2.

Posizione e direzione sulla superficie terrestre

I principali problemi di competenza della navigazione consistono nella determinazione della posizione, della velocità, della distanza e del tempo necessario a spostarsi da un punto all’altro a bordo di un dato mezzo di trasporto. La posizione di un corpo sulla superficie della Terra viene specificata in base a un sistema di coordinate fissato, quale quello di latitudine e longitudine. La direzione di un punto rispetto a un altro viene solitamente indicata per mezzo di una distanza angolare, misurata in gradi rispetto al Nord geografico. La velocità viene spesso espressa in nodi, o miglia marine all’ora (1 nodo corrisponde a 1852 m). Per la navigazione aeronautica o sottomarina va inoltre tenuto conto della quota rispetto al livello di riferimento.

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Mappe e proiezioni cartografiche

Il piano di navigazione viene tracciato su mappe e carte geografiche. Queste sono rappresentazioni piane di porzioni della superficie terrestre, su cui vengono sovrimposti il reticolo delle coordinate di latitudine e longitudine e le curve che indicano le caratteristiche topografiche della zona. Le carte per la navigazione sono finalizzate alla determinazione della posizione, della direzione e della distanza dei punti che interessano il navigatore. Poiché una superficie sferica, quale è con buona approssimazione quella della Terra, non può essere ridotta a una superficie piana senza distorsioni, sono stati messi a punto diversi sistemi di proiezione cartografica, ciascuno dei quali soddisfa solo una specifica necessità, ad esempio la rappresentazione di una regione particolare del globo, di una regione più o meno estesa, più vicina ai poli o all’equatore.

Il tipo di proiezione maggiormente utilizzato nelle carte per navigazione è la proiezione di Mercatore, dal nome dal matematico e geografo fiammingo del XVI secolo Gerardo Mercatore. Si tratta di una proiezione cilindrica alla quale sono apportate modifiche che riducono gli effetti dello schiacciamento delle regioni polari. La superficie della Terra viene proiettata su una superficie cilindrica ideale tangente al globo lungo la linea dell’equatore. Quando il cilindro viene sviluppato su una superficie piana, i meridiani, cioè le semicirconferenze congiungenti i poli e indicanti la longitudine, vengono rappresentati da linee verticali egualmente spaziate, mentre i paralleli, che indicano la latitudine, sono rappresentati da linee orizzontali la cui spaziatura aumenta via via che ci si avvicina ai poli. La proiezione di Mercatore, nonostante la notevole distorsione da cui è affetta, è assai diffusa perché presenta il vantaggio di poter rappresentare con un segmento di retta ogni linea che sulla superficie terrestre taglia i meridiani sempre sotto lo stesso angolo (lossodromia).

Per calcolare la rotta più breve, il navigatore deve seguire una rotta geodetica. La linea geodetica che collega due punti sulla superficie della Terra rappresenta l’arco minimo passante per i punti dati, appartenente al corrispondente cerchio massimo (o al piano passante per il centro della Terra e per i due punti in questione). Tali rotte possono essere determinate direttamente dalle carte geodetiche, ma essendo per le navi poco pratico viaggiare lungo una direzione curva, la regola è quella di seguire una serie di corde che, tracciate sulle carte di Mercatore, approssimano la rotta ideale.

La maggior parte delle acque navigabili è stata accuratamente rilevata dai servizi delle principali stazioni marittime, così da produrre affidabili carte nautiche a disposizione del navigatore. I servizi idrografici di diverse nazioni hanno pubblicato anche almanacchi e portolani che facilitano il lavoro dei navigatori. Si tratta di volumi contenenti informazioni dettagliate sulle acque costiere, sulle infrastrutture portuali, sugli strumenti di assistenza alla navigazione, sui venti, sulle maree, sulle correnti, sui pericoli per la navigazione, sulle rotte di avvicinamento e di entrata negli stretti e su altri dati che non sono normalmente indicati sulla carta di una determinata zona. Informazioni analoghe vengono fornite anche per la navigazione aerea, con indicazioni sulla topologia del terreno e sulle aerovie.