Узел (единица измерения)

Узел — это единица измерения скорости, равная одной морской миле в час. Применяется в мореплавании, авиации и метеорологии для измерения скорости движения судов, летательных аппаратов, ветра и водных течений. Узел является внесистемной единицей, но широко используется в международной практике и допускается к применению наряду с единицами Международной системы единиц (СИ). Один узел соответствует скорости 1,852 км/ч или 0,5144 м/с.

История возникновения

Происхождение термина «узел» связано с практическим способом измерения скорости судна в эпоху парусного флота. Для этого использовался ручной лаг — приспособление, состоящее из деревянного сектора (плавучего груза) и длинного линя (верёвки) с равномерно завязанными на нём узлами.

Процедура измерения выглядела следующим образом: сектор выбрасывали за корму, и он оставался неподвижным на воде, а линь свободно стравливался с вьюшки. Расстояние между узлами на лине было рассчитано таким образом, чтобы количество узлов, прошедших через руку моряка за определённый промежуток времени (обычно 30 секунд или 1 минута, измеряемые песочными часами — склянками), численно равнялось скорости судна в морских милях в час. Таким образом, фраза «судно идёт со скоростью 10 узлов» буквально означала, что за время измерения через руку прошло 10 узлов линя.

Стандартизация длины отрезка между узлами произошла позже. В современной системе за основу взята морская миля (1852 метра). Поскольку в часе 3600 секунд, а за 30 секунд (1/120 часа) судно проходит расстояние, равное 1/120 морской мили, то расстояние между узлами на лине исторического лага составляло примерно 15,43 метра (1852 / 120). С развитием точных механических и электронных лагов (вертушечных, индукционных, доплеровских) необходимость в верёвке с узлами отпала, но название единицы измерения сохранилось.

Определение и соотношение с другими единицами

Узел (русское обозначение: уз; международное: kn, kt) является безразмерной величиной, так как выражает отношение пройденного пути (в морских милях) ко времени (в часах). Однако в физическом смысле это единица скорости.

Соотношение с единицами СИ и другими системами:

Важное уточнение: В морской и авиационной практике не говорят «узлов в час». Фраза «скорость 10 узлов в час» является ошибочной, так как узел уже подразумевает скорость (мили в час). Правильно говорить: «скорость 10 узлов» или «судно движется со скоростью 10 узлов».

Применение

Мореплавание

Узел является стандартной единицей скорости для всех типов морских судов — от небольших яхт до атомных авианосцев и ледоколов. Скорость указывается в узлах в судовых журналах, навигационных картах, в прогнозах погоды для моряков и в международных правилах предупреждения столкновений судов (МППСС-72). Выбор узла обусловлен удобством навигационных расчётов: одна морская миля соответствует одной минуте широты на земном шаре, что упрощает прокладку курса на карте. Например, если судно прошло 60 морских миль, это означает, что оно сместилось на 1 градус по широте.

Авиация

В гражданской и военной авиации скорость воздушных судов относительно воздуха (приборная скорость, истинная скорость) и скорость относительно земли (путевая скорость) часто измеряются в узлах. Это стандарт для Международной организации гражданской авиации (ИКАО). На приборных панелях самолётов скорость обычно отображается именно в узлах. Исключение составляют некоторые страны (например, Россия), где в лётной документации и диспетчерских службах наряду с узлами могут использоваться километры в час, однако в международных полётах и при общении с иностранными диспетчерами экипажи переходят на узлы.

Метеорология и океанография

Скорость ветра, особенно в морских прогнозах, штормовых предупреждениях и на синоптических картах, указывается в узлах. Шкала Бофорта, используемая для визуальной оценки силы ветра по состоянию моря, также привязана к узлам (например, 1 узел — штиль, 34-40 узлов — шторм, более 64 узлов — ураган). Скорость морских течений (например, Гольфстрима) также традиционно измеряется в узлах.

Критика и альтернативы

Основным недостатком узла с точки зрения физики является его внесистемность. В научных исследованиях, где требуется высокая точность и расчёты в единой системе СИ, скорость предпочитают измерять в метрах в секунду. Однако в прикладных областях (навигация, управление движением) узел остаётся незаменимым благодаря своей географической привязке к морской миле.

В некоторых странах (например, в США и Великобритании) для наземного транспорта и в быту по-прежнему широко используется миля в час (mph), которая не равна узлу. Это иногда приводит к путанице, особенно в авиационно-морской литературе, где обе единицы могут встречаться в одном контексте. Попытки перевести всю навигацию на километры в час предпринимались в СССР в середине XX века, но не увенчались успехом из-за необходимости пересчёта всех карт и навигационных пособий, а также сложившейся международной практики.

Интересные факты

• Рекорд скорости среди пассажирских судов принадлежит катамарану «HSC Francisco» (Аргентина), который развил скорость 58,1 узла (около 107,6 км/ч) в 2009 году.
• Самая высокая скорость, когда-либо зафиксированная для парусного судна, составляет 65,45 узла (121,2 км/ч) — этот рекорд установил тримаран «Vestas Sailrocket 2» в 2012 году.
• В авиации скорость звука (число Маха) на уровне моря составляет около 661 узла (1225 км/ч), а на высоте 11 км — около 573 узлов (1062 км/ч).
• В русском языке слово «узел» в значении единицы скорости зафиксировано в Морском уставе Петра I (1720 год), где предписывалось «бросать лаг и считать узлы».

Источники

• Международная система единиц (СИ). Брошюра SI. 9-е издание, 2019.
• ГОСТ 8.417-2002 «Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин».
• Морской энциклопедический справочник. Под ред. Н. Н. Исанина. — Л.: Судостроение, 1987.
• Баранов Ю. К., Гаврюк М. И., Логиновский В. А. Навигация. — СПб.: Лань, 1997.
• Международные правила предупреждения столкновений судов в море (МППСС-72).