diff options
Diffstat (limited to 'buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex')
| -rw-r--r-- | buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex | 190 |
1 files changed, 0 insertions, 190 deletions
diff --git a/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex b/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex deleted file mode 100644 index 0bb213c..0000000 --- a/buch/papers/nav/nautischesdreieck.tex +++ /dev/null @@ -1,190 +0,0 @@ -\documentclass[12pt]{scrartcl} -\usepackage{ucs} -\usepackage[utf8]{inputenc} -\usepackage[T1]{fontenc} -\usepackage{graphicx} - \usepackage{xcolor, soul} - \sethlcolor{yellow} -\begin{document} - \setlength{\parindent}{0em} -\section{Das Nautische Dreieck} -\subsection{Definition des Nautischen Dreiecks} -Ursprünglich ist das nautische Dreieck ein Hilfsmittel der sphärischen Astronomie um die momentane Position eines Fixsterns oder Planeten an der \textbf{Himmelskugel}. -Die Himmelskugel ist eine gedachte Kugel, welche die Erde und dessen Beobachter umgibt und als Rechenfläche für Koordinaten in der Astronomie und Geodäsie dient.\\ -Das Nautische Dreieck definiert sich durch folgende Ecken: -\begin{itemize} - \item Zenit - \item Gestirn - \item Himmelspol -\end{itemize} -Der Zenit ist jener Punkt, der vom Erdmittelpunkt durch denn eigenen Standort an die Himmelskugel verlängert wird. -Ein Gestirn ist ein Planet oder ein Fixstern, zu welchen es diverse Jahrbücher mit allen astronomischen Eigenschaften gibt. -Der Himmelspol ist der Nordpol an die Himmelskugel projeziert. -\\ -Zur Anwendung der Formeln der sphärischen Trigonometrie gelten folgende einfache Zusammenhänge: -\begin{itemize} - \item Seitenlänge Zenit zu Himmelspol $= \frac{\pi}{2} - \phi $ - \item Seitenlänge Himmelspol zu Gestirn $= \frac{\pi}{2} - \delta$ - \item Seitenlänge Zenit zu Gestirn $= \frac{\pi}{2} - h$ - \item Winkel von Zenit zu Himmelsnordpol zu Gestirn$=\pi - \alpha$ - \item Winkel von Himmelsnordpol zu Zenit und Gestirn$= \tau$ -\end{itemize} -Um mit diesen Zusammenhängen zu rechnen benötigt man folgende Legende: - -$\alpha \ \widehat{=} \ Rektaszension $ - -$\delta \ \widehat{=} \ Deklination =$ Breitengrad des Gestirns - -$\theta \ \widehat{=} \ Sternzeit$ - -$\phi \ \widehat{=} \ Geographische \ Breite $ - -$\tau = \theta-\alpha \ \widehat{=} \ Stundenwinkel =$ Längengrad des Gestirns - -$a \ \widehat{=} \ Azimut $ - -$h \ \widehat{=} \ Hoehe$ - - - -\subsection{Zusammenhang des Nautischen Dreiecks und des Kugeldreiecks auf der Erdkugel} - - \begin{center} - \includegraphics[height=5cm,width=5cm]{Bilder/kugel3.png} - \end{center} -Wie man im oberen Bild sieht und auch am Anfang dieses Kapitels bereits erwähnt wurde, liegt das Nautische Dreieck auf der Himmelskugel mit den Ecken Zenit, Gestirn und Himmelsnordpol. -Das selbe Dreieck kann man aber auch auf die Erdkugel projezieren und hat dann die Ecken Standort, Bildpunkt und Nordpol. -Als Bildpunkt wird in der astronomischen Navigation der Punkt bezeichnet, an dem eine gedachte Linie vom Mittelpunkt eines beobachteten Gestirns zum Mittelpunkt der Erde die Erdoberfläche schneidet. - -\subsection{Varianten vom Nautischen Dreieck} -\section{Standortbestimmung ohne elektronische Hilfsmittel} -Um den eigenen Standort herauszufinden, wird in diesem Kapitel die Projektion Nautische Dreieck auf der Erdkugel zur Hilfe genommen. -Mithilfe einiger Hilfsmittel und der Sphärischen Trigonometrie kann man dann die Längen- und Breitengrade des eigenen Standortes bestimmen. - - \begin{center} - \includegraphics[width=6cm]{Bilder/dreieck.png} - \end{center} - - - -\subsection{Ecke P - Unser Standort} -Unser eigener Standort ist der gesuchte Punkt A. - -\subsection{Ecke A - Nordpol} -Der Vorteil ander Idee des Nautischen Dreiecks ist, dass eine Ecke immer der Nordpol (in der Himmelskugel der Himmelsnordpol) ist. -Somit ist diese Ecke immer bekannt und nur deswegen sind die Zusammenhänge von Rektaszension, Sternzeit und Deklination so simpel. - -\subsection{Ecke B und C - Bildpunkt XXX und YYY} -Für die Standortermittlung benötigt man als weiteren Punkt ein Gestirn bzw. seinen Bildpunkt auf der Erdkugel. -Damit das trigonometrische Rechnen einfacher wird, werden hier zwei Gestirne zur Hilfe genommen. -\\ -Es gibt diverse Gestirne, die man nutzen kann. -\begin{itemize} - \item Sonne - \item Mond - \item Die vier Navigationsplaneten Venus, Mars, Jupiter und Saturn -\end{itemize} - -Zu all diesen Gestirnen gibt es Ephemeriden (Jahrbücher). -Dort findet man unter Anderem die Rektaszension und Deklination, welche für jeden Tag und Stunde beschrieben ist. Für Minuten genaue Angaben muss man dann zwischen den Stunden interpolieren. -Mithilfe dieser beiden Angaben kann man die Längen- und Breitengrade diverser Gestirne berechnen. - -\subsubsection{Sternzeit und Rektaszension} -Die Rektaszension $\alpha$ gibt an, in welchem Winkel das Gestirn zum Frühlingspunkt steht. -Der Frühlungspunkt ist der Nullpunkt auf dem Himmelsäquator. -Die Tatsache, dass sich die Himmelskugel ca. vier Minuten schneller um die eigene Achse dreht als die Erdkugel, stellt hier ein kleines Problem dar. -Die Lösung ist die Sternzeit. -Am Frühlingspunkt (21. März) 12:00 Uhr ist die Sternzeit -$\theta = 0$. - -Die Sternzeit geht vom Frühlungspunkt aus, an welchem die Sonne den Himmelsäquator schneidet. -Für die Standortermittlung auf der Erdkugel ist es am einfachsten, wenn man die Sternzeit von Greenwich berechnet. -Für die Sternzeit von Greenwich braucht man als erstes das Julianische Datum vom aktuellen Tag, welches sich leicht recherchieren oder berechnen lässt: \hl{$JD=....$} - -Nun berechnet man $T=\frac{JD-2451545}{36525}$ und damit die mittlere Sternzeit von Greenwich - - $T_{Greenwich} = 6^h 41^m 50^s,54841 + 8640184^s,812866 * T + 0^s,093104*T^2 - 0^s,0000062 * T^3$. - - Wenn mann die Sternzeit von Greenwich ausgerechnet hat, kann man den Längengrad des Gestirns $\lambda = \theta - \alpha$ mithilfe der Rektaszension und Sternzeit bestimmen. - Dies gilt analog auch für das zweite Gestirn. - - \subsubsection{Deklination} - Die Deklination $\delta$ beschreibt den Winkel zwischen dem Himmelsäquator und Gestirn und ergibt schlussendlich den Breitengrad $\psi = \delta$. - - - -\subsection{Bestimmung des eigenen Standortes P} -Nun hat man die Koordinaten der beiden Gestirne und man weiss die Koordinaten des Nordpols. -Somit können wir ein erstes Kugeldreieck auf der Erde aufspannen. - - - \begin{center} - \includegraphics[width=5cm]{Bilder/dreieck.png} - \end{center} - - -\subsubsection{Bestimmung des ersten Dreiecks} - Mithilfe des sphärischen Trigonometrie und den darausfolgenden Zusammenhängen des Nautischen Dreiecks können wir nun alle Seiten des Dreiecks $ABC$ berechnen. - - Die Seitenlänge der Seite "Nordpol zum Bildpunkt XXX" sei $c$. - Dann ist $c = \frac{\pi}{2} - \delta_1$. - - Die Seitenlänge der Seite "Nordpol zum Bildpunkt YYY" sei $b$. - Dann ist $b = \frac{\pi}{2} - \delta_2$. - - Der Innenwinkel beim der Ecke "Nordpol" sei $\alpha$. - Dann ist $ \alpha = |\lambda_1 - \lambda_2|$. - -mit - - $\delta_1 =$ Deklination Bildpunkt XXX - -$\delta_2 =$ Deklination Bildpunk YYY - -$\lambda_1 =$ Längengrad Bildpunkt XXX - -$\lambda_2 =$ Längengrad Bildpunkt YYY - - Wichtig ist: Die Differenz der Längengrade ist gleich der Innenwinkel Alpha, deswegen der Betrag! - -Nun haben wir die beiden Seiten $c\ und\ b$ und den Winkel $\alpha$, der sich zwischen diesen Seiten befindet. -Mithilfe des Seiten-Kosinussatzes $cos(a) = cos(b)*cos(c) + sin(b) * sin(c)*cos(\alpha)$ können wir nun die dritte Seitenlänge bestimmen. -Es ist darauf zu achten, dass hier natürlich die Seitenlängen in Bogenmass sind und dementsprechend der Kosinus und Sinus verwendet wird. -Jetzt fehlen noch die beiden anderen Innenwinkel $\beta \ und\ \gamma$. - -Dieser bestimmen wir mithilfe des Sinussatzes $\frac{\sin (a)}{\sin (\alpha)} =\frac{\sin (b)}{\sin (\beta)} = \frac{\sin (c)}{\sin (\gamma)}$. -Hier muss man aufpassen, dass man Seite von Winkel unterscheiden kann. Im Zähler sind die Seiten, im Nenner die Winkel. Somit ist $sin(\beta) = sin(b) * \frac{sin(\alpha)}{sin(a)} $. - -Schlussendlich haben wir die Seiten $a,b\ und \ c$, die Ecken A,B und C und die Winkel $\alpha, \beta \ und \ \gamma$ bestimmt und somit das ganze erste Kugeldreieck berechnet. - -\subsubsection{Bestimmung des zweiten Dreiecks} -Wir bilden nun ein zweites Dreieck, welches die Ecken B und C des ersten Dreiecks besitzt. -Die dritte Ecke ist der eigene Standort P. -Unser Standort definiere sich aus einer geographischen Breite $\delta$ und einer geographischen Länge $\lambda$. - -Die Seite von P zu B sei $pb$ und die Seite von P zu C sei $pc$. -Die beiden Seitenlängen kann man mit dem Sextant messen und durch eine einfache Formel bestimmen, nämlich $pb=\frac{\pi}{2} - h_{B}$ und $pc=\frac{\pi}{2} - h_{C}$ - -mit $h_B=$ Höhe von Gestirn in B und $h_C=$ Höhe von Gestirn in C mit Sextant gemessen. -\\ - -Nun muss man eine Verbindungslinie ziehen zwischen P und A. Die Länge $l$ dieser Linie entspricht der gesuchten geographischen Breite $\delta$. Diese lässt sich mithilfe des Dreiecks $ABP$ mit den bekannten Seiten $c\ und \ pb$ und des Seiten-Kosinussatzes - -$cos(l) = cos(c)*cos(pb) + sin(c) * sin(pb)*cos(\beta)$ berechnen. - -Es fehlt uns noch $\beta1$. -Da wir aber $pc$, $pb$ und $a$ kennen, kann man mit dem Seiten-Kosinussatz den Winkel $\beta1$ berechnen -\\ - -Somit ist $\delta = cos(l) = cos(c)*cos(pb) + sin(c) * sin(pb)*cos(\beta)$. -\\ - -Für die Geographische Länge $\lambda$ des eigenen Standortes muss man den Winkel $\omega$, welcher sich im Dreieck $ABP$ în der Ecke bei $A$ befindet mithilfe des Sinussatzes $\frac{\sin (a)}{\sin (\alpha)} =\frac{\sin (b)}{\sin (\beta)} = \frac{\sin (c)}{\sin (\gamma)}$ bestimmen. -\\ - -Somit ist $\omega=sin(pb)*\frac{sin(\beta)}{sin(l)}$ und unsere gesuchte geographische Länge schlussendlich -$\lambda=\lambda_1 - \omega$ - - - -\end{document}
\ No newline at end of file |