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沙漏已经翻转

船速为什么用节一节等于多少公里古代帆船如何测速测程绳
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航向 WNW

连续航向记录用于推算船位。

航速 6 kn

节来自测程绳与计时的历史方法。

风力渐强

天气变化会改变帆装与值班决策。

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SCENE · 01

从船头抛木片,只能得到一次粗略估算

在打结测程绳普及以前,水手可以从船首抛下一块能漂浮的木片,观察它经过已知船长到达船尾所需的时间。只要知道距离和时间,就能估算速度;但人在摇晃甲板上口头数秒、木片受浪影响、船长本身又未必量得准确,误差很大。英语中的 Dutchman's log 常用来指这类简易方法。

远洋航行把测速从经验判断变成了日常导航数据。船只驶出陆地视线后,领航员需要用上一个可靠船位、罗盘航向、航速和经过时间推算下一位置。肉眼看船边水流只能给出“快”或“慢”,无法稳定地填进航海日志;测程板、测程绳和沙漏于是组成了可重复操作的 common log 或 chip log。

SCENE · 02

测程板、卷轴和沙漏怎样配合

典型测程板是一块扇形木板,弧边加重,三角索把它接到卷轴上的测程绳。抛到船尾后,配重使木板近乎竖立,水阻让它相对周围水体保持得比船更慢;船向前走,绳便从卷轴连续放出。计时结束后猛拉绳索,可使连接销脱开,让木板平躺水面,减小回收阻力。

这项工作通常需要协作:一人持卷轴,一人照看沙漏并发出口令,一人数经过手中的标记。英国皇家格林尼治博物馆藏品使用 28 秒沙漏,Cutty Sark 的教学材料则以约 30 秒说明操作;二者并不矛盾。绳会吸水、伸缩,沙漏会有制造误差,实际器具也会为经验误差留出修正,因此不能把“28 秒”写成所有时代、所有海军的唯一标准。

SCENE · 03

绳结间距不是随便定的,而是一道比例换算

原理是速度等于距离除以时间。若沙漏计时 28 秒,一小时约包含 128.57 个这样的时间段;让每个标记间距约等于一海里的 1/128.57,计时内放出几个间距,读数就近似为几海里每小时。使用 30 秒沙漏时,间距也应随之改变。标记之间还可细分,日志里的 K、F 等栏用于记录整节和分数。

参数还会随“海里”的历史尺度改变。关于英国日志的档案研究指出,16 世纪曾以约 5000 英尺的海里配 42 英尺间距;17 世纪测地结果把一分钟纬度弧推近 6000 英尺后,Richard Norwood 于 1637 年提出约 50 英尺间距。今天的精确换算属于现代标准:国际海里在 1929 年定为 1852 米,美国到 1954 年、英国到 1970 年才采用这一长度。用现代 1.852 千米解释单位很方便,却不应反推每一份早期日志都采用同一海里。

SCENE · 04

测到的是对水速度,不是现代 GPS 的对地速度

测程板漂在与船相同的局部水体里,所以读数主要是 speed through water,即船相对水的速度。若整片水体以 2 节向东流,一艘相对水体向北走 6 节的船,对地航迹会同时向东偏;简单把 6 节乘以航行时间,只能得到相对水体的推算位移。风致侧滑、操舵摆动和测程误差还会继续累积。

这正是推算航法的不确定性。航海日志把航向、测速、风况和时间连续记下,再用陆标、纬度观测或后来的经度测定校正。若观测船位与推算船位不符,差值可能来自洋流,也可能来自罗盘偏差、侧滑或错误读数,不能把它自动当作“测出了洋流”。今天 GPS 给出的 speed over ground 与计程仪给出的 speed through water 仍是两个不同概念。

SCENE · 05

19 世纪机械计程仪改变仪器,没有改变单位

测程绳并未在蒸汽时代开始时立即消失。格林尼治的资料显示,William Bourne 在 1574 年已描述这种装置,它一直使用到 20 世纪;与此同时,19 世纪出现机械计程仪。史密森尼保存的一件 1881 年 Thomas Walker 专利模型,把拖在船后的旋转器通过绳轴连接到船尾栏杆上的计数表,使水手不必每次把整套装置收回才读数。

后来的压差式、电磁式和多普勒计程仪让读数更连续,卫星导航又提供对地速度,但“节”保留下来,因为航程、海图和气象中的海里体系彼此配套。正确说法是“船速 12 节”,不是“每小时 12 节”;后者相当于把速度单位再除一次时间。海里表示距离,节表示速度,这一区分比绳结故事本身更重要。

问题

继续理解这个主题

1 节等于多少公里每小时?

按现代国际定义,1 节等于每小时 1 海里,即 1.852 千米/小时;10 节就是 18.52 千米/小时。

为什么有的资料写 28 秒,有的写 30 秒?

沙漏时长必须与绳上标记间距成套使用,不同年代、海军和器具存在差异。28 秒是常见实物规格,30 秒也见于历史操作说明,不能脱离对应绳距单独比较。

节是速度还是距离单位?

节是速度单位;海里才是距离单位。航程可以说 20 海里,船速可以说 5 节。

测程绳能直接测出洋流吗?

不能。它主要测船相对局部水体的速度。要估计洋流,需要把推算位置与天文观测、陆标或其他对地定位结果比较,并排除侧滑和仪器误差。

来源

从哪里继续查证

  1. Log and lineRoyal Museums Greenwich
  2. What is the difference between a nautical mile and a knot?NOAA National Ocean Service
  3. Inside Okeanos Explorer: Doppler Speed LogNOAA Ocean Exploration
  4. Log and Rotor, Patent ModelSmithsonian Institution
  5. British Logbooks in UK ArchivesInternational Comprehensive Ocean-Atmosphere Data Set