Orientierung: Kompass, Höhenmesser
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Fachschaft Physik / KSL Orientierung: Kompass, Höhenmesser Mechanik-Magnetismus Physikpraktikum Schwerpunktfach Verfasst von Werner Fuchsberger immer noch aktuell: Kompass und Höhenmesser Einleitung Es ist ein alter Wunsch der Menschheit, Methoden zu kennen, um den eigenen Standort zu bestimmen, zu wissen, wie man zu einem neuen bekannten Ort hinfindet, mit andern Worten den richtigen Kurs festzulegen. In alten Darstellungen verschiedener Kulturkreise findet man Zeugnisse über diese Kunst vom buddhistischen Rad des Lebens, den ägytischen Totenmalereien bis zu den steinernen Zeugen der Inkas. Die Seefahrer waren wohl die ersten, die es verstanden sich die Stellung der Gestirne, der Sonne, des Mondes relativ zum Horizont der Erde zunutze zu machen. Sie benutzten den Sextant als Werkzeug der Winkelmessung. Die Reisenden in der Wüste nutzten die klaren Nächte, um sich am Polarstern zu orientieren und tagsüber - sofern die Hitze das Wandern überhaupt zuliess - die Sonne als Richtungsweiser zusammen mit einer Uhr oder einem guten Zeitgefühl. Erst spät wurde der Kompass erfunden. Sein wichtigster Bauteil ist eine Magnetnadel, die zumindest bei uns ziemlich genau stets nach Norden weist. Wir kennen die Ursache: es ist das Magnetfeld der Erde. Das Studium dieses Magnetfeldes versetzt uns in die Lage, den Kompass zu verstehen. Zwangsläufig wird man dabei auf den Begriff der Missweisung stossen. Was man grundsätzlich mit einem Kompass anfangen kann, wollen wir in bei diesem Praktikumsversuch ausprobieren. In Schiffen und Flugzeugen wurde der magnetische Kompass durch den Kreiselkompass ergänzt. Wer sich nicht nur im Flachland aufhält, für den ist es oft wichtig - vielleicht sogar lebensnotwendig, zu wissen wie hoch der eigene Standort liegt. Hiefür wurde - wesentlich später als der Kompass - der Höhenmesser entwickelt. Anfänglich waren dies noch Quecksilberbarometer. Heute verwendet man Aneroidbarometer mit analoger oder digital- Fachschaft Physik / KSL elektronischer Anzeige. Gekoppelt mit Rechenprogrammen lassen sich viele Anwendungen realisieren: Höhenprofile, Auf- und Abstiegszeiten, Höhenmeter pro Zeiteinheit und anderes. All diese Hilfsmittel geben nur Zahlen wieder: Richtungen, eventuell Koten, Meereshöhen etc. Damit kann man nur etwas anfangen, wenn man Landkarten zur Verfügung hat. Erst das Zusammenwirken der Orientierungsmittel versetzt in die Lage, jederzeit und an jeder Stelle zu wissen, wo man ist und wie man weiterkommt. Versuchsziele: - Kennenlernen der physikalischen Grundlagen des Magnetkompasses und des Aneroidbarometers als Höhenmesser. Wichtigste Anwendungen des Kompasses studieren unter Zuhilfenahme von InternetInformationen. Praktische Messungen im Feld mit Karte, Kompass und Höhenmesser Rechnungen zum Höhenmesser mit der barometrischen Höhenformel Vorbereitung 1. Verschaffe Dir einen Überblick über das Magnetfeld der Erde: Studium von PhysikBüchern, Lexika, Internet. Kläre die Begriffe: Magnetische Feldstärke, Deklination, Inklination, Missweisung. Wie kommt das Feld zustande? Wie gross ist es bei uns? 2. Repetiere die barometrische Höhenformel. Welches Prinzip liegt ihr zugrunde? Welche Eigenheiten weist diese Funktion auf? Was versteht man unter Halbwertshöhe? 3. Repetiere die Basis des Schweizer Kartenwerkes (Swiss Grid). Die Erdoberfläche der Schweiz wird dabei abgebildet auf eine Ebene. Die Basisdaten dieser Abbildung sind normiert unter CH-1903. Neuerdings wird die Landesvermessung mit GPS neu aufgebaut. Es handelt sich um die LV 95. Material - Kartenausschnitt 1 : 25000, Blatt 1150, Luzern: Horwer Halbinsel Einfacher Recta-Feldkompass mit Teilung in Altgrad Höhenmesser digital oder analog Taschenrechner und Schreibzeug Magnetnadel zur Inklinationsmessung Internet-PC zur Vorbereitung Quellen div. Internet-Quellen für Fotos PS-Praktikum SF Seite 2/3Orientierung: Kompass, Höhenmesser / Version 1 Version 1 Fachschaft Physik / KSL Durchführung: Gruppenmitglieder: _____________________________________ 1. Beantworte die folgenden Fragen: a) Wann ca. wurde der Kompass erfunden? ______________ b) In erster Näherung kann man das Magnetfeld der Erde vergleichen mit _______________ ________________________________________________________________________ c) Was versteht man unter der Inklination? _______________________________________ d) Was versteht man unter der Missweisung einer Magnetnadel? ______________________ _________________________________ Grösse heute in Luzern: ___________________ Ist die Missweisung zeitlichen Veränderungen unterworfen? _______________________ e) Was ist generell die Ursache von Magnetismus? _________________________________ f) Warum kann das Magnetfeld der Erde nicht durch einen riesigen Permanentmagneten im Erdinnern erzeugt werden?________________________________. Welches Prinzip hält den Erdmagnetismus aufrecht?______________________________________ Sind die Ursachen des Erdmagnetfeldes heute endgültig geklärt? _____________ 2. Notiere die barometrische Höhenformel und berechne die Halbwertshöhe. sep. Papier. Um wieviele Millibar sinkt in Luzern der Druck bei einer Höhenveränderung um 10 Meter? Dies ist etwa die Messgenauigkeit von Höhenmessern. sep. Papier. 3. Bestimme die Inklination einer Magnetnadel im Labor. Sie beträgt: _________° 4. Wir üben die wichtigsten Handhabungen des Kompasses und Höhenmesser im Gelände. Miss zunächst an der KSL die Meereshöhe auf dem Pausenplatz. Reguliere nach, denn das Wetter beeinflusst die Anzeige auch. Sollwert nach Karte. Wir fahren auf die Horwer Halbinsel. Bestimme am Standort die Höhe.____. Peile die Kirche Kastanienbaum und stelle fest, welchen Kurs ein Direktgeher einschlagen müsste. ________ (Richtung bestimmen). Bestimme den eigenen Standort durch Rückwärtseinschneiden mit 2 sich schneidenden Peilgeraden. a) Kirche Kastanienbaum: _______° b) Nördlichstes der roten Gebäude der HTA Horw (Hochschule für Technik und Architektur). Zeichne die Peilgeraden in den Kartenausschnitt und ermittle die Koordinaten des eigenen Standorts: ____________, __________ Berechne die Neigung des Sehstrahls von der HTA bis zum eigenen Standort. _________° Auswertung Es genügt, die beschrifteten Rechnungen, den beschrifteten Kartenausschnitt und diese Fragenseite abzugeben. Zusatzaufgaben Orientiere dich im Internet über Teilaspekte zu dieser Thematik, die dich besonders interessieren. Vielleicht anfangs noch etwas planlos surfen. Dann bald Entschluss fassen, worüber du dich besonders in Bild setzen möchtest. Es ist folgendes Gebiet Partner1: ___________________________________________________ Partner2: ___________________________________________________ PS-Praktikum SF Seite 3/3Orientierung: Kompass, Höhenmesser / Version 1 Version 1
