Магнитное падение

Магнитное наклонение , угол наклона или магнитное наклонение — это угол, образованный линиями магнитного поля Земли с горизонталью . Этот угол меняется в разных точках поверхности Земли. Положительные значения наклона указывают на то, что магнитное поле Земли направлено вниз, в Землю, в точке измерения, а отрицательные значения указывают на то, что оно направлено вверх. Угол наклона — это в принципе угол, образованный стрелкой вертикально удерживаемого компаса, хотя на практике обычные стрелки компаса могут быть утяжелены против наклона или могут быть неспособны свободно перемещаться в правильной плоскости. Значение можно измерить более надежно с помощью специального инструмента, обычно называемого кругом наклона .

Угол падения был открыт немецким инженером Георгом Гартманом в 1544 году. ^[1] Метод его измерения с помощью круга падения был описан Робертом Норманом в Англии в 1581 году. ^[2]

Магнитное наклонение возникает из-за тенденции магнита выравниваться с линиями магнитного поля. Поскольку линии магнитного поля Земли не параллельны поверхности, северный конец стрелки компаса будет указывать вверх в Южном полушарии (отрицательное наклонение) или вниз в Северном полушарии (положительное наклонение). Диапазон наклона составляет от -90 градусов (на Южном магнитном полюсе ) до +90 градусов (на Северном магнитном полюсе ). ^[3] Контурные линии, вдоль которых наклонение, измеренное на поверхности Земли, одинаково, называются изоклинными линиями . Геометрическое место точек, имеющих нулевое наклонение, называется магнитным экватором или аклинной линией . ^[4]

Наклон определяется локально для магнитного поля, вызванного ядром Земли, и имеет положительное значение, если поле направлено ниже горизонтали (т.е. в Землю). Здесь мы показываем, как определить значение на заданной широте, следуя трактовке, данной Фаулером. ^[5]${\displaystyle Я}$${\displaystyle Я}$

За пределами ядра Земли мы рассматриваем уравнения Максвелла в вакууме, и где и нижний индекс обозначает ядро ​​как источник этих полей. Первое означает, что мы можем ввести скалярный потенциал такой, что , тогда как второе означает, что потенциал удовлетворяет уравнению Лапласа .${\displaystyle \nabla \times {\textbf {H}}_{c}={\textbf {0}}}$${\displaystyle \nabla \cdot {\textbf {B}}_{c}=0}$${\displaystyle {\textbf {B}}_{c}=\mu _{0}{\textbf {H}}_{c}}$${\displaystyle с}$${\displaystyle \фи _{с}}$${\displaystyle {\textbf {H}}_{c}=-\nabla \phi _{c}}$ ${\displaystyle \nabla ^{2}\phi _{c}=0}$

Решение в ведущем порядке дает магнитный дипольный потенциал

${\displaystyle \phi _{c}={\frac {{\textbf {m}}\cdot {\textbf {r}}}{4\pi r^{3}}}}$

и отсюда поле

${\displaystyle {\textbf {B}}_{c}=-\mu _{o}\nabla \phi _{c}={\frac {\mu _{o}}{4\pi }}{\big [}{\frac {3{\hat {\textbf {r}}}({\hat {\textbf {r}}}\cdot {\textbf {m}})-{\textbf {m}}}{r^{3}}}{\big ]}}$

для магнитного момента и вектора положения на поверхности Земли. Отсюда можно показать, что наклон, определенный выше, удовлетворяет (из )${\displaystyle {\textbf {м}}}$${\displaystyle {\textbf {r}}}$${\displaystyle Я}$${\displaystyle \tan I=B_{r}/B_{\theta }}$

${\displaystyle \tan I=2\tan \lambda }$

где - широта точки на поверхности Земли.${\displaystyle \лямбда}$

Это явление особенно важно в авиации. Магнитные компасы на самолетах сделаны так, что центр тяжести находится значительно ниже точки поворота. В результате вертикальная составляющая магнитной силы слишком слаба, чтобы значительно наклонить картушку компаса из горизонтальной плоскости, тем самым минимизируя угол наклона, отображаемый на компасе. Однако это также приводит к тому, что компас самолета дает ошибочные показания во время поворотов с креном (ошибка поворота) и изменения скорости полета (ошибка ускорения). ^[6]

Магнитное падение смещает центр тяжести картушки компаса, вызывая временные неточные показания при повороте на север или юг. Когда самолет поворачивает, сила, возникающая из-за магнитного падения, заставляет поплавковый узел качаться в том же направлении, в котором поворачивается поплавок. Эта ошибка компаса усиливается с приближением к любому магнитному полюсу. ^[6]

Чтобы компенсировать ошибки поворота, пилотам в Северном полушарии придется «недолетать» до поворота при повороте на север, останавливая поворот до того, как компас повернется на правильный курс; и «перелетать» до поворота при повороте на юг, останавливаясь позже компаса. Эффект противоположный в Южном полушарии. ^[6]

Ошибки ускорения возникают из-за того, что картушка компаса наклоняется на своем креплении при ускорении. ^[7] В Северном полушарии при ускорении в восточном или западном направлении ошибка проявляется как указание поворота на север. При замедлении в любом из этих направлений компас указывает поворот на юг. ^[6] В Южном полушарии эффект противоположный.

Стрелки компаса часто утяжеляются во время производства, чтобы компенсировать магнитное наклонение, так что они будут балансировать примерно горизонтально. Эта балансировка зависит от широты; см. Балансировка компаса (магнитное наклонение) .

• Повороты компаса самолета
• Магнитное склонение
• Южно-Атлантическая аномалия

• Ошибки компаса Архивировано 1 сентября 2006 г. на Wayback Machine
• Посмотрите значения магнитного наклонения