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三角学/指南针方位角

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罗盘玫瑰

指南针方位角是指向你前进的方向,如指南针所示。

指南针上的四个基点将指南针的圆周分成四个相等的部分,分别是(顺时针方向)North(北)、East(东)、South(南)和West(西)。由于圆周有 360º,因此基点之间的间隔为 360º/4 或 90º。

右侧显示了一个罗盘玫瑰。它显示了角度和基点。请注意,测量角度的惯例与我们在三角函数单位圆定义中使用的惯例不同。首先,0o 是北,而不是 x 轴。其次,角度增加的方向是顺时针方向而不是逆时针方向。

基点之间还有其他点

  • 东北
  • 东南
  • 西南
  • 西
  • 西北

这些点之间还有更多点,如下所示

点击查看 32 个罗盘点的名称列表。
  • 北偏东
  • 北北东
  • 东北偏北
  • 东北
  • 东北偏东
  • 东东北
  • 东偏北
  • 东偏南
  • 东南偏东
  • 东南偏南
  • 东南
  • 南东南
  • 南偏东
  • 南偏西
  • 南西南
  • 西南偏南
  • 西南偏西
  • 西南
  • 西西南
  • 西偏南
  • 西偏北
  • 西
  • 西北偏西
  • 西北偏北
  • 北西北
  • 西北
  • 北偏西
  • 北北西
  • 北偏西

这些点将每个 90º 角分成八个部分,因此两个相邻点之间的角度为 90º/8 或 1114º。


设计罗盘玫瑰

访问维基百科并查看各种罗盘玫瑰设计。有些设计非常华丽。

以下是罗盘玫瑰实用设计的一些注意事项。

  • 良好的对比度,以便方位角在明亮和(夜间)低光照条件下都清晰可见。
    • 选择无衬线字体,笔画宽度变化小,以提高可读性。
  • 基点使用更大的字体和更大的方位角。另外,稍微偏移基点的数字文本,以进一步突出显示。
  • 圆周边缘的刻度最细,以获得最大的角度精度。

其他符号

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另一种符号,可以更精确地表示方位角,是用 N 6º E 的形式写出,表示与北方向东成 6º 角的方位角。(通常先写北或南,然后写东或西,角度不超过 90º。)在这个符号中,北偏东是 N 1114º E。

另一种符号,在水手之间很少见,但被航空飞行员使用,是以从北方向顺时针测量的角度表示方位角。因此,例如,东是 90º,南是 180º,西南是 225º。本页顶部的罗盘玫瑰显示了这种测量方位角的方法。

值得注意的是,方位角也可以用以度数开头,然后是起始方向来表示。例如,西南可以正确地表示为 225º N,其中北是起点,以顺时针方向旋转,或者 45º S,其中南是起点,以顺时针方向旋转。这通常被称为参考方位角。

真北和磁北

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磁偏角

真北是指从一个点到地球自转轴北极的方向。可以通过观察恒星来确定,特别是在北半球,可以通过观察北极星,即小熊座 α 星。

磁罗盘指向地球的磁场方向。这个方向被称为磁北。它通常与真北不完全相同,因为磁场没有完全沿着地球的自转轴对齐。它们之间的角度被称为磁偏角。它在地球上不同地点的变化很大;在地球南北极附近的一些地方,它可能是 180º,因此罗盘针指向南而不是北。赤道附近更具代表性的值是 5º。即使在同一个地点,偏角也会随着时间的推移而变化,因为地球磁场也会发生变化。

Earth Magnetic Field Declination from 1590 to 1990

上面的地图显示了真北和磁北方向的差异,以及这种差异如何随着位置和时间的变化而变化。在更长的时间段内,地球的自转轴并非始终指向北极星 - 这是因为地球自转轴的岁差

如今,飞机和大多数船舶都配备了陀螺罗盘,而不是磁罗盘,因此导航员不再需要担心偏角。

练习:互联网寻宝游戏

本页的练习与本三角学书籍中的大多数练习略有不同。它们更像是维基百科/互联网“寻宝游戏”,而不是需要数学知识。

  • 地球自转轴岁差的发现是最近才发现的吗?它取决于非常精确的测量,还是早已为人所知?
  • 人们认为是什么导致了地球磁场?
  • 万有引力定律的平方反比定律是什么?它也适用于磁性吗?
  • 与你可以用手拿的普通磁铁相比,地球磁场(或产生地球磁场的等效磁铁)的强度如何?
  • 万向节是什么,它们是如何工作的?
  • 地球磁场在三维空间中是什么样的?磁场在地球磁极处是垂直的吗?它在你居住的纬度和经度处是水平的吗?
  • 在互联网上找到一张早期罗盘的照片。


练习:航海、天文学、数学和科学

在维基百科上进行更多浏览,了解航海,特别是帆船航海,是如何推动天文学、数学和科学进步的。

  • 是什么航海需求推动了更精确的计时器的进步?
  • 什么是大潮?如果你要绘制一个港口不同时间的水位图,它看起来像正弦曲线吗?下一个大潮是什么时候?
  • 在制图中,什么是“墨卡托投影”?用不同的方法将地球表面表示为二维地图的优缺点是什么?
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