Giáo trình hải địa văn

- Xác định phương hướng và khoảng cách trên biển - Hải đồ và các ấn phẩm hàng hải - Hệ thống thiết bị bảo đảm an toàn hàng hải - Lập kế hoạch hành trình - Xác định vị trí tàu trên biển b

GIÁO TRÌNH HẢI ĐỊA VĂN

Hà Nội, 2011

LỜI NÓI ĐẦU vii

CHƯƠNG I : NHỨNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRÁI ĐẤT

III - CHIỀU DÀI BÁN KÍNH CONG CỦA CUNG KINH

4.2 Chọn ñộ lệch ñịa từ 32 4.3 Số hiệu chình la bàn từ

CHƯƠNG III : XÁC ĐỊNH QUÃNG ĐƯỜNG HÀNH TRÌNH CỦA TÀU

4.2 Các phương pháp xác ñịnh ñường kính vòng quay trở 51

CHƯƠNG IV : HÀI ĐỒ VÀ CÁC ẤN PHẨM HÀNG HÀI

6.1 Những yêu cầu ñối với phép chiếu 73

6.3 Điều kiện hình chiếu ñường Lốc xô là ñường thẳng 77

8.3 Hình chiếu của các cung vòng lớn, các kinh tuyến trên hải ñồ

10.5 Danh mục các hải ñăng và tín hiệu sa mù (Admiralty list of

10.6 Danh mục các trạm phát VTĐ (Admiralty list of radio signals) 147

11.2 Hải ñồ vector (ENCs)

154

11.3 Hải ñồ Raster – Raster Navigation Charts – RNCs 154

11.6 Mức ñộ chi tiết của hải ñồ ñiện tử 158

1.3 Thông tin của hải ñăng cho trong Admiralty List of Lights and For

1.3.1 Khái niệm về dạt giĩ 236

1.4 Dự đốn đường đi của tàu khi cĩ hải lưu tác động 239

2.2.2 Tránh khu vực gần bờ và những chướng ngại trên biển 248 2.2.3 Hành trình ở khu vực cĩ sơ đồ phân luồng giao thơng 249

LỜI NÓI ĐẦU

Hàng hải địa văn là phương pháp sử dụng các mục tiêu nằm trên bề mặt đất để làm phương tiện dẫn tàu trên biển, nhằm phân biệt với việc sử dụng các thiên thể trên bầu trời Ngày nay các hệ thống định vị bằng vệ tinh đã làm cho việc dẫn tàu hết sức thuận tiện và an toàn

Chúng tôi đã viết cuốn sách này với tên nguyên thủy của nó Tuy nhiên nội dung của sách đã được cập nhật những thông tin mới từ các giáo trình hiện đại của Anh, Mỹ, Nhật bản…Mục đích chính của sách là đào tạo lý thuyết và thực hành cho các sỹ quan hàng hải Trong sách này cũng còn những phần đơn thuần lý thuyết nhằm giúp người học có điều kiện tra cứu thêm

Với khối lượng chương trình đòi hỏi của môn học chúng tôi chia nội dung của sách thành 2 tập Tập I đề cập tới những kiến thức cơ bản về hình học trái đất, các phép chiếu bản đồ, công tác hải đồ (kể cả hải đồ điện tử) và các ấn phẩm hàng hải Chương V của tập I về hệ thống bảo đảm an toàn hàng hải được đưa vào để bù đắp nội dung còn thiếu trong tài liệu từ trước đến nay

Tập II sẽ bao gồm các phương pháp định vị trên biển, dẫn tàu trong các tình huống khác nhau, phương pháp hành hải tối ưu, công tác tính toán thủy triều…

Trong mỗi tập sẽ có phần bài tập thực hành cụ thể để người học có thể nắm vững hơn về lý thuyết (được viết riêng ở phần bài tập)

Khi viết chương trình này, chúng tôi đã sử dụng những kiến thức trong môn Hàng hải địa văn dùng để đào tạo các sỹ quan hàng hải từ trước đến nay ở Việt nam, đồng thời đưa vào một số thuật ngữ tiếng Anh thông dụng thay thế ký hiệu Việt ngữ, cùng với một số nội dung có tính hướng dẫn sử dụng và được cập nhật theo chương trình của một số nước phát triển hàng hải, nhằm phục vụ cho việc cải tiến chương trình đào tạo trong giai đoạn tới Để phục vụ cho việc học tập, nghiên cứu môn học hiện nay, chúng tôi xin giới thiệu các nội dung sau đây:

-Những khái niệm cơ bản về trái đất

- Xác định phương hướng và khoảng cách trên biển

- Hải đồ và các ấn phẩm hàng hải

- Hệ thống thiết bị bảo đảm an toàn hàng hải

- Lập kế hoạch hành trình

- Xác định vị trí tàu trên biển bằng việc sử dụng các mục tiêu nhìn thấy và các hệ thống vô tuyến hàng hải dẫn đường, đánh giá độ chính xác của vị trí xác định

- Phương pháp dẫn tàu theo con đường có lợi nhất về mặt hàng hải

- Dự tính thủy triều phục vụ cho việc điều khiển tàu

Chúng tôi đã cố gắng kết hợp lý thuyết, những hướng dẫn thực hành và kinh

chỉnh, đòi hỏi phải tập trung trí tuệ và sức lực của một tập thể các nhà chuyên môn chuyên ngành Chúng tôi hy vọng rằng sự cố gắng này phần nào mang lại cho người đọc và người học những kiến thức cơ bản để làm việc và nghiên cứu Đặc biệt trong thời gian đang thiếu giáo trình môn học cho các sinh viên hàng hải trong các trường đại học, cao đẳng, trung học…

Chúng tôi mong nhận được các ý kiến đóng góp chân thành của độc giả để có thể cho ra một giáo trình chuẩn với chất lượng tốt nhất

Chương I - NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ TRÁI ĐẤT

I - HÌNH DÁNG VÀ KÍCH THƯỚC CỦA TRÁI ĐẤT

1.1 Hình dáng và kích thước của Trái đất

Ngày nay, từ vệ tinh chúng ta dễ dàng nhìn thấy một qủa cầu xanh – Trái đất Tuy nhiên, từ thế kỷ 19 các nhà khoa học trên thế giới đã khảo sát, đo đạc để đưa ra hình dáng gần đúng của nó Tùy thuộc vào tính chất và mục đích cần giải quyết của một bài toán về trái đất người ta coi trái đất có những hình dáng gần đúng như sau:

- Hình dáng vật lý: là hình dáng thật của trái đất Bản thân bề mặt trái đất là lồi lõm với sự phân bố không đều của đồi núi, của biển cả và đất liền Tuy nhiên, hình dáng này không thể mô tả được với trình độ khoa học lúc bấy giờ

- Dạng Geoid : Là hình dạng tính theo trung bình độ lồi lõm của bề mặt đất

- Dạng Elipsoid: Người ta coi trái đất có hình dạng như một elip với độ dẹt nhỏ, quay quanh trục nhỏ (b) của elip (hay trục PnPs) Đây là dạng gần đúng của trái đất

- Dạng Spheroid: là dạng cầu hơi dẹt ở 2 phía cực, cũng là một dạng gần đúng của trái đất và được lấy làm hình dáng chuẩn hiện nay

- Dạng cầu: (Sphere) coi trái đất như một hình cầu và thường gọi là Địa cầu Các nhà khoa học về Trái đất đã chứng minh được rằng nếu coi trái đất là Geoid và Elipsoid thì sai số của 2 bề mặt đó không vượt qúa 150 mét Kích thước của trái đất dạng Spheroid được tìm ra một cách tương đối chính xác vào thế kỷ XIX sau khi đo thông số của một số lớn các cung kinh tuyến và vĩ tuyến ở các tọa độ khác nhau

Vào năm 1924, tại cuộc họp của các nhà trắc đạc thế giới ở Hoa thịnh đốn (Mỹ) đã thống nhất lấy hình dáng trái đất là hình Spheroid (thường được gọi là

International (1924) Spheroid)

Cắt trái đất dạng Spheroid bằng một mặt phẳng đi qua trục PnPs ta được giao tuyến là một vòng kinh tuyến dạng elip, có bán trục lớn (a) và bán trục nhỏ (b) (H 1), với độ dẹt của elip được tính bằng:

a

b a

b a

P N

b

a

P S

Hình 1: Trái đất hình Spheroid

và độ lệch tâm của elip kinh tuyến (e) là:

b a

b a

b a

2 2

2 2

1940 dựa vào việc công nhận trái đất có dạng Spheroid như sau:

- Trục lớn : a= 6.378.245,000 mét

- Trục nhỏ: b= 6.356.863,019 mét

R=3 a b2 = 6.371,1 km

Từ đây chúng có thể thấy rằng việc công nhận hình dáng Trái đất khác nhau hoặc từ những khảo sát khác nhau đã cho những kết quả không giống nhau Tuy nhiên sai số có thể chấp nhận trong khoa học ứng dụng

Hình 2: Các quan điểm khác nhau về hình dạng của Trái đất

Qua hình 2 thấy rằng, khi coi Trái đất với hình dạng khác nhau, hướng pháp tuyến tại một điểm trên bề mặt cong của Trái đất sẽ thay đổi Ở phần sau, khi nghiên cứu về tọa độ của một điểm ta thấy giá trị sẽ lệch nhau khi coi Trái đất có hình dạng khác nhau

1.2 Sự phát triển của hệ thống trắc địa thế giới

(The World Geodetic System, viết tắt là WGS) Vào cuối những năm 50 của thế kỷ 20, với sự tăng nhanh tầm xa của các loại vũ khí và yêu cầu về độ chính xác của tọa độ mục tiêu trong quân sự, các mốc trắc điạ quốc gia hay của địa phương đã không còn phù hợp Để bắn đúng tọa độ của mục tiêu ở tầm xa bên ngoài biên giới, đòi hỏi khu vực đó phải có bản đồ cùng mốc trắc điạ với khu vực đặt vũ khí Để đáp ứng, cục phòng vệ của Mỹ đã đề xuất một hệ thống khảo sát liên quan đến trắc địa

Vào những năm 60 của thế kỷ 20, Mỹ đã phóng một loạt các vệ tinh để theo dõi đội tàu ngầm Các phương pháp dùng tín hiệu để định vị mục tiêu đã nhanh chóng tìm ra độ chính xác của vị trí trên mặt đất Mốc trắc địa lúc này tham chiếu qua hệ thống vệ tinh và được coi như hệ thống trắc địa thế giới đầu tiên - WGS 60

Tháng giêng 1966 Uûy ban về trắc địa thế giới đã cải tổ với nhiệm vụ phải cải tiến WGS để thỏa mãn các yêu cầu về bản đồ trên đất liền, hải đồ và các yêu cầu về trắc địa

H.3 Sử dụng lưới tam giác để trắc đạc Bằng những khảo sát bổ sung về sức hút của Trái đất trên bề mặt, những kết qủa đạt được từ việc mở rộng phép đo đạc theo lưới tam giác, dựa vào các dữ liệu trắc địa bằng phương pháp Doppler và vệ tinh quang học đã có từ khi phát triển WGS

60, Uûy ban tiếp tục nghiên cứu và đã ban hành hệ thống WGS 66, áp dụng vào năm

1967

Với yêu cầu nâng cao độ chính xác để phục vụ cho khoa học vũ trụ, năm 1970 hệ thống WGS 66 tiếp tục được cải tiến Với sự hỗ trợ của các phầøn mềm máy tính, người ta đã lập quy trình trắc đạc và phân tích các sai số, đưa ra các phương pháp tốt hơn để tổng hợp số liệu quan sát Sau gần 3 năm Uûy ban đã hoàn thành nhiệm vụ và giới thiệu hệ thống WGS 72

Sự chọn lọc của hệ thống WGS 72 sau này trở thành hệ thống mới – Hệ thống WGS 84, được sử dụng từ năm 1990 với độ chính xác cao, đáp ứng với các yêu cầu của việc phóng tên lửa tầm xa và các vệ tinh

Đối với việc đi lại trên bề mặt (đất hoặc biển) thì các hệ thống WGS 60, 66,

72, 84 cơ bản giống nhau, việc tính toán các vị trí trên bất kỳ hệ trắc địa WGS nào cũng được mà không cần hiệu chỉnh Tuy nhiên hiện nay người ta sử dụng WGS 84 với độ chính xác cao nhất

Hệ thống WGS không dựa vào số liệu trắc đạc tại một điểm duy nhất mà thông qua nhiều điểm quan trắc, chúng được xác định hết sức chính xác bằng các vệ

tinh với các phương pháp thỏa đáng Kết qủa cho thấy hình dáng Elipsoid phù hợp với bề mặt thật của trái đất hơn cả Hệ thống WGS được sử dụng rộng rãi trên thế giới Các nước địa phương có thể tham khảo WGS khi giám định số liệu mốc trắc đạc của mình

Từ năm 1927 đến 1987 người Mỹ sử dụng hệ thống riêng của mình – NAD 27 ( North Americal Datum, 1927), dựa vào số liệu elipsoid của Clarke 1866 và khảo sát kinh độ, vĩ độ, độ cao của khoảng 250.000 điểm Năm 1989 NAD 27 đã chuyển thành NAD 83, sau khi khảo sát thêm vài ngàn điểm ở Trung Mỹ, Mexico, Canada NAD 83ù tương đương hệ WGS 84 và những hệ thống WGS khác Hiện nay hệ thống này đã được thay bằng WGS

Trên thế giới có nhiều hệ trắc địa khác, các nước có nền khoa học phát triển đã xây dựng bản đồ dựa vào hệ trắc địa của mình (trên thế giới hiện nay có khoảng

75 gốc trắc địa) Ví dụ : hệ ED50 DATUM của châu Âu, ETRS 89: hệ thống tham khảo lãnh thổ châu Aâu 1989; BEIJING (1954) DATUM của Trung quốc, INDIAN DATUM của Aán độ…

II- TỌA ĐỘ CỦA MỘT ĐIỂM TRÊN MẶT ĐẤT

vừa tịnh tiến theo thời gian

Chúng ta tưởng tượng trục quay của trái đất trong quá trình vận động của

mình đã tạo nên một hình nón Mặt sinh hình nón là một mặt sóng hình Sin có đỉnh

nón tại tâm trái đất (H.4) Đầu mút của trục quay (tại Bắc cực và Nam cực) vạch nên những dao động hình sin với một chu kỳ khoảng 18,6 năm và trong vòng 25.800 năm thì nó hoàn thành một vòng khép kín gồm các dao động hình sin Người ta gọi hiện

tượng chuyển động đó của trục trái đất là dao động địa trục

Trục địa dư là trục quay của trái đất Giao điểm của trục địa dư và bề mặt

spheroid của trái đất gọi là địa cực, có cực Bắc Pn và cực Nam Ps

2.1.2 Xích đạo trái đất: là giao tuyến của một mặt phẳng vuông góc với trục

địa dư đi qua tâm trái đất với bề mặt Spheroid của trái đất

Các mặt phẳng song song với xích đạo cắt bề mặt trái đất hình Spheroid thành

những vĩ tuyến địa dư

2.1.3 Một nửa giao tuyến của mặt phẳng chứa trục PnPs với mặt Spheroid

gọi là kinh tuyến địa dư

Năm 1884 tại cuộc họp ở Newyork, quốc tế đã thống nhất lấy kinh tuyến đi

qua đài thiên văn Greenwich (Anh) làm kinh tuyến số “0”, gọi là kinh tuyến gốc

- Góc nhị diện giữa mặt phẳng kinh tuyến gốc và mặt phẳng đi qua kinh tuyến địa dư bất kỳ, hoặc giá trị góc cầu ở cực giữa 2 kinh tuyến đó, hoặc giá trị trên cung

xích đạo tính từ kinh tuyến gốc đến kinh tuyến địa dư bất kỳ gọi là kinh độ địa dư (thường được ký hiệu trong các công thức tính toán là λ), Tiếng Anh: Longitude ( Viết tắt: Long.) Kinh độ địa dư tính từ kinh tuyến gốc về phía đông gọi là kinh độ đông,

biến thiên từ 0-180°, trong tính toán quy ước lấy dấu (+), trong các công thức thường viết λE Nếu tính về phía tây gọi là kinh độ tây (λW), dấu ( – ) Một kinh tuyến đi qua

người quan sát thì được gọi là Kinh tuyến người quan sát

- Góc giữa pháp tuyến trong tại 1 điểm nào đó trên mặt Spheroid với mặt

phẳng xích đạo, hoặc giá trị cung kinh tuyến tính từ Xích đạo tới vĩ tuyến bất kỳ gọi

là vĩ độ địa dư (ký hiệu ϕ).Tiếng Anh: Latitude (viết tắt: Lat.) Giá trị Vĩ độ địa dư biến thiên từ 0 - 90° Nếu một điểm thuộc Bắc bán cầu thì có vĩ độ mang tên bắc, mang dấu (+), ký hiệu ϕN Nếu ở nam bán cầu thì gọi là vĩ độ nam (–) , kí hiệu ϕS

Hình 5: Tọa độ của một điểm trên mặt đất Như vậy mỗi một điểm trên trái đất được xác định bằng toạ độ, là kinh độ và vĩ độ của chính điểm đó Khi quan niệm trái đất có hình dạng khác nhau thì kinh độ không thay đổi, còn vĩ độ thay đổi theo quan niệm đó Chúng ta có các loại vĩ độ sau: - Vĩ độ địa tâm: là góc giữa đường nối từ một điểm trên mặt đất đến tâm trái đất với mặt phẳng xích đạo (ϕ‘ trong hình vẽ)

y

y Pn

∆ϕ

c’

x ≡ r

ϕ’ ϕ

U 90°+ϕ

Q O

E D T x

y PS

C

- Vĩ độ địa dư : là góc giữa đường pháp tuyến trong của một điểm trên mặt đất

với mặt phẳng xích đạo (ϕ)

- Vĩ độ địa quy tụ (quy chuyển): khi thay đổi hình dáng trái đất từ dạng Spheroid sang dạng cầu ta có Vĩ độ quy chuyển (góc U trong hình 5)

- Góc thâu liễm: là độ chênh lệch giá trị giữa 2 loại vĩ độ: ψ = ϕ - ϕ‘ Có thể tính theo công thức:

ψ ≈ α Sin 2ϕ (1.3) Từ công thức (1.3) người ta lập bảng tính góc thâu liễm và thấy rằng giá trị góc thâu liễm lớn nhất tại ϕ= 45° Hay nói rằng độ chênh lệch vĩ độ là lớn nhất tại vĩ độ 45 độ khi ta chuyển đổi các loại vĩ độ

2.2 Mối liên hệ giữa 3 vĩ độ

Trong tam giác OCD (h 5) ta có: tg ϕ‘ = y/x

Dùng phương trình dạng thông số với elip kinh tuyến ta có:

2 2 '

Đây là công thức liên hệ giữa các tọa độ

III- CHIỀU DÀI BÁN KÍNH CONG CỦA CUNG KINH TUYẾN VÀ CỦA CUNG VĨ TUYẾN

3.1 Bán kính cung vĩ tuyến

Chúng ta biết rằng dạng gần đúng của trái đất có thể coi là một elipsoid hay một spheroid, vì vậy độ cong của nó biến đổi liên tục dọc theo kinh tuyến Để đơn giản việc xét độ cong, người ta lần lượt khảo sát các bán kính cong của cung vĩ tuyến và cung kinh tuyến tại mỗi điểm

Giả sử xét tại điểm C (hình 6)

Ta biết phương trình của elip có dạng:

Hình 6: Các bán kính cong

Vi phân riêng phần với x và y ta được:

0

2 2

2 2 2

a

b a

2 2

2 2 2 2

ϕϕ

ϕϕ

ϕϕ

2 2

2 2 2 2

2 2 2

2

2

2 2 2

2

2

sin1

coscos

)sin1

(

1]cos

sin)1(cos

[

e

a x e

a

x

e a

cos

e

a r

3.2 Bán kính cong cung kinh tuyến

Xét dọc theo kinh tuyến, khi gía trị vĩ độ biến đổi một lượng dϕ ta sẽ có tương ứng một lượng biến thên về độ dài cung ds Có thể viết được: ds = M dϕ , với M là bán kính cong

Trong tam giác rất nhỏ CC’B, nếu coi cát tuyến CC’ trùng với tiếp tuyến và góc CC’B =ϕ, cung ds = CC’ Ta có:

Có nghĩa là nếu ϕ tăng lên thì giá trị x giảm, ϕ + dϕ→ x - dx, tương ứng ds biến thiên ngược dx Suy ra:

M ds d

dx d

2

2

2 / 3 2 2

2 2 2 2 2

/ 3 2 2

2 2

2 / 1 2

2

2 / 3 2 2 2

2 / 1 2 2 2

/ 1 2 2

)sin

1

(

)1

(

sin

)sin1

(

)cossin

1(sin)

sin1

(

cossin)

.(

cossin

cos

)sin1

(sin)

sin1

ϕϕ

ϕϕϕ

ϕ

ϕϕ

ϕ

ϕ

ϕϕ

ϕϕ

ϕ

e

e a

e

e e

a e

ae e

a

e e

e a

e a

d

dx

2 / 3 2 2 2)sin1

(

)1(

ϕ

e

e a M

IV- HIỆU KINH ĐỘ VÀ HIỆU VĨ ĐỘ

Vị trí của một điểm nào đó trên mặt đất được xác định bằng giao điểm của đường kinh tuyến và vĩ tuyến, người ta gọi là tọa độ của điểm

Con tàu hành trình từ một điểm A biết trước tọa độ đến một điểm B nào đó, để xác định tọa độ của điểm B ta cần phải có giá trị hiệu kinh độ và hiệu vĩ độ

ϕ2 = ϕ 1 ± Hϕ

Hình 7: Hiệu vĩ độ, hiệu kinh độ

4.2 Hiệu kinh độ

Hiệu kinh độ (Hλ hoặc ∆λ) của 2 điểm trên mặt đất là giá trị đo góc phần cung nhỏ của cung xích đạo nằm giữa 2 kinh tuyến chứa 2 điểm đó

Khi Hλ = λ2 - λ1 = 0: tàu chạy dọc theo kinh tuyến

Khi Hλ > 0: Tàu chạy vè phía đông, Hλ < 0: tàu chạy về phía tây

Hλ biến thiên từ 0-180 độ

λ2 = λ 1 ± Hλ

Ví dụ: Tìm hiệu vĩ độ và hiệu kinh độ giữa 2 điểm F và T:

1 lat F 50o48’N long F 1o07’W

lat T 40o40’N long T 74o00W d.lat 10o08’S d.long 72o53’ W

2 lat F 35o53’N long F 14o31’E

d.lat 0o14’N d.long 19o52’ W

V- ĐƠN VỊ CHIỀU DÀI DÙNG TRONG HÀNG HẢI

5.1 Đơn vị chiều dài

Trên hình cầu hay hình Spheroid, các đơn vị đo góc là độ, phút góc, nhưng trong hàng hải khi đo khoảng cách trên mặt đất phải sử dụng các đơn vị chiều dài

Người ta đã chọn chiều dài của một phút cung kinh tuyến để làm đơn vị đo, gọi là hải lý Với độ chính xác cho phép dùng trong hàng hải, độ dài một phút cung có thể tính theo công thức:

11

Từ (1.10) ta thấy giá trị 1 phút cung kinh tuyến thay đổi liên tục, tăng dần từ xích đạo đến cực, như bảng sau:

- Nếu coi trái đất có hình dạng nằm giữa hình cầu và hình spheroid thì chiều

dài trung bình 1 phút cung kinh tuyến bằng: (s cầu + s spheroid)/2 = 1852,3 m, giá trị này được gọi là Dặm biển (sea mile)

- Một số nước trên thế giới đã từng chọn đơn vị hải lý hàng hải theo quy định riêng của mình, dựa vào vĩ độ trung bình của vùng biển nước đó, hoặc đã dựa theo một nước khác Ví dụ Pháp chọn 1hải lý = 1852 m, Nhật bản, Anh chọn 1 hải lý = 1853,18 m; Bồ đào nha chọn 1 hải lý = 1850 m

- Ngày nay thế giới đã lấy giá trị quy tròn chiều dài của1 phút cung kinh

tuyến tại vĩ độ 45 độ làm đơn vị đo trong hàng hải, gọi là Hải lý hàng hải quốc tế

(International nautical mile) : 1 n.mile = 1852 m Vì vậy, việc chế tạo dụng cụ đo chiều dài trong hàng hải đơn giản đi nhiều

Các đơn vị khác :

1 cable ( liên) = 1/10 hải lý = 185,2 m

1 feet = 0,305 m

1 yard (mã) = 3 feet = 0,9144m

1 fathom (sải) = 6 feet = 1,83 m

Knot (nơ): đơn vị đo tốc độ, 1knt = 1NM/h ( hải lý hàng hải / giờ )

Hải lý xích đạo (Geographical mile) là chiều dài của 1’ cung xích đạo Với

trái đất có dạng Spheroid - International (1924) Spheroid, nó có giá trị là 1855,4 m

Dặm trên bộ (land mile) là đơn vị đo khoảng cách (1760 Yards), bằng 1609,3

m

5.2 Chiều dài của cung kinh tuyến

Giả sử có 2 điểm trên cùng kinh tuyến có vĩ độ là ϕ1 và ϕ2, chiều dài cung đó được tính bằng:

1

2 / 3 2 2

2.)sin1

(

)1(

e

e a d

10548

ϕ = 5/16 - 15/32 cos 2ϕ + 3/16 cos 4ϕ - 1/32 cos 6ϕ

Viết công thức dưới dạng:

(1−e2sin2ϕ)−3 2/ = A - B cos 2ϕ + C cos 4ϕ - D cos 6ϕ

Trong đó: A= 1+3/2 e2 + 45/64 e4 +175/256 e6

B = 3/2 e2 + 15/16 e4 + 525/512 e6 C= 15/64 e4 + 105/256 e6

D = 105/1536 e6Thay các hệ số vào công thức trên và lấy tích phân ta được:

)]

6sin6

(sin6)4sin4

(sin

4

)2sin2

(sin2

1)(

)[

1()

sin1

()

1

(

2 1

2

1 2

1 2 2 2

1

2 / 3 2 2 2

ϕϕ

ϕϕ

ϕϕϕ

ϕϕ

ϕ

D C

B A

e a d e

Thấy rằng các số hạng của S giảm rất nhanh nên chuỗi này hội tụ Với độ chính xác cho phép, người ta chỉ lấy 2 số hạng đầu A,B, và công thức tính chiều dài 1 đoạn cung kinh tuyến sẽ là:

6.1 Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy

6.1.1 Chân trời nhìn thấy

Chân trời thật chỉ là một chân trời tưởng tượng Khi ở ngoài biển lúc trời trong sáng người ta thấy một đường giới hạn giữa mặt biển và bầu trời Đường giới hạn đó

là một vòng tròn được nhìn thấy bằng mắt thường và gọi là Đường chân trời nhìn thấy

của người quan sát (chân trời biểu kiến) BB’ Do có hiện tượng khúc xạ của khí quyển nên tia sáng không đi thẳng từ mắt người quan sát tới đường chân trời mà đi theo một đường cong với bán kính cong R1 nào đó

Tỉ số R/ R1 ( R: bk trái đất) gọi là hệ số khúc xạ mặt đất (ký hiệu là k), nó đặc trưng cho khả năng khúc xạ của khí quyển Hệ số k được xác định trong thực tiễn Qua khảo sát tại những thời gian khác nhau thấy rằng k biến thiên trong 1 ngày đêm và phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất không khí tại thời điểm khảo sát Trong thực hành hàng hải người ta lấy giá trị trung bình k= 0,16.(Giá trị này hầu như không đổi từ 11-

14 giờ trong ngày, còn buổi sáng, buổi chiều - lúc mặt trời mọc lặn thì giá trị k thay đổi lớn

Góc kẹp đứng giữa mặt phẳng chân trời thật và tiếp tuyến của cung vòng cầu

tia sáng từ mắt người quan sát tới chân trời nhìn thấy gọi là góc nghiêng chân trời nhìn thấy (d)

Giá trị d phụ thuộc vào chiều cao mắt người quan sát (e) Giá trị d được lập trong một số bảng toán hàng hải với đối số là chiều cao mắt người quan sát (Ví dụ bảng 11b- MT53, hoặc trong lịch thiên văn )

Chiều dài cung vòng cầu của tia sáng từ mắt người quan sát tới chân trời nhìn

thấy gọi là tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy D

(D là cung A’B trong hình 8)

O

Aùp dụng công thức sin trong tam giác này ta có:

A B Sin C

A A Sin C r

r C D

e r C

e D

Mặt khác:

d 90°-C/2 B

A r d A’ H

R 1 C

R

2r

2

1 1 1

)1(.2

1

.2)

1(

222

.2

2

k

R e D k R

D R

D k R

D D

e r C

D

e

R

D k R R

D R R

D r r R

Công thức (1.14) dùng để tính Tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy, được lập trong bảng toán hàng hải như bảng 22- MT 53 (Hoặc được tính bằng máy tính)

Độ nghiêng chân trời d Trong hình 8 thấy rằng: d = OA’O1, hoặc:

d C r D

R k

D R

6.2 Tầm nhìn xa mục tiêu

Ở trên biển, chúng ta chỉ có thể phát hiện được mục tiêu khi nó nhô lên khỏi đường chân trời nhìn thấy Giả sử có mục tiêu với chiều cao BB’, khoảng cách từ

=

người quan sát đến mục tiêu là AB Người quan sát nhìn thấy mục tiêu vừa nhô lên

trên đường chân trời nhìn thấy Khoảng cách AB được gọi là Tầm nhìn xa mục tiêu (lớn hơn tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy AE)ø, ký hiệu là (Dm) Nếu ký hiệu Dh là tầm nhìn xa chân trời nhìn thấy khi đặt mắt tại đỉnh mục tiêu BB’ và D e là tầm nhìn

xa chân trời nhìn thấy ứng với độ cao e, thì :

AB = AE + BE ⇒ Dm = De + Dh (hình 9)

Hình 9: Tầm nhìn xa mục tiêu

Trên cơ sở của công thức tính De ta viết được:

(BB’ = BC+CB’ CB’ được xác định bằng góc thị năng δ)

Trong tam giác A’CB’ có 2 góc B’ và C ≈ 90° ;

CB’ = Dm δ Nếu D m tính bằng hải lý, δ tính bằng phút (‘) thì:

Khai triển Macloranh [1−(0 54, Dm. )1 2/ ]

(1.17) là công thức tính tầm nhìn xa của mục tiêu

(Dm: Tầm nhìn xa mục tiêu, tính bằng hải lý, h: chiếu cao của mục tiêu tính bằng mét; e: chiều cao mắt người quan sát, tính bằng mét; δ: góc thị năng, là góc mở giới hạn mà mắt người có thể phát hiện được vật thể, tính bằng phút góc)

• Về ban đêm, vì giá trị δ = 0 nên tầm nhìn xa của mục tiêu sẽ là

- Trong hải đồ Việt nam, Nga, tầm nhìn xa địa dư của các hải đăng được

xác định ứng với độ cao e= 5 mét, ký hiệu De Từ đó De = 4,7 hải lý ( tương ứng trong hải đồ Anh, e= 15 feet) Lúc này muốn tính tầm xa thực tế mà chúng ta đang đứng ở độ cao khác với 5 mét, cần phải hiệu chỉnh 1 đại lượng (∆) để thêm vào công thức 1.18 hoặc 1.19:

∆ = 2,08( e+ h) - 2,08( 5+ h ) ⇒∆= 2,08 e− 4 7, (1.20)

- Nếu e > 5m thì Dm = D 5m + ∆

- Nếu e < 5 m thì Dm = D 5m - ∆

Tầm nhìn xa phụ thuộc vào độ cao đặt đèn và độ cao mắt người quan sát được

gọi là tầm nhìn xa địa dư của hải đăng (Geographical range) Ban đêm tầm nhìn xa còn phụ thuộc vào cường độ và màu sắc nguồn sáng (Tầm nhìn xa quang học ) Tầm nhìn xa quang học (Luminous range) là khoảng cách lớn nhất theo lý thuyết có thể nhìn thấy đèn ứng với cường độ sáng của nó và điều kiện tầm nhìn xa khí tượng lý tưởng (Perfect visibility) Trong danh mục hải đăng (List of lights) và trên các hải đồ,

tầm xa hải đăng được ghi là tầm xa quy ước (Nominal range), đó là khả năng nhìn

thấy đèn ứng với điều kiện tầm nhìn xa khí tượng 10 hải lý (Visibility = 10 NM)

Để xác định khả năng quan sát thấy hải đăng trong điều kiện thực tế cần phải dựa vào đồ thị xác định tầm xa cho trong Admiralty List of Lights (sẽ giới thiệu ở chương V), đồng thời lưu ý đến tầm nhìn xa địa dư khi bạn đứng ở độ cao khác 5 mét

Chiều cao của mục tiêu ghi trên hải đồ ứng với Mực nước lớn sóc vọng trung bình (Mean High Water Spring –

MHWS) hoặc mực trung bình của các con nước lớn cao

(Mean Higher High Water – MHHW) Vì vậy trong thời điểm cụ thể nếu có thủy triều khác với điều kiện trên, chúng ta phải tính tầm nhìn xa địa dư theo công thức (1.18 hoặc 1.19)

Khi có điều kiện khúc xạ, trời trong sáng thì tầm nhìn xa của hải đăng có thể phát hiện sớm hơn bình thường và ngược lại đối với điều kiện thời tiết xấu

Light house

Chương II- XÁC ĐỊNH PHƯƠNG HƯỚNG TRÊN BIỂN

I - NHỮNG MẶT PHẲNG VÀ ĐƯỜNG THẲNG CƠ BẢN

TRONG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG

Phương hướng được xác định trong không gian và trên mặt phẳng Trong hàng hải việc dẫn tàu được thực hiện trên mặt biển, vì vậy chúng ta chỉ quan tâm đến hệ thống phương hướng trên bề mặt Bất kỳ một sư định hướng nào đều phải bắt nguồn từ một hướng hay một mặt phẳng gốc nào đó Giá trị của hướng là góc kẹp giữa hướng đó với hướng gốc hay góc kẹp giữa hai mặt phẳng đứng Để định hướng trên bề mặt đất (mặt biển), người ta đưa ra những khái niệm về các mặt phẳng và đường thẳng cơ bản sau:

1.1 Mặt phẳng thẳng đứng (V): Một người đứng trên mặt đất sẽ có

một hướng dây dọi Mặt phẳng chứa đường dây dọi đó gọi là mặt phẳng thẳng

đứng (V) (H.10)

1.2 Mặt phẳng nằm ngang ( H) :

Mặt phẳng vuông góc với đường dây dọi gọi là mặt phẳng nằm ngang

Nếu mặt phẳng nằm ngang đi qua mắt người quan sát thì gọi là mặt phẳng chân trời thật

1.3 Mặt phẳng kinh tuyến: là mặt phẳng có chứa trục địa dư của Trái

đất

Kinh tuyến địa dư là giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến và bề mặt

Spheroid của Trái đất Kinh tuyến dịa dư chứa vị trí người quan sát gọi là kinh tuyến người quan sát

Hình 10: Các đường và mặt cơ bản trong việc định hướng

1.4 Mặt phẳng thẳng đứng vuông góc với mặt phẳng kinh tuyến

người quan sát gọi là mặt phẳng đông tây (R)

1.5 Đường chân trời thật: là giao tuyến giữa mặt phẳng chân trời thật

và bầu trời

tưởng tượng

1.6 Giao tuyến giữa mặt phẳng kinh tuyến người quan sát và mặt

phẳng chân trời thật là đường Bắc- Nam (N-S) Đường thẳng nằm trên mặt phẳng chân trời thật và vuông góc với đường N-S là đường Đông –Tây (E-W)

II - NHỮNG HỆ THỐNG ĐỊNH HƯỚNG CỦA MẶT PHẲNG CHÂN

TRỜI THẬT Đường N-S, E-W như định nghĩa từ trươc, đi qua vị trí người quan sát (A) đã chia mặt phẳng chân trời thật ra thành 4 góc phần tư: NAE; NAW; SAE; SAW, viết tắt là NE; NW; SE; SW

Để xác định phương hướng trên bề mặt đất hay cụ thể là trên mặt phẳng chân trời thật người ta đã đưa ra các hệ thống phân chia khác nhau vì mục đích cụ thể của từng bài toán lượng giác cần giải quyết, trong đó có các điểm chính và hướng chính làm mốc

Người ta chọn đường NS làm hướng cơ bản (nó chỉ gặp khó khăn khi

người quan sát đứng ở cực, lúc đó hướng Bắc – Nam là vô định)

Có các hệ thống định hướng như sau:

2.1 Hệ nguyên vòng

Đây là hệ vòng tròn nguyên vẹn, dùng để giải các bài toán có hàm lượng giác với chu kỳ biến thiên là 360o Trong hàng hải địa văn hệ nguyên vòng được sử dụng phổ biến để định hướng và phương vị của một mục tiêu

- Điểm mốc được chọn là điểm chính Bắc (N)

- Giới hạn tính góc : tính từ điểm N theo chiều kim đồng hồ, từ 0 –

360 độ

- Các điểm chính trên mặt phẳng chân trời thật là điểm E (có giá trị góc bằng 90 độ so với điểm N); Điểm S (giá trị góc: 180 độ); Điểm W (giá trị góc là 270 độ); Điểm N(360 hay 0 độ)

2.2 Hệ bán vòng

Vòng chân trời thật được chia ra 2 phần bằng đường N-S

- Điểm mốc được chọn là điểm N hoặc S

- Giá trị về góc được tính từ 0o đến 180o về 2 phía Đông hoặc Tây Khi viết phương vị bán vòng, người ta quy định như sau:

- Chữ đầu trùng với tên điểm gốc (N hoặc S)

- Tiếp theo là giá trị phương vị

- Chữ sau trùng với hướng lấy phương vị (E hoặc W)

Ví dụ: Điểm M nằm trong góc phần tư I, hợp

với điểm N một góc là 45 o , chúng ta

có thể viết được phương vị bán vòng

như sau:

A= N 45 E hoặc S 135 E

H 11 Hệ bán vòng

Là hệ nguyên vòng chia ra thành 4 phần bằng các đường N-S và E-W

- Điểm mốc được chọn là điểm N và điểm S

- Giới hạn tính góc: Tính từ điểm N hoặc S về 2 phía E,W, tính từ 0-90 độ

Hình 12: Cách định hướng trong hệ 1/4

Thứ tự các góc phần tư:

+ Góc phần tư thứ nhất: từ điểm N tới E

+ Góc phần tư thứ 2 : Từ điểm N tới W

+ Góc phần tư thứ 3 : Từ diểm S tới E

+ Góc phần tư thứ 4 : Từ điểm S tới W

Cách viết giá trị phương vị trong hệ ¼ vòng: tên đầu trùng với tên điểm gốc (N hoặc S), tên sau là E hoặc W, nhưng giá trị chỉ giới hạn trong vòng 90o

Ví dụ: Điểm M (H 11) có phương vị nguyên vòng bằng 45 o , trong hệ ¼ vòng được viết: NE 45 o

Hệ 1/4 vòng được sử dụng nhiều trong thiên văn hàng hải còn trong địa văn thì ít sử dụng, vì không cần thiết

2.4 Hệ ca

Trong lịch sử thuyền buồm người ta hay sử dụng hệ ca để xác định hướng gió, góc buồm, vì chúng là những đại lượng không cần độ chính xác cao Người ta chia hệ nguyên vòng thành 32 phần bằng nhau, mỗi phần tương ứng bằng 11,25° gọi là 1 ca (Point) Ngày nay hệ ca vẫn còn được một số nơi sử dụng để báo hướng của đường lỉn khi thả hoặc kéo neo, tuy nhiên điểm gốc được tính từ mũi tàu và không có tên ca mà chỉ có số ca là bao nhiêu

Tên của các ca được viết như sau:

+ Chữ đầu là tên các điểm chính (N,S,E,W) hay 2 chữ của góc phần tư (NE, SE, NW, SW), ở giữa có chữ “t” (ten: hướng về phía theo ngôn ngữ của

Hy lạp) chữ cuối là tên điểm chính mà ca hướng về phía đó

III - HƯỚNG TRÊN BIỂN

Như vậy sẽ thuận tiện cho các sỹ quan hàng hải khi đọc tài liệu và làm việc thống nhất trên các đội tàu

Như tiết 1 của chương này đã đề cập, để xác định phương hướng trên mặt đất nói chung, chúng ta phải định ra các điểm, các đường và mặt phẳng để làm mốc tính Hướng là giá trị góc được tính từ những mốc này

Các khái niệmvề hướng, điểm mốc sau đây hết sức quan trọng, người đi biển phải hiểu rõ chúng để thực hiện các bài toán dẫn tàu

Các định nghĩa:

3.1.1 Cực Bắc địa dư (True north – viết tắt: P (Pole) hoặc NT (True North)), là giao điểm của trục địa dư và bầu trời tưởng tượng Nếu xác định bằng kinh tuyến địa dư thì nó chính là điểm Bắc của kinh tuyến người quan sát Phương hướng thường được tính từ phần bắc của kinh tuyến này Trên bầu trời có sao Bắc đẩu nằm gần vị trí của cực Bắc địa dư Người đi biển ở Bắc bán cầu đã sử dụng nó để định hướng trong đêm

3.1.2 Hướng ngắm (True direction): là cung vòng lớn nối giữa 2 điểm, đó

là góc hợp bởi phần bắc của kinh tuyến người quan sát và đường cung vòng lớn nối giữa 2 điểm

3.1.3 Hướng Thật - (True Course – viết tắt: C), là hướng theo phương nằm ngang từ một điểm đến một điểm khác mà chúng ta định dẫn tàu (Intended course to steer)

Về giá trị, hướng thật được tính từ phần Bắc của kinh tuyến người quan sát theo chiều kim đồng hồ đến đường định dẫn tàu (về phía mũi tàu), từ 000°-360°

Ví dụ: định chạy tàu từ điểm A đến điểm B có hướng 70° (H.13), trên hải đồ ta viết

C70 ở giữa đường nối AB Vì có ảnh hưởng của dòng chảy, tàu bị dạt theo hướng CMG và tới

Chú yù: Hướng thật là hướng dự định dẫn tàu và chưa tính đến các yếu tố ảnh hưởng bên ngoài như của dòng chảy , của gió

(Trong một số tài liệu địa văn trước đây đã sử dụng ký hiệu hướng thật là HT, nhưng định nghĩa chưa chính xác)

3.1.4 Hướng mũi tàu (Ship Heading - Viết tắt là Hdg) - là góc giữa phần Bắc của kinh tuyến người quan sát và trục dọc tàu về phía mũi tại một thời điểm nào đó Giá trị cũng được tính theo chiều kim đồng hồ, từ 000°-360°

Chúng ta không được nhầm lẫn 2 khái niệm: True Course (hướng thật) và Ship heading (hướng mũi tàu ) Khái niệm Ship Heading chỉ giá trị tức thời

Trong điều kiện sóng gió hoặc do lái tàu không tốt thì giá trị này thay đổi liên tục, còn Hướng thật là một giá trị đđđịnh sẵn dùng để dẫn tàu giữa hai điểm, nó không thay đổi

Chúng ta còn có các khái niệm sau:

Hướng la bàn:

La bàn từ là một dụng cụ chỉ hướng của đường sức từ trường Trái đất Kim chỉ hướng được làm bằng kim loại nhiễm từ Khi nằm trong từ trường của Trái đất kim này sẽ nằm trùng với đường sức từ, cực Bắc của kim hướng về cực Nam của địa từ trường, cực Nam của kim hướng về cực Bắc địa từ (sẽ giới thiệu

ở tiết sau) Kim la bàn thường không nằm trùng với kinh tuyến địa dư mà sẽ nằm trùng hướng với kinh tuyến địa từ Con tàu được đóng bằng kim loại nhiễm từ, khi la bàn từ gắn trên tàu thì từ lực phụ của con tàu sẽ tác động lên kim la

bàn từ Kết quả, kim la bàn nằm trên hướng tổng hợp – Kinh tuyến la bàn

Cung vòng lớn chứa kim la bàn đặt trên tàu được gọi là Kinh tuyến la bàn Tương ứng với khái niệm cực Bắc địa dư chúng ta có Cực Bắc địa từ và Cực Bắc la bàn. (H 14)

Hướng la bàn là góc được tính từ phần bắc của kinh tuyến la bàn theo

chiều kim đồng hồ, giới hạn từ 000°-360° Tương ứng với các khái niệm hướng

thật (C), hướng mũi tàu (Hdg) chúng ta có các hướng la bàn: Compass Course

(CC), Compass Ship Heading (HdgC)

Hướng địa từ:

Các đường sức từ của từ trường Trái đất đồng quy tại 2 điểm cực nhưng

không trùng với cực địa dư Cung vòng lớn có chứa đường sức từ của Trái đất

gọi là Kinh tuyến địa từ Các hướng được tính từ phần Bắc của kinh tuyến địa

từ, giới hạn tính từ 000°-360°, gọi là Hướng địa từ

Cũng như các khái niệm trên, ta có: Hướng mũi tàu lấy từ phần bắc

kinh tuyến địa từ: Magnetic Heading – ký hiệu HdgM , hoặc Hướng thật lấy từ

kinh tuyến địa từ: Manegtic Course: CM

Ví dụ: Một la bàn từ đặt trênï thuyền gỗ sẽ không chịu ảnh hưởng của bất kỳ lực nào

khác ngoài địa từ trường, hướng của mũi thuyền đọc được là Hdg M

Hình 13: Hướng đi

3.1.5 Hướng thực tế (Course Made Good – viết tắt: CMG – Tiếng

Việt viết tắt là HTT)- đây là hướng di chuyển thực tế của con tàu khi chịu ảnh hưởng của các

yếu tố bên ngoài

Như vậy, khi định dẫn tàu từ một điểm đến một điểm khác (Hướng thật

– C) chúng ta đặt sẵn giá trị đó trên la bàn để lái, nhưng vì la bàn có sai số (số

Destination (Đích đến)

Current unknown

Point of Arrival

Point of

Departure A+

+ B

+ C

hiệu chính la bàn) nên kim la bàn chỉ cho ta hướng la bàn (CC) Thực tế, mũi tàu luôn dao động và thay đổi hướng liên tục trên biển (Hướng mũi tàu – HdgC) Khi có các yếu tố bên ngoài tác động như dòng chảy, gió… trọng tâm tàu sẽ dịch chuyển theo một hướng khác (Hướng thực tế – CMG), chúng ta thường

nói: “ tàu bị dạt”

Trọng tâm con tàu chuyển động thực tế trên biển không theo đường

thẳng mà thường theo một đường bất kỳ, gọi là vết thực tế của tàu (Actual track

)

Trong tiếng Anh, hướng gió, hướng dòng chảy thường được sử dụng

bằng từ “Direction”, đôi khi còn sử dụng từ “Set” để chỉ hướng dòng chảy (có

nghĩa là chảy về hướng)

3.2 Phương vị

Phương vị (Bearing, viết tắt là B hay Brg) là một đại lượng góc đo giữa

kinh tuyến và hướng từ người đo tới mục tiêu Phương vị thật đến một mục tiêu (True Bearing) - Viết tắt là BT, (tiếng Việt: PT) - là góc giữa phần Bắc kinh tuyến người quan sát và đường nối giữa giữa vị trí người quan sát với mục tiêu Giá trị được tính theo chiều kim đồng hồ, từ 000°-360°

Phương vị la bàn (Viết tắt BC, tiếng Việt : PL): là giá trị phương vị được

đo bằng la bàn (chưa tính đến số hiệu chính la bàn), đó là góc hợp bởi kinh tuyến la bàn và đường nối từ vị trí la bàn đến điểm đo mục tiêu

(Từ “Azimuth” trong thiên văn dùng để chỉ phương vị của tinh tú trên thiên cầu)

3.3 Góc mạn mục tiêu

Góc mạn đến một mục tiêu ( Relative Bearing - Viết tắt: RB, tiếng Việt:

G) - là góc giữa hướng trục dọc tàu về phía mũi và đường nối từ điểm đứng đo trên trục dọc tàu tới mục tiêu Giá trị góc mạn được tính về 2 phía mạn tàu, từ

000°-180° Nếu mục tiêu nằm ở mạn phải tàu thì ta gọi là góc mạn phải (trong

tính toán người ta quy ước mang dấu +), nếu nằm ở mạn trái tàu thì ta gọi là góc mạn trái (mang dấu -)

Ta có các công thức liên hệ giữa phương vị và góc mạn như sau:

Hình 14: Quan hệ giữa hướng và phương vị

Chú ý: Một số tài liệu cũ có sự nhầm lẫn giữa hướng thật (HT) và hướng tức thời

(Heading) nên đã có công thức tính : PT = HT + G Thực ra khi đọc mặt phản ảnh la bàn hoặc

radar để tính phương vị hay góc mạn mục tiêu thì gía trị đọc là tức thời (Hdg C ), vì vậy công thức quan hệ phải là (2.3) hoặc (2.4)

IV - KHÁI NIỆM VỀ ĐỊA TỪ TRƯỜNG - SỐ HIỆU CHÍNH LA

BÀN TỪ 4.1- Khái niệm về địa từ trường

Quanh Trái đất có một trường từ thiên nhiên bao bọc Khi nghiên cứu về đường sức từ của trường từ này, người ta thấy tác dụng của nó như có một thanh nam châm khổng lồ đặt sâu trong lòng Trái đất mà đầu Bắc thanh nam châm đặt tại Victoria, Nam cực ( tọa dộ tại 76° S, 150o E) Đầu Nam đặt tại vinh Gutrol ( tọa độ: 71o N, 096°W)

Giả sử có một thanh nam châm nhỏ hay một thanh kim loại nhiễm từ tốt ( Ví dụ kim la bàn từ ) đặt tự do trong trường từ của Trái đất, dưới tác dụng của từ lực nó bị nhiễm từ và sẽ quay theo hướng trùng với hướng của đường sức từ

trường Trường từ tự nhiên đó được gọi là Địa từ trường

Tại mỗi điểm khác nhau, cường độ từ trường đặc trưng cho địa từ

trường, gọi là từ lực (T) Đường thẳng nối qua 2 từ cực gọi là trục địa từ, trục

này không trùng với trục Trái đất mà nó hợp với trục Trái đất một góc 11o5 Lực T có phương tiếp xúc với đường sức địa từ trường và được chia thành 2 thành phần: Phần thẳng đứng (Z) và phần nằm ngang (H) Lực T hợp với mặt

phẳng chân trơi một góc (φ) gọi là độ nghiêng địa từ, càng về cực thì giá trị của

φ càng lớn (H 15)

Thành phần lực nằm ngang H gây lệch hướng, làm cho kim nam châm không nằm trùng với đường kinh tuyến địa dư

H = T cos φ Nói cách khác, lực H làm cho kim nam châm lệch khỏi hướng bắc thật 1 góc v, (v: Variation) được gọi là độ lệch địa từ

Mặc dù tại các điểm khác nhau trên Trái đất thì lực T có hướng khác nhau, ngoài ra nó còn thay đổi theo thời gian, nhưng sự thay đổi đó có quy luật nhất định Chính vì vậy có thể dựa vào lực T, hay cụ thể là dựa vào thành phần lực ngang H để làm nguyên tắc chế tạo dụng cụ chỉ hướng – la bàn từ

- Mặt phẳng thẳng đứng chứa véc tơ từ lực T gọi là mặt phẳng kinh tuyến địa từ , tương ứng ta có kinh tuyến địa từ là giao tuyến của mặt phẳng kinh tuyến địa từ

và Trái đất

Hình 15: Từ trường Trái đất

- Độ lệch địa từ (v) gọi là lệch sang đông khi phần bắc của kinh tuyến

địa từ lệch sang phía đông so với phần bắc của kinh tuyến thật, quy định giá trị dương, dấu cộng (+)

- Nếu phần bắc của kinh tuyến địa từ lệch sang phía tây so với kinh

tuyến bắc thật thì độ lệch địa từ được gọi là lệch sang tây, có giá trị âm và mang

dấu trừ ( – )

4.2 Chọn độ lệch địa từ

T

Từ trường của Trái đất không cố định, chúng biến đổi theo thời gian nhưng với chu kỳ tương đối dài, vì vậy lấy đơn vị thời gian là năm để chỉ sự biến thiên của độ lệch địa từ Qua nghiên cứu và khảo sát thấy rằng nếu độ lệch địa từ dao động từ 30 - 35 độ phải mất tới 200-300 năm Người ta cũng lập nên

các bản đồ địa từ trường (H.16), trên bản đồ có vẽ các đường đẳng từ lực

Những vùng mà từ lực có biến thiên đột ngột (Abnomal Magnetic Varation: khu vực bão từ) sẽ làm cho độ lệch địa từ thay đổi lớn, trên bản đồ được biểu thị bằng các đường đậm nét và ghi giá trị độ lệch địa từ (có khi giá trị này tới hàng chục độ) Khi tàu hành trình qua các khu vực này thì người sỹ quan hàng hải phải hết sức lưu ý nếu sử dụng la bàn từ

Hình 16: Bản đồ địa từ trường

Để phục vụ cho việc tính toán độ lêch địa từ, trên các hải đồ đi biển người ta biểu thị các vòng tròn chia độ, gọi là hoa la bàn (Compass Rose) (H.17 ) Trên đó chỉ thị độ lớn và sự biến thiên hàng năm của độ lệch Trên trục ngang của vòng tròn chia độ người ta ghi năm khảo sát, độ lệch tại năm khảo