Đường chân trời là gì? Một số công thức tính đường chân trời

 

Đường chân trời là một thuật ngữ thường được nhắc đến trong các bản tin thời sự hay trong các chuyến đi biển. Vậy đường chân trời là gì, ý nghĩa và ứng dụng của nó như thế nào. Cùng dự báo thời tiết tìm hiểu chi tiết nội dung này trong bài viết dưới đây nhé.

Tìm hiểu về đường chân trời là gì?

Đường chân trời có tên gọi tiếng Anh là Horizon line. Theo định nghĩa phổ thông thì đường chân trời được hiểu là một đường thẳng mà chúng ta sẽ không thấy rõ ở vô cực mà mọi điểm hay đường thẳng khác đều quy về nó.

Trong các bức ảnh, chúng ta sẽ thường nhận ra đường phân chia ranh giới giữa vùng trời và vùng đất khi chúng ta nhìn vào một khung cảnh nào đó. Trong chụp ảnh, mỗi bức hình sẽ có một đường thẳng ngang nào đó trong mặt phẳng hình học được xác định là đường thẳng giúp cho bức hình nhìn cân đối hơn, thường cũng được gọi là đường chân trời. Ở nhiều phối cảnh khác nhau, đường chân trời có khi bị che khuất bởi cảnh vật, lúc đó có thể khó thấy, nhưng đường chân trời vẫn hiện hữu mà mọi điểm, mọi đường khá quy về nó ở vô cực.​

Có thể hiểu rằng đường chân trời (hoặc chân trời) cũng là một đường phân cách giữa mặt đất với bầu trời mà chúng ta có thể nhìn thấy rõ ràng.

Hiểu một cách đơn giản hơn thì đường chân trời (hoặc chân trời) là một tên gọi để chỉ rìa mép vòng cung của Trái đất trong tầm nhìn mà chúng ta quan sát được.

Chân trời là gì?

Chân trời sẽ chia đôi mặt đất và bầu trời, nhưng thực tế thì đây được xem là giới hạn dưới cùng mà con người nhìn thấy được bầu trời. Phần bên dưới còn lại đã bị Trái đất che khuất. Vì Trái đất có dạng hình cầu và chu vi quá lớn, nên khi nhìn vào đường phân cách đó ta sẽ có cảm giác đó là 1 đường thẳng. Thực ra, nó chính là một đường vòng cung.

Trên thực tế, đường chân trời không tồn tại một cách vật lý. Chúng ta sẽ nhìn thấy mặt đất và bầu trời tiếp xúc với nhau là do giới hạn của mắt người không nhìn thấy được điểm xa tít mắt.

Ở khu vực vùng núi hay đô thị thường sẽ không nhìn thấy đường chân trường vì cây cối, các công trình kiến trúc,… sẽ hạn chế tầm nhìn của con người.

Khái niệm về đường chân trời là gì?

Như vậy, khi nói về đường chân trời chúng ta có thể hiểu đó là một đường thẳng giao cắt giữa bầu trời và mặt đất, có thể nhìn thấy bằng mắt thường. Con theo chuyên gia vật lý thì đường chân trời không tồn tại mà thực ra nó là điểm xa nhất mà mắt chúng ta có thể nhìn thấy. Ở điểm này, con người có cảm giác như bầu trời và mặt đất tiếp xúc,  chạm vào nhau. 

Hình thức và ứng dụng của đường chân trời là gì?

Hình thức của đường chân trời

Sau khi hiểu chi tiết về khái niệm của đường chân trời, rất nhiều người thắc mắc về hình thức của đường chân trời là gì? Thực tế thì trước khi con người phát minh ra đài phát thanh và điện báo thì khoảng cách tới đường chân trời được nhìn thấy trên biển là rất quan trọng vì nó thể hiện phạm vi tối đa để có thể truyền tin và tầm nhìn.

Thậm chí cho đến hiện nay, khi điều khiển máy bay theo quy tắc VFR (Vision flight rules), có thể dùng mắt thường định vị đường đi, vị trí, né tránh chướng ngại vật của máy bay. Thì người phi công cũng đã sử dụng các mối quan hệ trực quan giữa mũi máy bay và đường chân trời để điều khiển máy bay. Như vậy, có thể thấy nhờ đường đường chân trời mà phi công cũng có thể dựa vào để thực hiện việc định hướng không gian.

Hình thức thể hiện của đường chân trời

Trong nhiều lĩnh vực khác, đặc biệt là phép chiếu phối cảnh trong các bản vẽ không gian, thì độ cong của Trái Đất được bỏ qua và đường chân trời được xem là đường thẳng lý thuyết mà tất cả các điểm trên bất kỳ mặt phẳng nằm ngang đều hội tụ về đó.

Trong thiên văn học thì đường chân trời chính là mặt phẳng nằm ngang qua mắt của người quan sát. Đường chân trời là mặt phẳng cơ bản của hệ tọa độ chân trời và có quỹ tích các điểm có độ cao 0 độ.

Tìm hiểu về ứng dụng của đường chân trời trong thực tế

Trước khi con người phát triển và tự mình phát minh ra đài phát thanh, điện báo hay các thiết bị liên lạc thì khoảng cách từ mắt người tới đường chân trời trên biển sẽ thể hiện phạm vi xa nhất để có thể truyền tin giữa các bên. 

Đường chân trời là gì? Bước đầu ứng dụng trong phối cảnh

Thực tế, tầm quan trọng của đường chân trời không bị ảnh hưởng trong thời đại công nghệ phát triển như hiện nay. Như đã phân tích cụ thể bên trên về ứng dụng của đường chân trời là gì thì chủ thể là các phi công dù đã có nhiều kinh nghiệm vẫn thường sử dụng mối quan hệ trực quan giữa đường chân trời và mũi máy bay để điều khiển, xử lý máy bay. Thêm vào đó, con người cũng có thể dựa vào đường chân trời để xác định không gian.

Ngoài ra, ở lĩnh vực thiên văn học thì đường chân trời còn được sử dụng như một mặt phẳng nằm ngang qua sự quan sát của mắt người. Đây cũng chính là mặt phẳng cơ bản của hệ tọa độ chân trời và có quỹ tích các điểm có độ cao 0 độ.

>>> Thảo khảo thêm:  Xích đạo là gì? Các quốc gia có đường xích đạo đi qua

Đường chân trời cách chúng ta bao xa?

Công thức để tính đường chân trời

Khi đã hiểu được đường chân trời là gì, thì các chủ thể  nên biết thêm tầm quan trọng của nó. Khi khoa học chưa phát triển, đài phát thanh hay các phương tiện liên lạc chưa có thì khoảng cách của mắt người đến đường chân trời rất quan trọng. Bởi thực tế cho rằng đường chân trời quyết định phạm vi xa nhất có thể truyền tải thông tin giữa mọi người.

Trong tính toán, nếu xem sự ảnh hưởng của khúc xạ ánh sáng bằng 0 thì khoảng cách từ người quan sát trên mặt đất đến đường chân trời được tính theo công thức sau:

d ≈√3.57*h

Trong đó, d được tính theo đơn vị km, h là độ cao so với mặt nước biển, tính theo m. Ví dụ:

– Một người quan sát trên mặt đất ở h = 1.9m thì khoảng cách đến đường chân trời d= 4.92 km.

Ngoài ra, còn có công thức hình học, công thức này gần đúng và chính xác với giả định Trái Đất là hình cầu (bởi thực tế Trái Đất có dạng hình e-líp, hơi thuôn ở 2 cực và phình ra khi ở xích đạo)

Công thức tính đường chân trời

Công thức tính hình học

Giả định Trái Đất của chúng ta là một hình cầu không có khí quyển thì có thể dễ dàng tính ra khoảng cách từ người quan sát tới đường chân trời. ( Vì bán kính Trái Đất cong và thực sự thay đổi 1%, vì thế công thức này không thể chính xác hoàn toàn, thậm chí đã giả sử là không có sự khúc xạ.) Theo công thức liên hệ giữa cát tuyến và tiếp tuyến trong đường tròn, ta có công thức tình hình học như sau:

OC² = OA x OB

Trong đó:

• d = OC = khoảng cách đến chân trời
• D = AB được ký hiệu là đường kính của Trái Đất
• h = OB = độ cao từ người quan sát so với mực nước biển.
• D+h = OA = Tổng đường kính và độ cao người quan sát.
• R được ký hiệu là bán kính của Trái Đất.

Khi đó phương trình sẽ trở thành:

d²= h. (D+h) hoặc d = h √(D+h) = 2R√(D+h)

Ngoài công thức liên hệ giữa tiếp tuyến và cát tuyển để tính khoảng cách của đường chân trời là gì, ta cũng có thể sử dụng định lý Pythagore. Do tia nhìn từ người quan sát tiếp tuyến với đường tròn Trái Đất cho nên nó vuông góc với bán kính tại tiếp điểm tạo nên tam giác vuông. Với cạnh huyền bằng tổng bán kính với độ cao của người quan sát so với mực nước biển. Ta có: 

• d là khoảng cách đến đường chân trời
• h là chiều cao từ người quan sát so với mực nước biển
• R dược ký hiệu bán kính của Trái Đất

Theo định lý này ta có công thức như sau:

(R+h)²= R² + h²

 ⇒R² + 2Rh + h²= R²+ h²

 d = h √(2R+h) 

Một công thức khác thể hiện sự tương quan giữa độ dài cung tròn s với góc mở γ tính bằng radian được tính theo công thức: 

s = R*γ

Trong đó:

Cos γ = Cos s /R = R / (R + h)

Thế vào, ta có:

s = R. Cos^-1. R / (R + h)

Ta lại có: 

Tan γ = d / R

Thế vào phương trình ta được:

s = R.tan^-1d / R

Ta thấy khoảng cách d và độ dài cung tròn s là gần bằng nhau vì lúc này độ cao h rất bé so với bán kính R.

Công thức tính đường chân trời chính xác với giả định Trái Đất là hình cầu

Nếu độ cao h là đáng kể so với bán kính R, như khi quan sát từ các vệ tinh, thì cần phải có công thức tính chính xác:

 d = h √(2R+h) 

Chú ý bán kính R và h phải tính cùng một đơn vị đo lường.

Hy vọng những chia sẻ trên của Dự báo thời tiết hôm nay sẽ giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về đường chân trời là gì. Cũng như biết được cách tính khoảng cách từ đường chân trời cách chúng ta bao xa.