Usuari:Pau Nemo/Òptica i navegació

salvavides

Ullera de llarga vista, fabricada per la firma Dollond, emprada per la marina britànica.

En el camp de la navegació són molt importants els instruments òptics que milloren la capacitat visual de les persones. En aquest sentit, un compendi d'òptica nàutica hauria de facilitar la comprensió dels usos nàutics d’instruments o dispositius coneguts – d’ús general o específic- amb detalls difícils de tractar en els articles particulars. Un compendi com l'indicat podria incloure tots els aspectes i sistemes importants en la navegació basats o relacionats amb l'òptica.

Instruments

Article principal: Píteas

Article principal: Navegació per estima

Article principal: Navegació astronòmica

Els primers navegants no usaren instruments. Només podien fer servir la vista, l’oïda i els altres sentits. Un dels documents més antics que fa referència a un instrument per a mesurar la latitud és la narració del viatge de Píteas de Massalia, que va indicar diverses latituds dels llocs que va visitar. Aparentment aquest instrument era un gnomon.

En el segle XV, en l’era de les exploracions, els vaixells navegaven per estima. S’orientaven amb la brúixola, mesuraven hores amb ampolletes i les altures dels astres amb astrolabis. Els primers tractats de navegació parlaven d’aquests instruments i de les cartes de navegar (vegeu Navegació, Tractats de navegació). Posteriorment es publicaren obres especialitzades en instruments científics en general i de navegació en particular.

Els diversos instruments usats en la navegació al llarg del temps poden classificar-se de diverses maneres. Un mateix instrument pot ser, a la vegada, de mesura, òptic i nàutic. Per exemple un sextant.

Lectura de la mesura

El fet de llegir la mesura d’un instrument (directament, en una graduació, en una pantalla o en un indicador) implica la presència de llum i de la vista d’un observador. Així, la lectura d’una ampolleta de sorra faria possible classificar aquest instrument com un instrument òptic. Potser en sentit ampli, però depenent d’unes propietats òptiques: la transparència necessària del vidre, l’opacitat de la sorra, la llum imprescindible per a la consulta i la capacitat visual de la persona que verifica. Sobre un cronòmetre de marina podrien fer-se consideracions semblants.

En conclusió: en aquest article seran classificats com a instruments òptics gairebé tots els instruments nàutics. D’acord amb l’exposició anterior.

Dispositius i accessoris

Hi ha alguns dispositius i accessoris que, tot i que no poden classificar-se com a instruments, per la seva utilitat en la navegació (referida al desplaçament físic del vaixell o a la seva posició geogràfica) és convenient tractar-los en la present monografia.

Sistemes complementaris amb aspectes òptics

La seguretat del vaixell (llums de posició, marques, balises,...), les comunicacions a distància (banderes, semàfor, morse i similars) i altres aspectes susceptibles de ser tractats en el sentit indicat en l’apartat anterior, seran considerats en seccions corresponents.

Descobriments associats

Esfericitat de la Terra

Dibuix d'una edició de 1550 de "De sphaera mundi", el llibre d'astronomia més influent del segle xiii.

Una de les demostracions de la curvatura de la Terra és el fet, prou conegut des molt antic, que la part més alta de l’arbre d’un vaixell es continua veient quan la part més baixa de la nau desapareix per sota de l’horitzó (Vegeu imatge).

Previsió meteorològica

Els antics navegants depenien de l’estat de la mar de manera dramàtica. No és estrany que hi hagi documents que parlen del pronòstic del temps a partir de senyals observats i conservats en la memòria dels mariners experimentats.

Documents

• 1229. El 5 de setembre salpa l'estol de Jaume el Conqueridor amb destinació a Mallorca. En una temporada no gaire apta per a navegar. Primer una ventada (que feia que les onades escombressin la coberta de la galera del rei) i després una tempesta destorbarien la travessa.

«	No m'asaut de aquella nuu que veig de part de vent de Proença No me’n refio d'aquell núvol que veig de part del vent de Provença	»
— Paraules de Berenguer Gayran, còmit de la galera del rei. Llibre dels fets Capítol 57.

«	Nubes secundum colores quos habent signantes ventos: sicut nubes rubea signat orientalem ventum & si habuerit colorem aureum , signat ventum meridianum: & si habuerit colorem album, signat ventum septentrionalem & si habuerit colorem nigrum, signat ventum occidentalem. Nubes vero quandoque est composita ex pluribus coloribus: & tunc signat mixtionem ventorum: & secundum quod est magis de uno colore quam de alio, signat magis unum ventum, quam alium... El color dels núvols indica els vents; núvols vermells indiquen vent de llevant; si són daurats assenyalen vent del sud; si el seu color és blanc indiquen vent del nord; si són negres indiquen vent de ponent. Si són de colors barrejats indiquen vents mesclats, el color predominant assenyala el vent més probable...	»
— Ramon Llull. De navigatione, Cap. CXL.

• Benedetto Cotrugli fou autor d'un llibre de navegació ( “De navigatione”; Nàpols 1464) que no es va arribar a publicar, però que es conserva en forma de manuscrit. Es tracta d'una obra que pot consultar-se en una transcripció digitalitzada a cura de Piero Falchetta [1]. També el manuscrit original pot llegir-se de franc (Manuscrit Beinecke MS 557, Yale University Library, Beinecke Rare Book and Manuscript Library).

Pel que fa al pronòstic meteorològic, l’obra de Cotrugli informa sobre les opinions d’alguns autors clàssics sobre el tema. Esmenta també alguns meteors. Benedetto Cotrugli no facilita cap resum útil i pràctic per als navegabts reals.

Fenomens meteorològics

Alguns meteors, sense ser exclusius de la navegació, han estat especialment observats i descrits en relació amb els vaixells: foc de Sant Elm, tromba marina, raig verd, miratge, fata morgana...

Instruments nàutics pròpiament dits

Aquests instruments disposen d'article propi i d'una plantilla de navegació que els recullen en conjunt i adrecen als articles respectius. Alguns instruments poden ser comentats de forma particular.

Anemòmetre

En els velers un anemòmetre mesura la velocitat del vent aparent. Acostuma a anar associat a un indicador de vent aparent.

Clinòmetre

En velers petits són habituals els clinòmetres senzills que indiquen l'angle d'escora del vaixell. Es munten en una mampara perpendicular a l'eix longitudinal de la nau.

• 
  Clinòmetre de pèndola
• 
  Clinòmetre tridireccional d’un submarí antic. Indica escora i capcineig.

Visió de les persones

La visió d’una persona que navega ha de ser correcta i és un sentit que cal protegir. Així, cal insistir en la necessitat d’ulleres i lentilles correctores i, eventualment, en l’ús adequat d’ulleres de protecció.

En condicions d’emergència i de pèrdua de les ulleres correctores, la visió pot millorar-se mirant a través d’un forat molt petit.

Filtres

Les ulleres de sol protegeixen de la radiació solar excessiva i milloren la visió en determinades condicions. Els filtres polaritzats poden millorar molt la visualització de certs detalls (superfície de l’aigua, núvols, ...). Hi ha ulleres bastant transparents que incorporen un filtre de color groc. Suposadament milloren la visió en cas de boira.

Protecció física

Les projeccions d’aigua a gran velocitat poden afectar els ulls dels navegants. Unes ulleres de protecció amb un sistema de subjecció ferm haurien de solucionar el problema.

Visió sota l’aigua

Infant amb ulleres de natació i respirall.

No és infreqüent haver de treballar sota l’aigua: inspeccionant una via d’aigua, tallant un obstacle que bloqueja l’arbre de l’hèlix, ... Aquests casos necessiten una careta de submarinista o unes ulleres d'immersió (i un tub respirador).

Llum vermella

La llum vermella facilita l'adaptació de la visió nocturna. Els guaites de submarins esperaven trenta minuts amb llum vermella abans d'una guàrdia nocturna.

Instruments de llarga vista

Mizar i Alcor.

Retícula graduada.

La gran importància dels guaites en la navegació és prou coneguda. Segons els àrabs, només aquells mariners que podien veure l’estrella més petita al costat de Mizar (anomenda Alcor, que significa “la prova”) eren aptes per a aquest servei d’observació. Els instruments de llarga vista milloraren la seguretat de la navegació, augmentat les capacitats humanes de visió a distància.

Ulleres de Galileu

Les ulleres terrestres – de Roget o de Galileu- foren emprades en els vaixells des de la seva aparició. Amb una capacitat d’augments moderada (de l’ordre de 4x), el seu camp de visió és molt petit però la seva lluminositat és alta.

La filmografia sobre pirates i batalles navals ha popularitzat les ulleres llarga vista de grans dimensions amb muntura telescòpica de llautó. Des de fa molts anys el seu ús és testimonial.

Binocles prismàtics

Són grans auxiliars de la navegació. Especialment els models de 7x50 i 7x35, resistents a l’aigua i, si és possible, pressuritzats amb nitrògen. Els grans augments no són útils en un vaixell. El moviment no permet una visió adequada.

Alguns models incorporen reticles especials i/o compàs de marcacions.

A més dels prismàtics de 7x50, la marina de guerra dels Estats Units feia servir dos models de telescopis monoculars: el “officer-of-the-deck spyglass” (10x) i el “quartermaster spyglass” (16x).

Binocles d'imatge estabilitzada

Considerant la seguretat i el preu relatiu, els binocles amb sistema d’estabilització poden ser una bona inversió. Els augments pràctics pugen fins a 12x-14x. Pràcticament el doble que els dels binocles sense estabilitzar.

Monoculars i binocles de visió nocturna

Malgrat el seu preu elevat, els anomenats sistemes de visió nocturna poden fer fàcil la navegació – a vegades impossible- en condicions de foscor extrema.

Hi ha dos sistemes principals: els basats en la foto-multiplicació de la llum existent i els que es basen en una font de raigs infra-roigs i una òptica infra-roja.

Lupes i similars

La lectura de cartes marines es pot facilitar amb aquests instruments. A més de les lupes convencionals (amb mànec) hi diversos models de lupes Fresnel, construïdes de plàstic transparent molt prim, molt adequades per a la funció indicada. Altres models de lectura són semi-esferes de vidre o plàstic que reposen sobre la part que hom vol ampliar.

Per a navegacions nocturnes hi ha lupes amb llum tènue i filtrada que permeten la consulta de la carta a les fosques, evitant enlluernaments innecessaris (provocats per obrir i tancar llums convencionals i sortir a coberta de nit).

Elements òptics en instruments

En un sextant la mira telescòpica és un component essencial.

Llum i enllumenat

Llums de navegació

El Reglament Internacional per a Prevenir Abordatges a la mar (Convention on the International Regulations for Preventing Collisions at Sea) especifica els llums de navegació que han de portar els diferents tipus de vaixells.

Llums intermitents

Algunes embarcacions emprades en serveis especials (guardacostes,vaixells anti-incendis, remolcadors, llanxes de pràctic, vaixells de salvament i altres) disposen de llums d’alerta que avisen de la seva presència. Es tracta de llums intermitents o de reflector rotatori que criden l’atenció de l’observador.

En vaixells de tota mena hi pot haver llums d’alerta associades al funcionament de grues o avisant de maniobres potencialment perilloses.

Focus

Els focus lluminosos poden ser útils en determinades ocasions. En alguns casos són imprecindibles (vaixells de policia, guardacostes, bombers, pesquers, ...).

Llum negra

Alguns iots participant en singladures nocturnes han emprat llum negra i tastavents fosforescents per a ajustar les veles. Segons declaracions el sistema funciona prou bé amb vent moderat i mar plana. No tant amb brises fortes i ones altes.

Prisma de coberta

Els prismes de coberta proporcionen llum natural en certs espais interiors, sense necessitat de flames ni electricitat. Molt populars en l'època daurada de la vela el seu ús actual és escàs.

Cúpules transparents

Les cúpules transparents, aproximadament semi-esfèriques, troben aplicació en vaixells i submarins.

• 
  Pen Duick II (amb cúpula al sostre de l'habitacle)
• 
  Submarí Ictineu 3

Pantalles de vista clara

En els vidres del pont de comandament de molts vaixells destaquen uns dispositius circulars que són pantalles de vista clara. El gir del vidre d'aquestes pantalles elimina l'aigua i permet una zona de visió clara.

• 
• 

Instruments militars

Periscopis

Els periscopis s'associen als submarins convencionals de la primera i la segona guerra mundial. A efectes pràctics cal destacar l'ús de retícules que permetien mesurar les dimensions i la distància de possibles objectius. Molts binocles marins poden incorporar retícules similars.

• 
  Oficial d’un submarí mirant pel periscopi (ca. 1942)
• 
  Esquema d'un periscopi
• 
  Un destructor japonès torpedinat enfonsant-se, fotografiat des del periscopi del submarí USS Wahoo o l'USS Nautilus, el juny de 1942.

Telèmetres

Abans de l'aparició del ràdar i, posteriorment, dels telèmetres làser, els telèmetres òptics foren l'instrument habitual per calcular distàncies en topografia i fotografia, així com en els sistemes de punteria per a armes de foc, especialment en artilleria terrestre i naval.

• 
  Telèmetre del destructor polonès ORP Wicher (enfonsat el 3 de detembre de 1939)
• 
  Telèmetre recuperat de l’Admiral Graf Spee

Sistemes de punteria

Els sistemes de punteria són tan antics com les armes de tir. Foren emprats en màquines de guerra i en ballestes manuals. L’arribada de les armes de foc i els canons d’artilleria feu evolucionar els antics sistemes d’apuntar. Alguns dispositius militars foren adaptats a la vida civil i a alguns instruments científics. Entre els sistemes de punteria naval de tipus directe es poden destacar els de canons i metralladores anti-aèries.

• 
  Cadet apuntant per la mira d'una metralladora
• 
  Animació que mostra l'absència d'error de paral·laxi per culpa de l'observador

Sistemes òptics de telecomunicacions

Vista de Barcelona del 1563. Amb la torre de senyals destacada.

Torres de guaita

Les torres de guaita tingueren una gran importància en la Mediterrània . Calia vigilar per avisar del moviment dels vaixells i determinar si eren forces amigues i enemigues. Un document de 1468 relaciona una torre de vigilància amb un possible telescopi. Antoni Paluzie i Borrell va escriure (en un article publicat per Frederic Armenter al Boletín de la Sociedad astronómica de Barcelona) que: l’any 1468, «Els guaites de la badia d'Alcúdia observaren tres naus en la via de Barcelona», amb l'ajuda de vidres».

Els vidres esmentats podrien ser lents convergents: telescopis d'una sola lent.

Torres de senyals

Mapa de 1449 de Gabriel Vallseca. Vegeu Barcelona i la torre de senyals de Montjuïc.

Moltes torres de guaita disposaven de codis de senyals, amb llums i fogueres, i banderes i altres signes. Els llargavistes, en permetre la identificació dels senyals a gran distància, potenciaren aquest sistema de comunicació milenari. Una de les torres de senyals més antigues (entre les documentades) fou la de Montjuic.

Les torres de senyals medievals de Gènova, Barcelona i, probablement, Venècia i Pisa foren precursores oblidades de la Telegrafia òptica. En el cas de Barcelona s'utilitzaven tres pals on eren hissades boles negres (anomenades "poms") segons un codi determinat.

Entre les referències més antigues a la torre de senyals de Barcelona hi ha la seva representació esquemàtica en una de les cartes portolanes de Gabriel de Vallseca (vegeu imatge) i un testimoni escrit pel notari genovès Antonio Gallo sobre un atac genovès a Barcelona, esdevingut el 1466.

Codis de banderes

Galera catalana de l'almirall Galceran de Requesens i Joan de Soler amb les seves banderes. Vegeu que remolca la barca de panescalm de la nau.

• Identificació individual
  • Les banderes i similars (estendarts, gallarets, penons, ...) han estat emprades per a indicar el rang d’un vaixell, la nacionalitat o la dignitat de la persona que comanda. De nit les llanternes o farons feien una funció similar.
• Senyals senzills
  • Navegant en conserva o en estol hi ha uns quans missatges bàsics que poden indicar-se amb banderes: agrupació de vaixells, atacar, retirada, reunió de comandants, ...
• Senyals i missatges variats
  • En èpoques de combat amb artilleria entre estols de guerra les necessitats de comunicació exigiren codis de banderes més elaborats. Aquests codis, abans dels llenguatges alfabètics, foren possibles amb l’ús dels instruments de llarga-vista.

Instruments òptics externs

Fars

Lent fresnel

Aspecte exterior dels vaixells

Les embarcacions primitives presentaven l’aspecte del material de construcció original sense pintura ni color artificial. Des de molt antic el descobriment de pigments resistents a l’aigua es va aplicar als vaixells a efectes decoratius i de protecció. Homer esmentava les naus aquees “negres naus de proes vermelles” i “negres naus de proes blaves”. Hi ha documents sobre els colors de les galeres de guerra catalanes.

Colors de galeres catalanes

Els bucs de les galeres es pintaven de negre o de colors llampants: vermell, verd, blau, groc... Algunes galeres anaven decorades amb luxe.

• Pere el Gran encarrega a Ramon Marquet la pintura de barques i galeres, en diversos colors.

«	Petrus Dei gratia, Rex Aragonum, fideli suo Raymundo Marcheti salutem et gratiam : Manam vos que fasats pintar les Galees et les Barches de les Galees so es á saber; les dues Galees blanques et dues bermeles, et dues grogues, et dues berts, et dues blaves, et dues seyal de Barchelona, e puys sobre tot lo pint aya Escuts Reyals en cascuna Galea et Barca. En cara manam que la Nau que fo den Vilar et una Barcha de Sanert que hom hi fassa sien pintes á senyal Reyal...	»
— Marina Espanola de la Edad Media. F. Javier de Salas.

• Galeres valencianes de Joan el Caçador.

«	De les grosses, la Santa María, s'ha d'aparellar pel Sant Pare, y mana que's faça en l'escandelar, axí bella cambra com se pertany, la qual sia pintada ab l'escandalar ensemps de vermell als costats e quey sien fets cayrons Reyals ab fulla dor segons ques mereix e que la cuberta sia dazur ab estels de fulla daur axí be com fer se pusca; la popa de la qual sia tota vermella e que la fornescats de totes altres coses quey sien necessaries ... Així mateix vos manam que l'altra galea grossa apellada Sent Johan, sia pintáda de vert, axí com l'altra dessús deu esser vermella e quey sia aytal diferencia que so que seria d'or en aquella ultra les armes Reyals sia dargent en aquesta, en la qual montará nostra cunyat lo Cardenal de Terovana…	»
— Johan I D'Aragó, pàgina 182. Josep Ma Roca i Franquesa.

Les liburnes descrites per Vegeci

En una traducció al castellà de Flavius Renatus Vegetius es pot llegir una descripció de les liburnes pirates amb molts detalls interessants. Poden destacar-se, entre altres, les següents:

• la costum d'anar completament camuflades (naus, veles i tripulants) amb una pintura de color “verd terrós”
• l'ús de barques auxiliars de molts rems (“falúas” en la traducció castellana ; que en català clàssic seria una barca de panescalm ) per a anar d'exploració avançada.

Camuflatge

L’obra viva dels vaixells militars ha estat pintada amb patrons de camuflatge. Inicialment emprant tonalitats que tendien a dissimilar la silueta del vaixell. Posteriorment, adoptant patrons disruptius que dificultaven la interpretació de les imatges vistes a través de periscopis, telèmetres i telescopis.

• 
• 
• 

Vegeu també

• Telègraf òptic