeichnet die theoretische Reichweite der sichtbaren Horizont durch D T erhalten wir
D 2T = (R + e)² - R² = R² + 2Re + e² - R² = 2Re + e²,
Reis. 8
Da die Höhe des Beobachterauges e auf Schiffen 25 m nicht überschreitet, a 2R = 12 742 220 m, ist das Verhältnis e/2R so klein, dass es ohne Genauigkeitsverlust vernachlässigt werden kann. Folglich,
Da e und R in Metern ausgedrückt werden, ist Dt auch in Metern. Die tatsächliche Reichweite des sichtbaren Horizonts ist jedoch immer größer als die theoretische, da der Strahl, der vom Auge des Beobachters zu einem auf der Erdoberfläche befindlichen Punkt kommt, aufgrund der ungleichmäßigen Dichte der Atmosphärenschichten entlang der Höhe gebrochen wird.
BEI dieser Fall der Strahl von Punkt A nach c verläuft nicht entlang der Geraden Ac, sondern entlang der Kurve ASm "(siehe Abb. 8). Daher erscheint dem Betrachter der Punkt c in Richtung der Tangente AT sichtbar, d.h. angehoben um einen Winkel r \u003d L TAc, genannt Winkel terrestrische Brechung. Der Winkel d = L HAT wird als Neigung des sichtbaren Horizonts bezeichnet. Und tatsächlich wird der sichtbare Horizont ein kleiner Kreis sein m", m " 2, mz", mit einem etwas größeren Kugelradius (Bm "\u003e Sun).
Der Wert des Brechungswinkels der Erde ist nicht konstant und hängt von den Brechungseigenschaften der Atmosphäre ab, die sich mit Temperatur und Feuchtigkeit ändern, der Menge an Schwebeteilchen in der Luft. Je nach Jahreszeit und Tagesdatum ändert sie sich auch, sodass die tatsächliche Reichweite des sichtbaren Horizonts gegenüber der theoretischen um bis zu 15 % zunehmen kann.
In der Navigation wird eine Erhöhung der tatsächlichen Reichweite des sichtbaren Horizonts gegenüber der theoretischen um 8% angenommen.
Wenn wir daher den tatsächlichen oder, wie es auch genannt wird, geografischen Bereich des sichtbaren Horizonts durch D e bezeichnen, erhalten wir:
Um De in Seemeilen zu erhalten (unter der Annahme, dass R und e in Metern angegeben sind), wird der Erdradius R sowie die Augenhöhe e durch 1852 geteilt (1 Seemeile entspricht 1852 m). Dann
Um das Ergebnis in Kilometern zu erhalten, geben Sie einen Multiplikator von 1,852 ein. Dann
um Berechnungen zu erleichtern, um den Bereich des sichtbaren Horizonts in der Tabelle zu bestimmen. 22-a (MT-63) zeigt die Reichweite des sichtbaren Horizonts in Abhängigkeit von e im Bereich von 0,25 bis 5100 m, berechnet nach Formel (4a).
Wenn die tatsächliche Augenhöhe nicht mit den in der Tabelle angegebenen Zahlenwerten übereinstimmt, kann der Bereich des sichtbaren Horizonts durch lineare Interpolation zwischen zwei Werten nahe der tatsächlichen Augenhöhe bestimmt werden.
Reichweite der Sichtbarkeit von Objekten und Lichtern
Die Sichtweite des Objekts Dn (Abb. 9) ist die Summe zweier Bereiche des sichtbaren Horizonts, abhängig von der Höhe des Auges des Beobachters (D e) und der Höhe des Objekts (D h), d. h.Sie kann durch die Formel bestimmt werden
wobei h die Höhe des Wahrzeichens über dem Wasserspiegel ist, m.
Um die Bestimmung der Sichtweite von Objekten zu erleichtern, verwenden Sie die Tabelle. 22-c (MT-63), berechnet nach Formel (5a): Um anhand dieser Tabelle zu bestimmen, aus welcher Entfernung sich ein Objekt öffnet, ist es notwendig, die Höhe des Auges des Beobachters über dem Wasserspiegel und die Höhe des Objekts zu kennen in Metern.
Die Sichtbarkeitsreichweite eines Objekts kann auch durch ein spezielles Nomogramm bestimmt werden (Abb. 10). Beispielsweise beträgt die Höhe des Auges über dem Wasserspiegel 5,5 m und die Höhe h des Schilds 6,5 m. Um D n zu bestimmen, wird ein Lineal auf das Nomogramm angewendet, so dass es die h entsprechenden Punkte verbindet und e auf den äußersten Skalen Der Schnittpunkt des Lineals mit der mittleren Skala des Nomogramms zeigt die gewünschte Sichtweite des Objekts D n (in Fig. 10 D n = 10,2 Meilen).
In Navigationshandbüchern - auf Karten, in Seeanweisungen, in Beschreibungen von Lichtern und Zeichen - wird die Sichtweite von Objekten DK in einer Augenhöhe des Beobachters von 5 m (auf englischen Karten - 15 Fuß) angegeben.
In dem Fall, in dem die tatsächliche Höhe des Auges des Beobachters unterschiedlich ist, ist es notwendig, die Korrektur AD einzuführen (siehe Fig. 9).
Reis. neun
Beispiel. Die Sichtweite des auf der Karte angegebenen Objekts beträgt DK = 20 Meilen, und die Augenhöhe des Beobachters beträgt e = 9 m. Bestimmen Sie die tatsächliche Sichtweite des Objekts D n anhand der Tabelle. 22-a (MT-63). Entscheidung.
Nachts hängt die Sichtweite eines Feuers nicht nur von seiner Höhe über dem Wasserspiegel, sondern auch von der Stärke der Lichtquelle und der Entladung der Beleuchtungsvorrichtung ab. Typischerweise werden die Beleuchtungsvorrichtung und die Stärke der Lichtquelle so berechnet, dass die Sichtweite des Feuers bei Nacht der tatsächlichen Sichtweite des Horizonts von der Höhe des Feuers über dem Meeresspiegel entspricht, aber es gibt Ausnahmen.
Daher haben die Lichter ihre eigene „optische“ Sichtweite, die größer oder kleiner sein kann als die Sichtweite des Horizonts von der Höhe des Feuers.
Navigationshandbücher geben die tatsächliche (mathematische) Sichtbarkeitsreichweite von Lichtern an, aber wenn sie größer als die optische ist, wird letztere angezeigt.
Die Sichtbarkeitsreichweite von Küstenzeichen der Navigationssituation hängt nicht nur vom Zustand der Atmosphäre ab, sondern auch von vielen anderen Faktoren, darunter:
A) topographisch (bestimmt durch die Beschaffenheit der Umgebung, insbesondere das Vorherrschen einer bestimmten Farbe in der umgebenden Landschaft);
B) photometrisch (Helligkeit und Farbe des beobachteten Zeichens und des Hintergrunds, auf den es projiziert wird);
C) geometrisch (Abstand zum Zeichen, seine Größe und Form).
Jedes Objekt hat eine bestimmte Höhe H (Fig. 11), daher setzt sich die Sichtbarkeitsreichweite des Objekts Dp-MR aus der Reichweite des sichtbaren Horizonts des Beobachters De=Mc und der Reichweite des sichtbaren Horizonts des Objekts Dn zusammen =RC:
Reis. elf.
Gemäß den Formeln (9) und (10) hat H. N. Struisky ein Nomogramm (Abb. 12) und in MT-63, Tabelle, zusammengestellt. 22-c "Sichtweite von Objekten", berechnet nach Formel (9).
Beispiel 11. Ermitteln Sie die Sichtweite eines Objekts mit einer Höhe über dem Meeresspiegel H = 26,5 m (86 Fuß) auf Augenhöhe des Beobachters über dem Meeresspiegel e = 4,5 m (15 Fuß).
Entscheidung.
1. Gemäß dem Struisky-Nomogramm (Abb. 12) markieren wir auf der linken vertikalen Skala "Höhe des beobachteten Objekts" den Punkt, der 26,5 m (86 ft) entspricht, auf der rechten vertikalen Skala "Höhe des Auges des Beobachters" wir markieren den Punkt, der 4,5 m (15 ft) entspricht; Wenn wir die markierten Punkte mit einer geraden Linie verbinden, erhalten wir am Schnittpunkt der letzteren mit der durchschnittlichen vertikalen Skala "Sichtweite" die Antwort: Än = 15,1 m.
2. Gemäß MT-63 (Tabelle 22-c). Für e = 4,5 m und H = 26,5 m ist der Wert Dn = 15,1 m. Das Auge des Beobachters ist nicht gleich 5 m, dann muss die Korrektur A \u003d MS-KS- \u003d De-D5 hinzugefügt werden Bereich Dk in den Handbüchern angegeben. Die Korrektur ist die Differenz der Entfernungen des sichtbaren Horizonts aus 5 m Höhe und wird Korrektur für die Augenhöhe des Beobachters genannt:
Wie aus Formel (11) ersichtlich, kann die Korrektur für die Augenhöhe A des Betrachters positiv (bei e > 5 m) oder negativ (bei z
Die Sichtbarkeitsreichweite eines Leuchtfeuers wird also durch die Formel bestimmt
Reis. 12.
Beispiel 12. Die auf der Karte angegebene Sichtweite des Leuchtfeuers beträgt Dk = 20,0 Meilen.
Aus welcher Entfernung kann ein Beobachter das Feuer sehen, dessen Auge sich auf einer Höhe von e = 16 m befindet.
Entscheidung. 1) nach Formel (11)
2) laut Tabelle. 22-a ME-63 A \u003d De - D5 \u003d 8,3-4,7 \u003d 3,6 Meilen;
3) nach der Formel (12) Dp \u003d (20,0 + 3,6) \u003d 23,6 Meilen.
Beispiel 13 Die auf der Karte angegebene Sichtweite des Leuchtfeuers beträgt Dk = 26 Meilen.
Aus welcher Entfernung sieht der Beobachter auf dem Boot das Feuer (e = 2,0 m)
Entscheidung. 1) nach Formel (11)
2) laut Tabelle. 22-a MT-63 A = D - D = 2,9 - 4,7 = -1,6 Meilen;
3) nach der Formel (12) Dp = 26,0-1,6 = 24,4 Meilen.
Der Sichtbereich eines Objekts, berechnet nach den Formeln (9) und (10), wird genannt geographisch.
Reis. 13.
Sichtbereich eines Leuchtfeuers, oder optische Reichweite Die Sichtbarkeit hängt von der Stärke der Lichtquelle, dem Bakensystem und der Farbe des Feuers ab. In einem gut gebauten Leuchtturm stimmt es normalerweise mit seiner geografischen Reichweite überein.
Bei bewölktem Wetter kann die tatsächliche Sichtweite erheblich von der geografischen oder optischen Reichweite abweichen.
BEI In letzter Zeit Untersuchungen haben ergeben, dass die Sichtweite von Objekten unter Segelbedingungen bei Tag genauer durch die folgende Formel bestimmt wird:
Auf Abb. Abbildung 13 zeigt das nach Formel (13) berechnete Nomogramm. Wir erklären die Verwendung des Nomogramms, indem wir ein Problem mit den Bedingungen von Beispiel 11 lösen.
Beispiel 14 Ermitteln Sie die Sichtweite eines Objekts mit einer Höhe über dem Meeresspiegel H = 26,5 m, mit der Augenhöhe des Beobachters über dem Meeresspiegel e = 4,5 m.
Entscheidung. 1 nach Formel (13)
