זמנים למשיט


זמן למשיט

מי שאינו עוסק בשייט או בנווט כל שהוא , בדרך כלל , עלול להתקל בבעיה של תפיסת הזמן כאשר הוא משתמש בכלי תחבורה כל שהם, ומנסה להעריך מהירות וזמני הגעה; ועוד כאשר הוא טס אל מחוץ לארצו וסובל ממה שמכונה JET LAG , או כאשר מתקבלת החלטה לעבור לחסכון בשעות אור, מה שמכונה "שעון קיץ".
מי שמתכונן לבחינות למשיט ספינה, ללא ידע קודם בגיאוגרפיה, פוגש לראשונה בבעיות והגדרות הקשורות בזמן, כאשר הוא לומד שכדור הארץ בעצמו הוא מד-זמן ("שעון") בהיותו מסתובב סביב צירו בכוון ממערב למזרח, וכל נקודה עליו (פרט לנקודות הקטבים) חוזרת לכל נקודה שהייתה בה. תחושותינו לשנוי במזג האויר והנוף, ומקום השמש והכוכבים הובילו להגדרת היום , הלילה, היממה ,עונות השנה והשנה עצמה. עם התפתחות המדעים והמוסכמות הבין לאומיות לתקן מידות, לצרכי נווט, התקבלה המוסכמה של חלוקת מעגל ל- 360 מעלות . כמו כן התקבלה מוסכמה לחלק את כדור הארץ ל- 360 קוי-אורך שהראשון בהם מכונה 0 מעלות והוא עובר במקום באנגליה שנקרא GREENWICH . החל מקו זה מכילה הרשת הגיאוגרפית 360 קוי אורך הנמתחים בין הקטבים. קוי האורך חותכים את המעגלים שמהוים קוי-רוחב (ראה תרשים הרשת למטה) . וראה גם מערכת הקורדינטות
קוי האורך חותכים את המעגלים שמהוים קוי-רוחב (ראה תרשים הרשת למטה) . את קוי האורך סופרים מ- 0 מעלות עד 180 מעלות מזרחה לגרינוויץ', ומ-0 מעלות עד 180 מעלות מערבה לגרינוויץ'. ואת קוי הרוחב סופרים מהמעגל הגדול המחלק את כדור הארץ לשני חלקים שווים, ומכונה "הקו המשווה" 0 מעלות 0 , את קוי הרוחב (שהם מעגלים המחלקים את כדור הארץ לטבעות הקטנות בכוון הקטבים) סופרים 90 מעלות רוחב צפונה לקו המשווה, ו-90 מעלות רוחב דרומה לקו המשווה. ההחלטה וההסכמה לחלק את מעטפת כדור הארץ לרשת הגאוגרפית המתוארת, ובצרוף עם סבוב במהירות יציבה של הכדור, יוצרים קשר ישיר בין פרקי זמן, מרחקים וזויות על פני הכדור או כל כדור בעל אותו מרכז.

שמושי מד-זמן (שעון)
לצרכי נווט ב'מים עמוקים' (כאשר לא רואים נקודות חוף) הקשר בין זוויות, זמן ומרחקים על המפה הוא שמאפשר, בעזרת שלושה כלים פשוטים, למדוד ולסמן אתרים על המפה הימית , ביחידות של קווי אורך ורוחב. הכלים הם : מד-זווית (מחוגה/מדי-מעלות למיניהם/מצפן); מד-מרחק/מהירות בתוספת כלי שרטוט למיניהם, והשלישי הוא מד-זמן. בשפה העברית מוכר השם "שעון" או "שעון-עצר". ככל הידוע מההיסטוריה, בתרבויות השונות, נבנו מתקנים למדידת פרקי זמן לצרכים שונים כבר לפני כ-3000 שנים. כמובן שכל תרבות, שימוש או יחידת המדידה גררו את השם המתאים. אביא כאן רק את השימושים והשמות שראוי לכל משיט להכיר.

מבנה עקרוני של מד-זמן
כדי להרכיב את המכשיר אותו אנו מכנים שעון דרושים שלושה מנגנונים: 1. מתנד טבעי – כלומר מנגנון שמיצר אירועים בקצב יציב ומדויק ככל האפשר, או בלשון אחרת יש לו תדירות (מחזורים ביחידת זמן) ידועה ויציבה. 2. מקור אנרגיה שיעורר את התנודות וישמור על יציבותן. 3. מנגנון ספירה (מונה) ותצוגה, מנגנון הספירה מכפיל או מחלק את הקצב הטבעי של המתנד ליחידות הרצויות למשתמש; ומנגנון התצוגה, שהוא חלק ממנגנון הספירה, מציג את היחידות בהן אנו מעונינים (ימים, שעות, דקות, שניות וחלקי שניות לפי הצורך). בשימושים מסוימים של מכשירים שונים לא דרושה תצוגה של יחידות הזמן אלא רק הקצב; ובשפה האנגלית אותה המילה משמשת ל'קוצב זמן' ו'למראה זמן' CLOCK . לדוגמה מהירות פעולתו של מחשב תלויה בתדירות המחזורים שמפיק ה- clock שלו, וזו יכולה להיות, למשל, 500MHZ = 500 מליון מחזורים בשניה. במקרה של מחשב, המחזורים הם של שנויי מתח מתוכננים.

שימוש השעון לארגון וניהול החיים בעולם הטכנולוגי
מה שמקובל להיקרא שעון, באנגלית watch או wrist watch , הוא מד- זמן שמציג יחידות זמן המכונות שעות ובדרך כלל גם חלקי שעות – דקות ושניות. ההסכמה הבין-לאומית לחלק את מחזור השמש מעל לראשנו (הצהרה) ל-24 חלקים שווים היא שהובילה לבניה ולתפוצה של שעונים שמציגים שעות וחלקיהן. מהתנועות של כדור הארץ סביב עצמו וסביב השמש נגזרה יחידת הזמן המכונה שעה. הדיון בכך חורג מתחום תמצית זו, אך ראוי לציין שכדור הארץ משלים כ-365 מחזורים של הצהרות ,מעל קו אורך מסוים, עד שהוא חוזר לאותו מקום במסלולו סביב השמש; ומכאן שכ- 365 מחזורים של כ- 24 שעות הם שנה ממוצעת. הדיון המורחב בנושא מסביר מדוע המספרים הנתונים אינם מדויקים ונדרשים תיקונים תקופתיים. בתמצית זו נסכם שהשעונים הנפוצים מודדים ומציגים חלקים שווים של יממה ממוצעת ולכן הם מודדים זמן ממוצע – MEAN TIME . שעון היד הנפוץ מראה את הזמן הממוצע שחלף מהצהרת 'השמש האמיתית'/'השמש הנראית' = APPARENT SUN או TRUE SUN ועד להצהרתה הבאה.

שימוש השעון לצורכי הגדרת קו האורך (נווט)
עד לבניית שעון שנתן לטלטלו בים (לפני כ-300 שנים) ידעו השייטים להגדיר את קו הרוחב שלהם, ולשוט לאורכו על ידי שמירת זווית אל גורמי שמים. כאשר עברו את המרחק המתוכנן ליעד פנו מקו הרוחב והתקרבו אל היעד על קו האורך. לשייט כזה קראו PARALLEL SAILING . מהרגע שיכלו כלי השייט לשאת שעון מדויק, שהראה להם את שעת ההצהרה בקו אורך °0 (GREENWICH), ועוד יכלו לקרא את הפרש השעות עד לרגע ההצהרה במקומם, הרי שיכלו למצוא את קו האורך . הפעולה לשם כך היא הפיכת שעות , דקות ושניות של זמן למעלות דקות ושניות של זווית. פעולה זו מתאפשרת משום שהשעון נבנה לייצג את מחזור הצהרת השמש מעל קו אורך נתון והקשר הוא: מהירות הסיבוב של כדור הארץ שהיא °360 ב-24 שעות כלומר °15 מעלות אורך בשעה.

מהקשר הנ"ל מקבלים : 24 שעות = 360º
1 שעה = 15 º
1 דקה = 15'
4 שניות = 1'

דוגמת תרגיל המרה מיחידות זמן ליחידות אורך ולהפך:-


שיטה קלה להפיכת זמן למעלות היא :
1. הכפל את השעות השלמות ב15
2. באלמנק בדף התיקנים (Increments and corrections) נכנסים לדקות (הזמן) ולשניות הרצויות, ומתחת עמודת התיקון לשמש ומצאים את המעלות המבוקשות, אותם מחברים למספר שמצאנו ב 1.


מיכולת ההמרה של יחידות זמן ליחידות של זוית, ומהעובדה שמרחקים על פני כדור הארץ הם קשתות של מעגלים שונים, הוגדרו קטעים חשובים לנווט במונחים של "זוית-שעה" HOUR ANGLE , כלומר השעון אפשר לפתור בעיות של נווט על פני כדור (לפתור בעיות במשולשים שצלעותיהם הם קשתות, מה שמכונה "משולש ספרי"). דיון בזה אינו בתחום תוכנית הלמודים למשיט ספינה אך יובאו כאן אותן הגדרות הקשורות למציאת השעה ביחס למקום.

Local Mean Time L .M. T.
הפרוש של מושג זה בשמושו לנווט הוא הזמן הממוצע (MEAN TIME ) המתאים לקו האורך שעליו נמצא כלי השייט. למעשה אפשריים אין-סוף L.M.T. , כשכל אחד מתאים לקו האורך עליו הוא מבוסס (במדידת הזמן בין שתי הצהרות). בשמוש עממי נפוץ ה- L.M.T. הוא בפשטות ה- (L.T.)Local Time = הזמן המקומי בכל מקום, הוא מכונה גם "הזמן האזרחי" = Civil Time .

G.M.T. Greenwich Mean Time
 GMT  

זהו ה- L.M.T. של כל הנקודות הנמצאות על קו האורך הראשון המוגדר כ-°0 מעלות אורך, והעובר במקום הנקרא Greenwich. זה גם הזמן שביחס אליו מחשבים את הזמן המקומי על כל קו אורך אחר. זהו גם ה- Civil Time באנגליה (אלא אם מופעל "שעון-קיץ").

כאמור LMT הוא הזמן המקומי בכל נקודה על פני כדור הארץ. זמן זה מתיחס ל GMT בנוסחאות הבאות:
LMT = GMT + E Long
LMT = GMT - W Long
היות ובנוסחה מופיעות שעות, דקות ושניות (GMT LMT) ומעלות (Longitude) חייבים לצרכי חישוב להסב את אחת המידות, בדרך שהוסברה לעיל.:

Standard Time "זמן תקני"
היות ובתרבות המודרנית אזורים גאוגרפים גדולים נמצאים תחת אותו שלטון או תחת אותה מנהלה כלכלית וטכנולוגית, יהיה לא מעשי להחזיק בכל אתר מאוכלס, כפר או עיר את ה- L.M.Tשלו; לכן קבעו המנהלות והשלטונות השונים, זמן אחיד, ושרירותי במידת מה, לכל אזור שבקרבת קו אורך שנבחר כמרכזי לאותו אזור והוא "הזמן התקני" לאותו אזור, ה- Standard Time. מדינות המשתרעות על שטח גדול ומכסות הרבה קוי אורך, כמו ארה"ב וקנדה, מחולקות לכמה אזורי "זמן תקני" , כדי לשמור על יחס מתאים בין שעות האור והחושך.

Zone Time Z.T אזורי זמן המפה הבאה היא של האדמירליות הבריטית מספר 5006 בהבדל מהמפה האמריקאית
בשנה -1920 פתח הצי האמריקאי שיטה לשמירת "זמן תקני" בכל אזורי השייט. לפי שיטה זו מעטפת כדור הארץ חולקה ל-24 אזורי זמן. כל אזור זמן מכיל 15 מעלות אורך כלומר שעה אחת של סבוב הכדור. במרכזו של כל אזור זמן נמצא קו אורך המצוין במספר שלם כאחד מ-180 מעלות מזרחה ל- 0 מעלות (גרינוויץ') או כאחד מ-180 מעלות מערבה ל-0 מעלות (גרינוויץ'). ½7 מעלות מכל צד, של קו האורך השלם, הם הגבולות עם האזורים השכנים. כל אזור זמן מוגדר על ידי שלושה נתונים:
1) מספר המעלות השלם של קו האורך המרכזי; לדוגמה מדינת ישראל נמצאת ב- אזור שמרכזו E °030 והוא 2-.
2) מקומו ביחס ל-0 מעלות (גרינוויץ'), מזרחה לו East או מערבה לוWest .
3) מספר השעות שיש להחסיר או להוסיף לזמן האזורי כדי למצא את השעה GMT . מספר זה מופיע עם סימן (-) כשיש להחסירו וסימן (+) כשיש להוסיפו.

קישור ל טבלה למציאת הזמן האיזורי בערים שונות בעולם.




מרכז המפה הוא קו האורך 00 (ולא קו האורך 180 ו"קו התאריך".).


חישוב אזור הזמן

Z = Int [ (Long+7.5) / 15 ]

מתחשבים רק במספר השלם ולא בשבר Integer.
דוגמה: מה אזור הזמן של קו אורך 60
(60 + 7,5) / 15 = 4.5

אזור הזמן הוא 4
וכמובן שאם קו האורך מזרחי E השעה תהיה מאוחרת מאשר בגרינוויץ'.

חשב ZT לפי קו האורך: (לחץ על השאלה ותקבל את התשובה)
שאלה:  

 


 

115 E קו אורך

74 W קו אורך

24 W קו אורך

123 E קו אורך

הצגת הזמנים בשעת ההצהרה בגריניץ' GMT=1200

Equation of Time חישובי הזמן מתיחסים לשמש הממוצעת שהיא מעין שמש "מדומה" אשר זמן תנועתה שווה בכל רגע נתון. במציאות השמש "האמתית" תנועתה אינה קבועה סיבה אחת היא הדקלינציה והשניה היא שמהירות כדור הארץ במסלולו אינה שווה.
ההבדל בין זמן השמש האמתית GAT לבין זמן השמש הממוצעת GMT נקרא Equation of Time וערכו נע בין 0 דקות למעל 16 דקות.
את ערכה של משוואת הזמן ניתן למצוא בדף היומי באלמנק

ההצהרה כ 7 דקות לאחר השעה 1200 GMT

============

קיימות עוד מספר הגדרות זמן, שחשיבותן באסטרונומיה ובנווט הישן, ואלה לא יובאו כאן. ההתפתחויות הטכנולוגיות הובילו לשפור בדיוק השעונים, בגודלם ומשקלם; ביחוד המעבר לשמוש במתנד גביש קווארץ במקום מטוטלות וקפיצים. אך ההתפתחות החשובה ביותר היא בנית ה"שעונים האטומיים" , בשעונים אלה המחזוריות מופקת מקרינה מיוחדת ממתכת נוזלית בשם צסיום. באטומים של מתכת זו מתרחש שנוי ברמות האנרגיה במחזוריות של מספר בן 10 ספרות, המנגנון בשעון זה מעורר את השנוי ומונה את מספר החלקיקים הדרוש עד השנוי הבא. לצורך הגדרת 1 שניה של זמן, המונה חייב לספור בדיוק 9.192.631.770 כלומר בערך 9.2 כפול 10.9 , ולכן הדיוק המתקבל הוא של כ- 1 חלקי 9 בחזקת 10 של השניה. האפשרות לקבל דיוק ברמה כזו הובילה לשורה של פיתוחים טכנולוגים, בינהם פתוח מערכת הנווט העולמית המכונה GPS . אך השעונים האטומים הביאו גם לבטול הצורך לציין את המילה "ממוצע" MEAN מהגדרות הזמן. החל מהצבתם של שעונים אטומיים כשעונים לקביעת "תקן-זמן", לא תנועותיו של כדור הארץ קובעות את זמן המחזור אלא המונה של השעון האטומי. הקהילה המדעית הבין לאומית החליפה, איפוא, את GMT ב- TAI שהוא ראשי תבות בצרפתית ל- זמן אטומי בין-לאומי. כדי שלא תתפתח שגיאה גדולה בין השעון הנפוץ והזמן האטומי מבוצע תקון להתאמת הערכים שבין שני השעונים; ומכאן נולד השם שבא במקום GMT והוא UTC Universal Time Co-ordinated. באופן מעשי למשיט אין כל הבדל בין GMT או UTC או כפי שמכונה לפעמים GMT כ- UT כלומר סתם זמן בין לאומי UNIVERSAL TIME .
השעון המוצג משמאל , מראה את UT/UTC/GMT במעגל הפנימי , ואת הזמן המקומי שלו, או זמן בכל אזור זמן אחר, לפי בחירתו, בטבעת החיצונית. על ידי סבוב הטבעת החיצונית נתן להוסיף או להחסיר שעות לשעה 1200 של הזמן הבין-לאומי ובכך לקבל את הזמן המקומי והאזורי. עוד, לפי הצבע של הטבעת החיצונית נתן לדעת אם בזמן האזורי של היעד שעות יום או שעות לילה. זאת, לפי מקומו של מחוג השעות של הטבעת החיצונית.

כרונומטר רשמי המציג בו זמנית זמן בין-לאומי וזמן מקומי. הערה: הטבעת החיצונית (BEZEL ) חצויה לשני חלקים בצבעים שונים , כאשר מחוג השעות (עם ראש החץ) נמצא מול הצבע הכהה (כחול) הוא מראה על שעות חושך, וכשהוא מול הצבע הבהיר (אדום) הוא מורה על שעות אור.


CHRONOMETER
כרונומטר לצורכי שייט הוא שעון שמראה את הזמן הבין לאומי UT/UTC/GMT ושגיאתו היומית אינה משתנה בצורה קיצונית. על פי מכון התקנים השוויצרי שעון יכול לקבל "תעודת אשור רשמית ככרונומטר" רק לאחר שעבר סדרה של מבחנים של עמידות בתנאים קיצוניים ושגיאתו היומית לא עברה מעל ל-4 שניות לכל כוון. מצד אחד שיטות הנווט התלויות בדיוק הכרונומטר אינן בשימוש עוד, ומצד שני השעונים החדישים מספקים דיוק ויציבות לכל מטרה של ניהול כלי השייט. עובדות אלה בטלו את הצורך למלא "יומן-כרונומטר". ב"יומן הכרונומטר " נרשמה שגיאתו היומית של הכרונומטר בהשוואה עם קליטת סימני השעה והדקה המלאה מתחנת רדיו המוגדרת כתחנה רשמית לתקן זמן ותדר. את הפרטים על תחנות כאלה המכונות STANDARD TIME AND STANDARD FREQUENCY STATIONS נתן למצוא בספר המופץ על ידי ארגון הקשר הבין לאומי ITU , הספר מכיל פרטים גם על שירותים חיוניים אחרים דרך קשר רדיו ונקרא LIST OF RADIO DETERMINATIONS AND SPECIAL- SERVICE STATIONS. - . משיט אחראי, ראוי שיבדוק לפחות פעם ביום, את השעון השימושי בכלי השייט כנגד האותות של תחנת תקן כל שהיא (הנוחות ביותר באזורנו הן תחנות ה-BBC בששת הצפצופים האחרונים של הדקה ה-59 של כל שעה שלמה כשהצפצוף הארוך האחרון מסמן את השניה שבין 59 ל-60 ). לא מקובל לתקן שגיאה של כרונומטר רשמי אלא רק לרשום אותה. אך בשעוני הגביש עם תצוגה ספרתית אין צורך במומחה ומספיק לקרא את הוראות היצרן.


צלום דוגמה של שעון אטומי. (צלום – יערי דניאל אוקטובר 2000 )

שמושי הכרונומטר למשיט ספינה

1. על פי הסכמה בין לאומית כל תקשורת הרדיו בים מתואמת ונרשמת לפי UTC . ולכן אכן צריך לדאוג שהכרונומטר יהיה מתואם ל-UTC . בספינות שיש חובה למלא יומן רדיו, הרשום ב-UTC.

2. לצורך רשום של אירועים ומשך הפעלה של מתקנים ומערכות ביומן כלי השייט, ובצוע בדיקות ואחזקה למניעת תקלות (אלה לפי הזמן המקומי בדרך כלל).

3. לצורך קליטה של מהדורות מידע (אזהרות, מזג-אויר,ועוד) בזמנים המתאימים ולצורך כוון מכשירים לקליטה אוטומטית של מידע כל שהוא.

4. לצורך דיווחים של מקרי מצוקה, דחיפות, בטיחות,דווחי אתר ופרטי מסע.

5. לצורך רשום אתרים ותכו ינים בנווט חופי ושייט לפי DEAD- RECKONING DR – (אלה בזמן מקומי בדרך כלל).

6. ניהול כללי של משמרות ופעילויות צוות כלי השייט (אלה בזמן מקומי בדרך כלל).

בתמונה: הקו המכונה Prime Meridian באתר מצפה הכוכבים (Maze Hill) בעירה Greenwich , או "קו גרינוויץ'" = LONGITUDE 0°
(צלום – יערי דניאל אוקטובר 2000 )

מצפן משעון או - לא נתן למגנטיות להשתולל

להלן שיטה למציאת כיוונים (דרום תחילה) בעזרת שעון יד עם תצוגה של מעגל השעות ומחוגים.
התנאים לשימוש בשיטה זו הם:-
1. ברשותך שעון עם חוגה ותצוגה של שעות ודקות על מעגל.
2. ניתן לראות את השמש (גם דרך מעטה עננים או ערפל).
3. ידוע לך באיזה מחצית של כדור הארץ אתה נמצא (צפונית או דרומית לקו המשווה).
4. מחוג השעות מכוון לשעה האזורית (LOCAL TIME/ZONE TIME ).

השיטה נותנת, שאם תכוון את מחוג השעות אל השמש - בחצי הצפוני של כדור הארץ - כוון דרום (180מעלות) יהייה על חצי הזווית שבין מחוג השעות והשעה 1200. זאת משום שבחצי הצפוני של כדור הארץ (מעל קו-רוחב ½23) השמש תמיד דרומית אל הצופה. בחצי הדרומי או למטה מ- ½23 באותה שיטה מוצאים את הצפון במקום את הדרום.

דוגמה א :- בהנחה שהשעון מכוון לזמן המקומי, הזריחה תהייה בשעה 0600 והזווית לשעה 1200, תהיה 180 כך שכוון דרום יהייה על חוצה זווית זו כלומר על השעה 0900 (0900 = :2100 ).

דוגמה ב :- כשהשעה 1200 הזווית היא 00 ואז השמש קרובה לשיא גובה ותראה דרומה לנו (במקרה הזה 180 הוא האפס שלנו ולמציאת הצפון מהדרום נוסיף את ה- 180 ).

דוגמה ג -:

שימושים:-
1. במקרה שמצפן ההגוי קבל חבטה או נחשף לשדה מגנטי חזק, נתן לבדוק את תקינותו בקרוב סביר. זאת על ידי השוואת הכיוון לדרום או לצפון הנצפה.
2. במקרה של אבוד המצפן היחידי של כלי השייט, והמצאות בסערה שמחייבת סטייה מהמסלול בעננות שמסתירה גורמי שמיים. נתן לחזור, בקרוב, למסלול המקורי מייד עם הופעת השמש.
3. סתם תרגיל ל"צריבת" כיוונים בזיכרון, או נתן לפעול הפוך ולהעריך את השעה לשעון שנעצר.