Pion i poziom

Pion i poziomicaEdit

Pion poziomicy na marmurowej półce bada poziomość

W fizyce, W fizyce, inżynierii i budownictwie, kierunek wyznaczony jako pionowy jest zwykle tym, wzdłuż którego wisi pion. Alternatywnie, poziomica, która wykorzystuje pływalność pęcherzyka powietrza i jego tendencję do pionowego wznoszenia się, może być użyta do testowania poziomości. Urządzenie poziom wody może być również używany do ustalenia poziomości.

Nowoczesne obrotowe poziomice laserowe, które mogą poziomować się automatycznie, są solidnymi, wyrafinowanymi instrumentami i działają na tej samej podstawowej zasadzie.

Przybliżenie płaskiej ziemiEdit

W scenariuszu płaskiej ziemi, gdzie ziemia jest teoretycznie dużą (nieskończoną) płaską powierzchnią z polem grawitacyjnym pod kątem prostym do powierzchni, powierzchnia ziemi jest pozioma i każda płaszczyzna równoległa do powierzchni ziemi jest również pozioma. Płaszczyzny pionowe, np. ściany, mogą być równoległe do siebie lub przecinać się na linii pionowej. Powierzchnie poziome nie przecinają się. Ponadto, płaszczyzna nie może być jednocześnie płaszczyzną poziomą w jednym miejscu i pionową w innym.

Płaszczyzny pionowe & Linie poziome

Ziemia sferycznaEdit

Ścisłe, ściany pionowe nigdy nie są równoległe na powierzchni kulistej planety

Gdy uwzględni się krzywiznę Ziemi, pojęcia pionu i poziomu nabierają jeszcze innego znaczenia. Na powierzchni gładko kulistej, jednorodnej, nieobracającej się planety, pion wybiera jako pion kierunek promieniowy. Ściśle mówiąc, nie jest już możliwe, aby ściany pionowe były równoległe: wszystkie piony przecinają się. Fakt ten ma realne zastosowania praktyczne w budownictwie i inżynierii lądowej, np. wierzchołki wież mostu wiszącego są od siebie bardziej oddalone niż na dole.

Na planecie kulistej płaszczyzny poziome przecinają się. W pokazanym przykładzie linia niebieska przedstawia płaszczyznę styczną na biegunie północnym, a czerwona płaszczyznę styczną w punkcie równikowym. Te dwie przecinają się pod kątem prostym.

Płaszczyzny poziome mogą się również przecinać, gdy są płaszczyznami stycznymi do oddzielnych punktów na powierzchni Ziemi. W szczególności, płaszczyzna styczna do punktu na równiku przecina płaszczyznę styczną do bieguna północnego pod kątem prostym. (Patrz diagram).Ponadto płaszczyzna równikowa jest równoległa do płaszczyzny stycznej do bieguna północnego i jako taka ma pretensje do bycia płaszczyzną poziomą. Ale jest to. w tym samym czasie, płaszczyzna pionowa dla punktów na równiku. W tym sensie płaszczyzna może być, prawdopodobnie, zarówno pozioma jak i pionowa, pozioma w jednym miejscu, a pionowa w innym.

Dalsze komplikacjeEdit

Dla wirującej Ziemi pion odchyla się od kierunku radialnego w funkcji szerokości geograficznej. Tylko na biegunie północnym i południowym pion pokrywa się z promieniem lokalnym. Sytuacja jest w rzeczywistości jeszcze bardziej skomplikowana, ponieważ Ziemia nie jest jednorodną, gładką kulą. Jest niejednorodną, niesferyczną, garbatą planetą w ruchu, a pion nie tylko nie musi leżeć wzdłuż radialnej, ale może być nawet zakrzywiony i zmieniać się w czasie. Na mniejszą skalę, góra po jednej stronie może odchylić pion od prawdziwego zenitu.

Na większą skalę pole grawitacyjne ziemi, które jest przynajmniej w przybliżeniu promieniste w pobliżu ziemi, nie jest promieniste, gdy wpływa na nie księżyc na większych wysokościach.

Ściany i podłogiEdit

Ściana z cegły przedstawiająca poziome warstwy zaprawy i pionowe prostopadłościany. Dla kontrastu, równa podłoga zawiera tylko linie poziome.

Na (poziomej) podłodze można narysować linię poziomą, ale nie pionową w sensie pionu. Ale na (pionowej) ścianie można rysować zarówno linie pionowe, jak i poziome. W tym sensie, pionowa ściana daje więcej możliwości. Znajduje to odzwierciedlenie w narzędziach, których używa murarz: pion do wyznaczania pionu i poziomica do sprawdzania, czy zaprawy są poziome. Z drugiej strony, w przeciwieństwie do ściany, pozioma podłoga daje więcej możliwości, jeśli weźmiemy pod uwagę kierunki na kompasie. Można narysować na podłodze linie biegnące na północ, południe, wschód i zachód, w rzeczywistości wzdłuż każdego kierunku kompasu. Ściana pozwala na mniej opcji. Na przykład, na ścianie, która biegnie wzdłuż długości geograficznej, owad nie może pełzać na wschód.

Niezależność ruchów poziomych i pionowychEdit

Zaniedbując krzywiznę ziemi, ruchy poziome i pionowe pocisku poruszającego się pod wpływem grawitacji są niezależne od siebie. Na pionowe przemieszczenie pocisku nie ma wpływu składowa pozioma prędkości wystrzelenia i odwrotnie, na przemieszczenie poziome nie ma wpływu składowa pionowa. Pojęcie to pochodzi co najmniej od Galileusza.

Gdy uwzględnimy krzywiznę Ziemi, niezależność tych dwóch ruchów nie obowiązuje. Na przykład, nawet pocisk wystrzelony w kierunku poziomym (tj. z zerową składową pionową) może opuścić powierzchnię kulistej ziemi i rzeczywiście uciec całkowicie.

.