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Appunti di navigazione


Introduzione

La determinazione del moto di un corpo non può prescindere dall'ambiente in cui esso si muove e dalla definizione di un opportuno sistema di riferimento rispetto al quale misurare il movimento.
Nel caso della navigazione marittima ed aerea l'ambiente di riferimento è la Terra e l'atmosfera. E' quindi importante definire la forma della Terra e un sistema di riferimento ad essa solidale.

La Terra e la sua forma

Rappresentazione della Terra piattaI popoli antichi pensavano che la Terra fosse piatta e poco estesa. I primi greci ritenevano che la Terra fosse costituita da un disco circolare circondato dal grande Fiume Oceano, in perpetuo corso, e che sopra vi fosse la conca emisferica del cielo.
I primi tentativi di determinare forma e dimensioni della Terra risalgono all’antichità. Nel III secolo a.C. Eratostene di Cirene (276-196 a.C.) misurò la circonferenza della Terra ottenendo la misura di 39.375 km. Risultato sorprendente se si tiene presente dei mezzi e che la misura esatta è 40.076,592 km.
Eratostene aveva avuto modo di verificare che a mezzogiorno del solstizio d’estate i raggi del Sole cadono perpendicolarmente nei pozzi di Siene. Nello stesso momento ad Alessandria, i raggi arrivano inclinati di 1/50 di angolo giro (7°12').
Gli angoli a e a’ sono uguali perché corrispondenti, quindi conoscendo la distanza tra le due località (5.000 stadi pari a 787,5 km - 1 stadio =1575 Km) la misura della circonferenza terrestre è 250.000 stadi pari a 39.375 km  (7° 12' : 5.000 stadi = 360° : x ).

In effetti la Terra non ha una forma perfettamente sferica, anche se per i calcoli inerenti la navigazione si assume tale forma poichè soddisfa i requisiti di precisione richiesti e facilita i calcoli.

La forma reale della Terra è detta Geoide ed è un solido la cui superficie è in ogni suo punto esattamente perpendicolare alla direzione di un filo a piombo. In pratica è la superficie che avrebbe la terra se il mare si estendesse anche alle aree continentali.
La superficie del geoide è leggermente depressa nelle zone oceaniche e sopraelevata in quelle continentali a causa delle differenze nella gravità. In realtà il filo a piombo non si dispone in direzione del centro della terra (verticale geocentrica) perché la presenza di materiali di diversa densità alterano la geometria del campo gravitazionale.

La figura geometrica solida che più si avvicina al geoide è un ellissoide.  La superficie del geoide, rispetto a quella dell’elissoide, è leggermente rigonfia in corrispondenza dei continenti e depressa in corrispondenza degli oceani. La massima differenza fra le due superfici non supera i 120 metri. 
Il suo raggio polare è infatti di 6.356 km e quello equatoriale di 6.378 km. In base a queste considerazioni è stato elaborato un modello della Terra avente la forma di un ellissoide di rotazione, cioè della figura che viene generata da un’ellisse ruotante intorno a un asse.
L'esatta forma della Terra si è potuta conoscere grazie ai rilevamenti dei satelliti geodetici, che sono in grado di determinare le irregolarità della superficie terrestre con un errore inferiore al metro.

Le Coordinate terrestri

Consideriamo un sistema di assi cartesiani con l'asse Z coincidente con l'asse di rotazione terrestre e gli assi X e Y giacenti nel piano dell'equatore. Un qualsiasi punto  P posizionato sulla superficie terrestre sarà individuato dalle sue coordinate P(x,y,z).
Per semplicità, in navigazione viene usato un sistema di coordinate sferiche detto  "Coordinate Geografiche". A tale scopo la Terra è stata convenzionalmente suddivisa in meridiani e paralleli che individuano le coordinate di un punto qualsiasi della sua superficie.

I circoli meridiani sono le circonferenze immaginarie tutte uguali passanti per i Poli mentre  i meridiani sono  la loro  metà   che va  dal Polo Nord al Polo Sud. Si dice

meridiano fondamentale o meridiano O° quello che passa per Greenwich. Convenzionalmente, a partire dal meridiano fondamentale o meridiano O, si contano 180 meridiani verso Est e 180 verso Ovest, uno per ogni grado di 360°; essi corrispondono ai gradi della  massima circonferenza terrestre perpendicolare all’asse terrestre e passante per il centro della terra, l’ Equatore terrestre. 

I paralleli sono cerchi  paralleli all’Equatore, convenzionalmente 90 verso il Polo  Nord e 90 verso  il Polo Sud. Essi hanno lunghezza differente, a seconda della loro posizione: dall’Equatore,  che è il cerchio massimo, i paralleli diventano sempre più piccoli fino a degenerare in un punto ai Poli.


 


LATITUDINE E LONGITUDINE
Le coordinate geografiche di una località (di un punto P)  sulla superficie della terra sono la latitudine e la longitudine.

La latitudine indica il parallelo di riferimento. E' la distanza angolare misurata lungo il meridiano passante per il punto a partire dall'equatore. Si misura  in gradi  e frazioni di grado da 0° a 90°  verso Nord o Sud.

La longitudine indica il  meridiano di riferimento. E’ la  distanza angolare dal meridiano di Greenwich o meridiano 0° misurata lungo il parallelo. Si misura  in gradi  e frazioni di grado da 0° a 180°  Est od Ovest.

I due meridiani con longitudine 180° Est e 180° Ovest coincidono e rappresentano l’antimeridiano o linea del  cambiamento delle date.
La latitudine indica  il parallelo di riferimento. E’ la  distanza angolare dall’equatore (parallelo 0°) misurata lungo il  meridiano  in gradi  e frazioni di grado da 0° a 90°  Nord o  Sud.

Il reticolo dei meridiani e paralleli costruiti sulla superficie terrestre individua qualsiasi punto attraverso la sua latitudine e longitudine.

La latitudine è la distanza angolare di un punto dall'Equatore, misurata in gradi (l'unità di misura dell'angolo). Alla misurazione si aggiunge l'indicazione Nord o Sud, a seconda che il punto si trovi nell'emisfero boreale (settentrionale) o australe (meridionale).

La longitudine è la distanza angolare di un punto dal meridiano fondamentale di Greenwich, misurata in gradi (l'unità di misura dell'angolo). Alla misurazione si aggiunge l'indicazione Est oppure Ovest, a seconda che il punto si trovi ad oriente o ad occidente del meridiano fondamentale.