Как измерить высоту дерева не срубая его и не взбираясь на его верхушку? Конечно, существует множество различных способов производить подобные измерения с помощью весьма незамысловатых приборов. Но, такого рода чудеса очень просто выполняются, владея только знаниями начал геометрии.
Без сомнения, задачу как измерить высоту дерева смог бы решить, живший за шесть веков до нашей эры мудрец Фалес. Именно он первым определил в Египте , используя ее . Фалес избрал день и час, когда длина собственной его тени равнялась его росту; в этот момент высота пирамиды должна также равняться длине отбрасываемой ею тени.
Зная, что углы при основании равнобедренного треугольника равны, и что сумма углов всякого треугольника равна двум прямым углам, Фалес заключил, что, когда его собственная тень равна его росту, встречают ровную почву под углом в половину прямого, и, следовательно, вершина пирамиды, середина ее основания и конец ее тени должны образовать равнобедренный треугольник. После этого задача как измерить высоту дерева представляется по-детски простой.
Но в наших широтах солнце стоит низко над горизонтом, и тени равны высоте отбрасывающих их предметов лишь в околополуденные часы летних месяцев. Кроме этого, этим простым способом измерить высоту дерева удобно пользоваться в ясный солнечный день для измерения одиноко стоящих деревьев, тень которых не сливается с тенью соседних.
Поэтому, чтобы измерить высоту дерева используя любую тень, какой бы длины она ни была, нужно изменить этот способ. Измерив свою тень или тень какого-нибудь шеста, можно вычислить искомую высоту из пропорции:
АВ: аb = ВС: bс ,
т.-е. высота дерева во столько же раз больше вашей собственной высоты (или высоты шеста), во сколько раз тень дерева длиннее вашей тени (или тени шеста). Это вытекает, конечно, из геометрического подобия треугольников АBС и аbс .
В другом способе как измерить высоту дерева, нужен шест, который придется воткнуть отвесно в землю так, чтобы выступающая часть как раз равнялась вашему росту. Место для шеста надо выбрать так, чтобы, лежа горизонтально, как показано на рисунке, можно было видеть верхушку дерева на одной прямой линии с верхней точкой шеста. Так как треугольник Аbс – равнобедренный и прямоугольный, то угол А = 45 0 , и, следовательно, АВ = ВС , т.-е. искомой высоте дерева.
Такие геометрические приемы в задаче как измерить высоту дерева, можно выполнять только используя свет . Попробуйте применить их к теням, отбрасываемым при свете уличного фонаря или комнатной , – они не оправдаются.
Содержимое:
В отдаленной части Северной Калифорнии растет самое высокое дерево в мире по имени Гиперион – его высота составляет 115,61 метра (379,3 фута)! В это трудно поверить, но высоту дерева определили при помощи очень длинной измерительной ленты; однако существуют и намного более простые методы определения высоты деревьев. Хотя эти методы не всегда позволяют измерить высоту с точностью до сантиметра (или дюйма), они довольно надежны, и с их помощью можно измерять любые высокие предметы, такие как телеграфные столбы, здания, и даже волшебное дерево, выросшее из бобового зернышка: измерению поддается любой объект, покуда видна его вершина.
Шаги
1 Использование листа бумаги
- 1
Этот способ позволяет найти высоту дерева, не прибегая к математическим вычислениям.
Вам понадобится всего лишь лист бумаги и измерительная рулетка. Не потребуется никаких вычислений; однако, если вы хотите узнать, как работает данный метод, вам потребуется небольшое знакомство с основами тригонометрии.
- В разделе "Использование клинометра или теодолита" приведены все математические вычисления и пояснения, однако они не обязательны для нахождения высоты дерева данным методом.
- 2
Сложите лист бумаги по диагонали так, чтобы получился треугольник.
Если лист не квадратный, а прямоугольный, необходимо сделать из него квадрат. Согните лист бумаги по углу, совместив два соседних края и получив таким образом треугольник, после чего отрежьте лишний край, выступающий из-под него. В результате у вас получится необходимый треугольник.
- Треугольник будет иметь один прямой (90 градусов) угол и два острых угла по 45 градусов.
- 3
Поднесите треугольник к одному глазу.
Держите лист вертикально, чтобы прямой угол (90º) помещался внизу и был направлен от вас. Одна из коротких сторон (катет) должна располагаться горизонтально (параллельно земле), вторая – вертикально (снизу вверх). Разместите треугольник так, чтобы, подняв глаза кверху, вы могли смотреть вдоль его длинной стороны.
- Длинная сторона прямоугольного треугольника, вдоль которой направлен ваш взгляд, называется гипотенузой.
- 4 Отдаляйтесь от дерева до тех пор, пока не увидите, что его верхушка совпадает с вершиной треугольника (его верхним острым углом). Закройте один глаз, глядя вторым вдоль длинной стороны треугольника, пока над ним не возникнет верхушка дерева. Добейтесь, чтобы ваш взгляд, направленный вдоль длинной стороны треугольника, падал на самую вершину дерева.
- 5
Отметьте соответствующее место на земле и измерьте расстояние от него до основания дерева.
Это и будет почти
полной высотой дерева. К полученной величине следует прибавить ваш рост, поскольку вы смотрели на дерево не с самой земли, а с высоты ваших глаз. Теперь вы нашли относительно точную высоту дерева!
- Принцип, на котором основан данный метод, подробно изложен ниже в разделе "Использование клинометра или теодолита". Настоящий метод не требует каких-либо вычислений, поскольку в нем используется тот простой факт, что тангенс угла 45º градусов (именно такие острые углы в нашем треугольнике из бумаги) равен 1. Таким образом, можно записать следующее равенство: (высота дерева) / (расстояние от дерева) = 1. Умножив обе части равенства на (расстояние от дерева), получаем: высота дерева = расстояние от дерева.
2 Сравнение теней
- 1
Этот метод подходит, если у вас есть измерительная рулетка или метровая линейка.
Вы сможете довольно точно оценить высоту дерева, и вам не понадобятся какие-либо другие инструменты. Вычисления сведутся к умножению и делению, без использования других математических действий.
- Если вы не хотите производить какие-либо вычисления самостоятельно, можете использовать, введя в него измеренные величины.
- 2
Измерьте свой рост.
Встаньте прямо и при помощи рулетки либо метровой линейки определите свой рост. На вас должна быть надета та же обувь, в которой вы будете измерять высоту дерева. Для данного метода понадобится листок бумаги – запишите на нем измеренный рост, чтобы не забыть точное значение.
- Записывайте рост в одних единицах измерения, например, в сантиметрах, а не в виде комбинации метров и сантиметров (футов и дюймов). Если вы не уверены, как правильно перевести все в одну единицу измерений, используйте в качестве такой единицы длину рулетки или метровой линейки (1 метр или 3 фута). В этом случае вы будете оперировать высотой линейки и длиной тени, отбрасываемой ею на земле.
- Если вы находитесь в инвалидной коляске или не можете встать ровно по какой-либо иной причине, измерьте свою высоту в любой удобной для вас позиции, в которой вы будете находиться при определении высоты дерева.
- 3 Встаньте на ровном, освещенном солнцем участке земли рядом с деревом. Для точности измерений постарайтесь найти место, где ваша тень будет падать на ровную поверхность земли. Лучше всего использовать данный метод в солнечный, ясный день. В пасмурную погоду будет непросто измерить точную длину теней.
- 4
Определите длину своей тени.
С помощью рулетки либо метровой линейки измерьте расстояние от своих пяток до верхушки тени, отбрасываемой вами. Если у вас нет помощника, вы можете отметить конец тени, оставаясь на месте и бросив на него камешек. Еще лучше положить камешек на землю и отойти от него так, чтобы конец вашей тени совпал с ним, после чего измерить расстояние от этого места до камешка.
- Записывайте результаты всех измерений. Чтобы не перепутать числа, сопровождайте каждое из них кратким пояснением.
- 5
Измерьте длину тени, отбрасываемой деревом.
Пользуясь рулеткой, определите расстояние от основания дерева до вершины его тени. Лучше всего, если дерево растет на ровном участке; результаты будут менее точными, если дерево расположено на склоне холма. Измерьте тень дерева сразу же после того, как определите длину собственной тени, поскольку длина теней меняется со временем из-за изменения положения Солнца.
- Если тень от дерева падает на наклонный участок земли, возможно, удастся выбрать другое время суток, когда тень будет короче либо изменится ее направление.
- 6
Прибавьте к длине тени дерева 1/2 его ширины.
Большинство деревьев растут вертикально, и в этом случае верхушка дерева располагается посередине его ствола. Поэтому при определении общей длины тени к измеренному расстоянию следует прибавить 1/2 диаметра ствола дерева. Это обусловлено тем, что тень от самой верхушки ствола размывается и практически не видна на земле.
- Измерьте ширину ствола дерева при помощи длинной линейки или рулетки, затем разделите ее на 2, получив тем самым 1/2 ширины. Если у вас возникли трудности с измерением ширины ствола, начертите вокруг его основания плотно прилегающий к нему квадрат и измерьте сторону этого квадрата.
- 7
На основании проведенных измерений рассчитайте высоту дерева.
Ранее вы измерили три величины: собственный рост, длину вашей тени, и длину тени, отбрасываемой деревом (включая 1/2 ширины ствола). Длина тени объекта пропорциональна его высоте. Другими словами, (длина вашей тени), поделенная на (ваш рост) равняется (длине тени дерева), поделенной на (высоту дерева). При помощи этого равенства можно найти высоту дерева:
- Умножьте длину тени дерева на свой рост. Предположим, ваш рост составляет 1,5 метра (5 футов), а дерево отбрасывает тень длиной 30,48 метра (100 футов). Перемножив эти значения, получаем: 1,5 x 30,48 = 45,72 метра (или 5 x 100 = 500 футов).
- Поделите полученное значение на длину собственной тени. В приведенном выше примере, если длина вашей тени составляет 2,4 метра (8 футов), получаем: 45,72 / 2,4 = 19,05 метра (или 500 / 8 = 62,5 фута).
- Если вы испытываете трудности с вычислениями, воспользуйтесь.
3 Использование карандаша (необходим помощник)
- 1 Этот метод можно использовать в качестве альтернативы предыдущему (сравнение теней). Хотя настоящий метод менее точен, его можно использовать в тех случаях, когда невозможно найти высоту дерева посредством сравнения длины теней, например, в пасмурный день. К тому же, если у вас есть измерительная рулетка, вы сможете обойтись без математических вычислений. В противном случае, если вы не найдете рулетку, потребуются некоторые простые вычисления.
- 2 Встаньте достаточно далеко от дерева так, чтобы видеть его целиком, от основания до вершины, не наклоняя и не подымая при этом голову. Для большей точности измерений ваши ступни должны быть вровень с основанием дерева, не выше и не ниже его. Встаньте так, чтобы ничто не перекрывало и не загораживало от вас дерево.
- 3 Возьмите в руку карандаш и вытяните его перед собой. Вместо карандаша можно использовать другой небольшой прямой предмет, например, палочку либо линейку. Взяв карандаш в руку, выпрямите ее таким образом, чтобы карандаш находился прямо перед вами (между вами и деревом).
- 4 Закройте один глаз и пошевелите карандашом, добившись того, чтобы его верхушка совместилась с вершиной дерева. При этом лучше держать карандаш заточенным концом кверху. Необходимо, чтобы верхний край карандаша заслонил от вас вершину дерева, в то время как вы смотрите на дерево “сквозь” карандаш.
- 5 Подвигайте большим пальцем вдоль карандаша, добившись того, чтобы кончик пальца совпал с основанием дерева. Держа карандаш так, чтобы его верхний конец был совмещен с вершиной дерева (смотрите шаг 3), переместите большой палец вдоль карандаша в то место, где видно основание дерева, выходящее из земли (как и ранее, глядя при этом одним глазом “сквозь” карандаш на дерево). Теперь карандаш "закрывает" полную высоту дерева, от его основания до вершины.
- 6 Поверните руку так, чтобы карандаш расположился горизонтально (вдоль земной поверхности). При этом держите руку вытянутой перед собой и следите, чтобы большой палец по-прежнему указывал на основание дерева.
- 7 Попросите своего помощника встать так, чтобы вы могли видеть его или ее “на” кончике карандаша. То есть ваш друг должен встать таким образом, чтобы его ступни “совпали” с верхушкой карандаша. При этом помощнику следует расположиться на том же расстоянии от вас, что и дерево, не ближе и не дальше. Вы и ваш помощник будете удалены друг от друга на некоторое расстояние (зависящее от высоты дерева), поэтому можете общаться с ним посредством жестов (пользуясь второй рукой, в которой нет карандаша), показывая, куда ему двигаться (дальше или ближе, вправо или влево).
- 8 Если у вас есть при себе рулетка, измерьте расстояние между вашим помощником и деревом. Попросите друга оставаться на месте, либо отметьте это место веткой или камешком. Затем измерьте рулеткой расстояние от этого места до основания дерева. Это расстояние будет равняться высоте дерева.
- 9 Если у вас нет под рукой измерительной рулетки, отметьте на карандаше высоту вашего помощника и высоту дерева. Нанесите царапину либо другую отметку на карандаш в том месте, где располагался ваш большой палец, зафиксировав тем самым высоту дерева с занятой вами точки обзора. Затем так же, как ранее с деревом, переместите карандаш таким образом, чтобы он частично заслонил вашего помощника, совместив верхушку карандаша с головой помощника, а лежащий на карандаше большой палец – с его ступнями. Вновь отметьте положение большого пальца на карандаше.
- 10
Рассчитайте высоту дерева, найдя измерительную рулетку.
Для этого потребуется измерить расстояние между кончиком карандаша и сделанными на нем отметками, а также рост вашего помощника; это можно проделать и дома, не возвращаясь к дереву. Отмасштабируйте отрезки на карандаше в соответствии с ростом вашего помощника. Например, если отметка, означающая рост вашего друга, отстоит от кончика карандаша на 5 сантиметров (2 дюйма), а отметка, соответствующая высоте дерева – на 17,5 сантиметров (7 дюймов), тогда дерево в 3,5 раза выше вашего помощника, поскольку 17,5 см / 5 см = 3,5 (7 дюймов / 2 дюйма = 3,5). Допустим, рост вашего друга составляет 180 сантиметров (6 футов), тогда высота дерева равна 180 см x 3,5 = 630 см (6 x 3,5 = 21 футов).
- Примечание : если у вас есть при себе измерительная рулетка, когда вы находитесь возле дерева, нет необходимости производить какие-либо вычисления. Прочитайте внимательно приведенный выше шаг "если у вас есть при себе рулетка".
4 Использование клинометра или теодолита
- 1
Данный метод позволяет получить более точные результаты.
Хотя приведенные выше методы довольно надежны, при помощи немного более развернутых вычислений и специальных инструментов можно получить более точные результаты. Это не так сложно, как кажется на первый взгляд: понадобится лишь калькулятор с функцией вычисления тангенса, а также простой пластмассовый транспортир, соломинка и нить, при помощи которых вы сможете самостоятельно. Клинометр, или уклономер, позволяет позволяет измерять наклон объектов, а в нашем случае – угол между вами и вершиной дерева. С этой целью используют и более сложный и точный инструмент, называемый теодолитом, в конструкцию которого входит телескоп либо лазер.
- В методе “Использование листа бумаги” в качестве клинометра выступает бумажный треугольник. Настоящий метод, помимо большей точности, позволяет определить высоту дерева с любого расстояния вместо того, чтобы подходить к дереву или удаляться от него, добиваясь совмещения листа бумаги с деревом.
- 2 Измерьте расстояние до точки наблюдения. Встаньте спиной к дереву и отойдите от него на место, находящееся вровень с его основанием, откуда хорошо видна вершина дерева. При этом идите вдоль прямой линии, измеряя рулеткой расстояние, пройденное от дерева. Расстояние от дерева может быть произвольным, однако для данного метода лучше всего, если оно составит 1-1,5 высоты дерева.
- 3 Определите угол между поверхностью земли и воображаемой линией, соединяющей вас с вершиной дерева. Глядя на вершину дерева, с помощью клинометра либо теодолита измерьте "угол подъема" между деревом и землей. Угол подъема – это угол между горизонтальной плоскостью земли и линией вашего взгляда, направленного на какой-либо высокий объект (в нашем случае на вершину дерева), при этом вы находитесь в вершине этого угла.
- 4
Найдите тангенс угла подъема.
Вы можете сделать это при помощи калькулятора либо таблицы тригонометрических функций. Способ вычисления тангенса зависит от конкретного калькулятора; в большинстве калькуляторов для этого служит клавиша “tg” (или “tan”) – нажмите ее, затем введите значение угла и нажмите клавишу “равно” (=). Допустим, угол подъема составил 60 градусов: нажмите клавишу “tg” (“tan”), после чего введите “60” и нажмите знак равенства.
- вы найдете онлайн калькулятор для вычисления тангенса.
- Тангенс угла прямоугольного треугольника равен длине стороны, противолежащей углу, поделенной на длину прилежащей к углу стороны. В нашем случае в роли противолежащей стороны выступает высота дерева, а прилежащей стороной служит расстояние до дерева.
- 5
Умножьте расстояние от вас до дерева на тангенс угла подъема.
Напомним, вы измерили расстояние между вами и деревом в самом начале данного метода. Умножьте это расстояние на вычисленный тангенс. Поскольку вершина угла подъема располагалась на уровне ваших глаз, в результате вы узнаете, насколько дерево возвышается над этим уровнем.
- Из приведенного выше раздела, в котором дано определение тангенса, вы поймете принцип действия данного метода. Как было отмечено, тангенс = (высота дерева) / (расстояние до дерева). Умножив обе части этого равенства на (расстояние до дерева), получим (тангенс) x (расстояние до дерева) = (высота дерева)!
- 6
Прибавьте к найденной ранее высоте свой рост.
Теперь вы знаете высоту дерева. Поскольку клинометр или теодолит располагался не на земле, а на уровне ваших глаз, для нахождения полной высоты дерева к вычисленной ранее величине следует прибавить ваш рост. Для получения более точных результатов можете измерить расстояние от своих ступней до глаз и прибавить его, а не полный рост от ступней до макушки.
- Если вы пользуетесь стационарным теодолитом, следует прибавить не ваш рост, а расстояние от окуляра теодолита до земли.
- Многие деревья не растут строго вертикально, их стволы бывают наклонены. Используя метод угла подъема, вы можете приспособить его к наклонным деревьям, измеряя расстояние между вами и точкой на земле, находящейся строго под вершиной дерева (а не между вами и основанием дерева).
- Вы можете повысить точность расчетов метода карандаша и метода угла подъема, если сделаете несколько замеров с разных точек вокруг дерева.
- Это может быть веселым занятием для школьников с 4 по 7 классы.
- Для более точных расчетов при использовании метода тени вместо роста человека вы можете взять что-то, длину чего вы точно знаете (например, метровую линейку либо другой прямой длинный предмет).
- Будьте внимательны с единицами измерения (умножайте метры на метры или сантиметры на сантиметры).
- Вы можете легко сделать простейший клинометр с помощью транспортира. Инструкции вы найдете в.
Предупреждения
- Перечисленные методы не работают, если дерево растет на склоне. В таких случаях специалисты используют электронные теодолиты, которые, как правило, довольно дороги.
- Хотя методы угла подъема при правильном использовании дадут вам результат с точностью до полуметра либо метра, в них можно легко ошибиться, особенно если дерево наклонено или растет на склоне. Если вам необходима высокая точность, обратитесь к услугам автовышки.
Что вам понадобится
- Друг (необязателен в трех методах, но с ним процесс измерений будет проще и веселее)
- Измерительная рулетка либо метровая линейка
- или клинометр либо теодолит
- или лист бумаги
- и карандаш (для одного метода)
Размер: px
Начинать показ со страницы:
Транскрипт
1 1 Краевой конкурс учебно-исследовательских и проектных работ учащихся «Прикладные вопросы математики» Геометрия Как определить высоту дерева, не срубая его и не взбираясь на верхушку Белоногов Стас, Гимназия имени М.И.Пинаевой, 8 кл. Анисимова А.А., учитель математики
2 2 Содержание Введение 3 Геометрическая постановка задачи 4 Описание экспериментов 5 Заключение 12 Список использованных источников и литературы 13 Приложение (фотоотчет) 14
3 3 Введение В современном мире мы определяем значения различных величин (длину, массу, температуру и т.п.) с помощью различных инструментов и приборов. Так, в своей профессиональной деятельности строители, архитекторы, лесоводы, военные для определения высоты объекта используют специальные сложные и дорогостоящие приборы высотомеры. У меня возник вопрос: а можно ли определить высоту столба или дерева без высотомера? Такое умение нужно многим людям, находящимся в лесу: туристам, охотникам, лесникам. Этому умению обучают скаутов. Яков Исидорович Перельман, автор множества популярных книг по математике, «доктор занимательных наук», в войну в Ленинграде был лектором-инструктором по подготовке военных разведчиков. Он разработал несколько тем, касавшихся, главным образом, умения ориентироваться на любой местности и в любую погоду, не пользуясь при этом никакими техническими средствами, инструментами и приборами, а полагаясь только на то, что было «под руками». Одна из тем звучала так: «Как измерить высоту дерева, здания, башни». Цель работы определить высоту дерева разными способами без специальных приборов. Задачи: 1) рассмотреть различные способы определения высоты выбранного дерева; 2) провести соответствующие измерения и вычисления; 3) оформить результаты в виде инструкций.
4 4 Геометрическая постановка задачи Геометрическая постановка задачи: определить длину отрезка АВ, где А основание дерева, В его вершина. Длину отрезка определяют либо измерением, либо применением геометрических методов, например, связанных с подобием треугольников. Измерить отрезок значит, сравнить его с единичным отрезком или отрезком, имеющим известную длину. Два отрезка называются равными, если они при наложении совпадают. Материал, связанный с подобием фигур, рассматривается в 8 классе. Я использую эти факты без строгого обоснования. У подобных фигур соответственные размеры при делении дают одно и то же число. Например, два треугольника с соответственно равными углами являются подобными, и отношения их соответственных сторон равны. Рабочая формула: H h L l где H высота дерева, h высота известного объекта, L и l величины, связанные с деревом и объектом, их смысл будет пояснен в каждом эксперименте. Отсюда h L H l
5 5 Описание экспериментов Для выполнения задачи было предложено несколько способов (приведены их краткие условные названия): 1) статистическая оценка; 2) воздушный шарик; 3) фотография; 4) тень; 5) зеркало; 6) треугольник с углом 45 градусов; 7) карандаш. Первый и второй способ это измерение, т.к. используется сравнение с единичным отрезком и наложение отрезков. В остальных способах используется подобие. Источниками наших методов явились литература и сайты Интернет научнопопулярного характера , некоторые способы измерения мы придумали сами. Самостоятельным вкладом в работу мы считаем оформление описания методов в виде инструкций. Статистическая оценка Суть: предложить как можно большему числу людей оценить высоту дерева на глаз, установив рядом с деревом вертикально метровую линейку. Рассчитать Н как среднее арифметическое полученных данных. В ходе эксперимента 10 человек из 6 класса определили высоту дерева на глаз. Оборудование: метровая линейка. Ход работы: 1) установить линейку рядом с деревом вертикально; 2) предложить человеку определить высоту дерева на глаз; 3) записать полученное значение в таблицу;
6 4) для получения среднего значения сумму измерений разделить на количество измерений. Результат: 6,2 6,8 6,8 11,5 6,5 6,7 12 7, Высота 8,46 м 6 Воздушный шарик Суть: сравнить высоту дерева с длиной подходящей нити. Оборудование: воздушный шарик, наполненный гелием; длинная легкая веревочка (нить); рулетка или т.п. измеритель. Ход работы: 1) привязать к шарику длинную нитку и вытравливать ее постепенно до тех пор, пока шарик не поднимется до верхушки. 2) сделать на нитке отметку (например, узелок). 3) вернуть шарик, измерить длину выпущенной части нитки. Результат: 10,5 м Фотография Суть: высота дерева во столько раз больше высоты линейки, во сколько раз длина изображения дерева на фотографии больше длины изображения линейки. Оборудование: фотоаппарат, метровая линейка, товарищ или ты сам в качестве линейки. Ход работы: 1) рядом с деревом поставить вертикально метровую линейку; 2) сфотографировать, убедившись предварительно, что фотоаппарат установлен так, что пленка находится в вертикальной плоскости;
7 3) определить высоту дерева H по готовой фотографии по формуле: Н = L/l, где L и l размеры соответственно дерева и линейки на фотографии, h = 1. 23,2 Результат: H 11, 05м 2,1 То же самое, используя в качестве линейки человека известного роста (себя, например). Тогда формула будет иметь вид: H = h*l/l, где h и l размеры соответственно дерева и «линейки» на фотографии, L истинные размеры «линейки» (рост товарища или твой). 7 Тень Суть: это самый легкий и самый древний способ, с помощью которого греческий мудрец Фалес за шесть веков до нашей эры определил в Египте высоту пирамиды. Он воспользовался ее тенью. Мы поступили точно так же. Измерили свой рост, длину своей тени и длину тени дерева. Высота дерева во столько же раз больше роста человека, во сколько раз тень дерева больше тени человека. Т.к. дерево и человек расположены перпендикулярно Земле, т.е. под углом 90 градусов, а лучи солнца падают на землю под одинаковыми углами, то образуются подобные треугольники стороны которых пропорциональны. Рабочая формула: H = h* L / l Здесь L длина тени дерева, l длина тени человека, h высота человека.
8 8 Оборудование и ход работы ясны из рисунка. Замечания: а) вместо себя можно поставить палку и т.п.; б) указанное на рисунке взаимное расположение объектов соблюдать не обязательно. Понятно, что измерения нужно проводить одновременно, т.к. солнце не стоит на месте, и длина тени изменяется. 1,62 17,6 Результат: H 10, 89м. 2,62 Зеркало Суть: способ основан на законе отражения света. Угол ACB равен углу ECD. Следовательно, треугольник ACB подобен треугольнику ECD, и их стороны пропорциональны. Следовательно, верна основная формула. Рабочая формула: H = h* L/l
9 9 Оборудование: плоское зеркало, рулетка. Ход работы: 1) положить зеркало на землю; 2) найти такое положение, чтобы видеть в зеркале отражение верхушки дерева; 3) измерить расстояния l, L и h; 4) вычислить H; 5) повторить измерения 5 раз при разных значениях L; 6) рассчитать H как среднее арифметическое полученных значений. Результат: 1,62 8,68 H 10, 82м 1,3 Вариантом этого способа является определение высоты предмета по луже. Этот способ, описанный на сайте «Питерский охотник» , можно удачно применять после дождя, когда на земле появляется много лужиц. Измерение производят таким образом: находят невдалеке от измеряемого предмета лужицу и становятся около нее так, чтобы она помещалась между вами и предметом. После этого находят точку, из которой видна отраженная в воде вершинка предмета. Измеряемый предмет, например дерево, будет во столько раз выше вас, во сколько расстояние от него до лужицы больше, чем расстояние от лужицы до вас.
10 10 Треугольник с углом 45 градусов Суть: построение равнобедренного прямоугольного треугольника, одним из катетов которого является дерево. Рабочая формула: H = h* L / l Здесь h и l стороны прямоугольного треугольника с углом 45 градусов. Т.к. они равны, то H = L. Оборудование: любой прямоугольный треугольник (бумажный, пластмассовый, деревянный) с углом 45 градусов, то есть равнобедренный. Ход работы: 1) держа треугольник вертикально, отойти от дерева на такое расстояние, при котором, глядя вдоль гипотенузы, увидеть верхушку дерева. Высота дерева от уровня глаз до верхушки равна расстоянию от дерева до человека; 2) измерить расстояние от места измерения до дерева; 3) прибавить к полученному числу свой рост (до уровня глаз). Результат: L = 10,5 м; H = 10,5 + 1,38 = 11,88 м Карандаш Формула и объяснение то же, что и предыдущем способе. Оборудование: карандаш (или ручка, или любая палочка), помощник, рулетка. Ход работы: 1) встать от дерева на такое расстояние, чтобы видеть его целиком от основания до верхушки. Рядом со стволом установить помощника.
11 11 2) вытянуть перед собой руку с карандашом, зажатым в кулаке. Прищурить один глаз и подвести кончик грифеля к вершине дерева. Теперь переместить ноготь большого пальца так, чтобы он оказался под основанием ствола. 3) повернуть кулак на 90 градусов, чтобы карандаш оказался расположен параллельно земле. При этом твой ноготь должен все так же оставаться в точке основания ствола. 4) крикнуть своему помощнику, чтобы он отошел от дерева. Когда он достигнет точки, на которую указывает острие карандаша, подать сигнал, чтобы он остановился. 5) измерить расстояние от ствола до места, где застыл помощник. Оно будет равняться высоте дерева. Это следует из нашего основного соотношения Результат: H = 11,6 м. Такой способ измерения дерева используют скауты.
12 12 Заключение Мы рассмотрели несколько способов определения высоты дерева с помощью подручных средств без специальных приборов и инструментов. Все эти способы основаны либо на определении понятия длины отрезка и измерения, либо на свойствах подобных фигур. Эксперименты проводились в неблагоприятных условиях: неровная, неудобная местность, много снега, мороз, отсутствие опыта и сноровки. Результаты различных экспериментов отличались. Название способа/эксперимента Результат Статистическая оценка 8,46 Воздушный шарик 10,5 Фотография 11,05 Тень 10,89 Зеркало 10,82 Треугольник с углом,88 Карандаш 11,6 Если не учитывать результат определения высоты «на глаз», как самый ненадежный, то разница между наибольшим и наименьшим значениями высоты составляет около 1,5 метра. Поэтому мы можем предположить, что высота дерева около 11 метров. Более точное значение может дать измерение с помощью высотомера лесника. После изучения понятия относительной и абсолютной погрешности мы предполагаем повторить эксперименты с измерением объекта с известной высотой и оценить точность примененных методов. Желающие попробовать определить высоту недоступного объекта могут воспользоваться нашими инструкциями. Самым доступным способом мы считаем метод карандаша. Он требует минимум оборудования и всего одно измерение.
13 13 Список использованных источников и литературы 1. Я.И.Перельман. Занимательная геометрия. М.: АСТ, Л. С. Атанасян и др. Геометрия: учебник для 7-9 кл. общеобразовательных учреждений. М.: Просвещение, сайт «Питерский охотник» 4. «Центральный сайт скаутов-разведчиков России»
14 16
Готовимся к Общереспубликанскому тесту: Пособие для абитуриентов Основной тест Издание второе, переработанное и дополненное Бишкек 2004 УДК 378 ББК 74.58 Г74 Авторы разделов: Математика: М. Зельман, Г.
НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ.Н.И.ЛОБАЧЕВСКОГО НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ УЧЕБНО-НАУЧНЫЙ И ИННОВАЦИОННЫЙ КОМПЛЕКС "НОВЫЕ МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И НАНОТЕХ- НОЛОГИИ"
Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Рязанский государственный университет имени С.А. Есенина» Фронтальные лабораторные
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1.1 1) ПРОСТЕЙШИЕ ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКА ИХ РЕЗУЛЬТАТОВ Цель работы: ознакомление с методами измерения линейных размеров тел и их масс, а также с методами обработки экспериментальных
Министерство транспорта Российской федерации Федеральное агентство железнодорожного транспорта САМАРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ Кафедра физика и экологическая теплофизика Измерения физических
КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра общей физики ОБРАБОТКА И ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ Методические рекомендации Казань-1999 1. ИЗМЕРЕНИЕ И ЕГО МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ В основе
1 Учебная литература по гуманитарным и социальным дисциплинам для высшей школы и средних специальных учебных заведений готовится и издается при содействии Института "Открытое общество" (Фонд Сороса) в
Министерство образования Российской Федерации Уральский государственный университет им А М Горького Подготовлено кафедрами общей физики и физики магнитных явлений КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ПО ОБРАБОТКЕ РЕЗУЛЬТАТОВ
Цель работы Часто на практике необходимо исследовать, как изменение одной переменной величины X влияет на другую величину Y Например, как количество цемента X влияет на прочность бетона Y Такое влияние
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»
Министерство образования и науки РФ Федеральное агенство по образованию Пермский государственный технический университет Кафедра теоретической механики ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Учебно-методическое пособие
7 класс 7.1. Запишите несколько раз подряд число 013 так, чтобы получившееся число делилось на 9. Ответ объясните. Ответ: например, 013013013. Решение. Приведем несколько способов обоснования. Первый способ.
Измерение физических величин. Неопределенности измерения, погрешности измерения. Измерение физических величин Измерением называется сравнение данной физической величины с величиной того же рода, принятой
О.П. Шарова Сюжетные задачи в обучении математике Резюме В статье систематизируется терминология, относящаяся к сюжетным задачам, и раскрываются возможности использования основных методов решения сюжетных
Э. Г. Готман Стереометрические задачи и методы их решения Москва Издательство МЦНМО, 006 УДК 514.11 ББК.151.0 Г7 Г7 Готман Э. Г. Стереометрические задачи и методы их решения. М.: МЦНМО, 006. 160 с.: ил.
Лекция 6. ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ПРОСТАНОВКИ РАЗМЕРОВ НА ЧЕРТЕЖАХ. Все чертежи выполняются в определенном масштабе и на каждом из них есть строка линейного или поперечного масштаба, по которой всегда можно определить истинный размер того или иного элемента или объекта в целом. Но такой способ определения размеров не обеспечивает достаточной точности измерений, к тому же она сильно зависит от величины масштаба. При значительном уменьшении изображения точность измерения настолько падает, что судить о размерах можно только приблизительно. Поэтому на чертежах всегда проставляются размеры по правилам установленным ГОСТом. Размерные числа, в этом случае, точно определяют величину изображенного на чертеже предмета и его деталей, независимо от выбранного масштаба. Примеры машиностроительного и архитектурностроительного чертежа приведены на рис. 1 и 2. Размеров на чертеже должно быть столько, чтобы ни один элемент объекта не остался без размера и чтобы ни один размер не повторялся. Размеры на чертежах проставляются при помощи выносных и размерных линий и размерных чисел. Размерные линии проводятся обычно параллельно отрезку прямой линии, размер которой необходимо проставить, или параллельно осям проекций (т.е. горизонтально или вертикально), если, например, проставляются габаритные размеры объекта. Рис. 1. В целом простановка размеров является достаточно сложным и трудоемким техническим и творческим процессом, и каждый новый чертеж требует своего особого подхода к решению этих задач. Выносные линии направлены в сторону объекта к измеряемым элементам и, как правило, перпендикулярны размерным линиям. В точках пересечения выносных и размерных линий могут быть постав- Рис. 1 а) Машиностроительный чертеж б) архитектурно-строительный чертеж
Определение размеров недоступных объектов проще всего выполнять при помощи специализированного геодезического оборудования. Современные электронные тахеометры с режимом безотражательных измерений, лазерные рулетки и высотомеры существенно упрощают задачу, позволяя измерить высоту дерева или ширину реки.
К сожалению, не каждый может себе позволить иметь в кладовке про запас оборудование стоимостью несколько тысяч долларов, а с подобными задачами иногда приходится сталкиваться на бытовом уровне. Для решения этих задач к нам на помощь приходят знания, почерпнутые из цикла «Прикладная геодезия»: «История отрасли» , «Выбираем электронный тахеометр» , «Самостоятельные измерения при помощи рулетки, колышков и смекалки» , школьный курс геометрии, ну и немного смекалки (куда же без нее).
Определение высоты недоступного объекта
Для определения месторасположения будущего дачного домика или любой другой постройки важно знать высоты близлежащих объектов, например столбов или сухих деревьев. Это исключит возможность разрушения вашей недвижимости от падения объекта в случае стихийного бедствия или по каким-либо другим причинам.
Еще один важный момент до начала строительства — определение высоты провисания проводов ЛЭП, проходящих в районе участка. Строительный кран может задеть электролинию, что приведет к печальным последствиям. Не стоит забывать о напряжении пробоя — существует возможность поражения током даже за несколько метров от провода высокого напряжения в сырую погоду.
Для эксперимента попробуем определить высоту опоры ЛЭП 10 кВ от земли до верхнего изолятора различными методами и запишем полученные значения в таблицу.
Метод статистической оценки
Его еще в народе называют методом «на глаз». Суть его заключается в визуальном сравнении известной высоты и недоступной. Для удобства возле измеряемого объекта вы устанавливаете вертикально палку с известной высотой. «Эталон» для сравнения должен быть максимально высоким. Отойдя на удобное расстояние, оцените высоту, а результат запишите в таблицу. Как вы понимаете, один человек не может точно произвести «измерения», поэтому для получения хорошего результата попросите произвести подобные действия ваших родственников или знакомых. Чем больше человек участвуют в «замерах» — тем точнее результат.
Затем наступает время обработки информации: отбросьте крайние значения (максимальное и минимальное), а из остальных результатов вычислите среднее арифметическое. Полученное значение и будет давать представление о высоте недоступного объекта. Погрешность такого метода зависит от опыта людей и качества их пространственной ориентации.
Оценка по фотографии
Бурное развитие технологий позволило интегрировать фотокамеру практически в любой современный гаджет, так что подбор оборудования для подобного эксперимента не составит особого труда. Суть та же — оценка высоты недоступного объекта, но уже не на глаз, а вычислив пропорцию между фотографическим изображением эталона и его реальной высотой.
Возле измеряемого объекта вы устанавливаете палку с известной высотой (мы использовали геодезическую веху), отходите на расстояние, когда верх объекта помещается в кадр. В идеале высота эталона и уровня съемки должна быть примерно одинакова, а саму камеру следует держать ровно. Если позволяют возможности, используйте фотографический штатив, высоту установки которого следует выполнить по рулетке.
Сбросьте изображение на компьютер и освежите в памяти информацию из статьи нашего цикла , в которой мы давали понятие масштаба. Мы получили изображение, размеры которого пропорциональны размерам в натуре, нам просто осталось вычислить масштаб и пересчитать высоту недоступного объекта. Для этого вы можете распечатать фотографию для измерений линейкой или воспользоваться любой программой для обработки изображения, которая позволяет измерять расстояния на фото в сантиметрах.
Этот метод более прогрессивный, но требует наличия компьютера и фотокамеры, а в полевых условиях это не всегда можно обеспечить.
Шариковая ручка
Приспособление для письма всегда найдется в письменном столе, а нам оно поможет в определении высоты объекта, используя метод перспективы. Вместо ручки можно использовать карандаш, ровную палочку или любой другой похожий предмет. Также нам понадобится ассистент и рулетка.
Отходим на такое расстояние, когда нам будет виден объект измерений целиком. Зажав ручку в кулаке, вытягиваем прямую руку перед собой таким образом, чтобы ее кончик совпадал с вершиной объекта. Вытягиваем большой палец руки в сторону параллельно земле, чтобы в итоге получился прямой угол. Затем поворачиваем кисть с шариковой ручкой на 90 градусов, в итоге большой палец у нас смотрит в землю параллельно измеряемому объекту, а кончик ручки указывает на место, куда необходимо переместиться ассистенту.
Мы спроецировали высоту объекта параллельным переносом на землю. Теперь не составит особого труда измерить полученное расстояние рулеткой от ассистента до столба, оно и будет равно определяемой высоте. Метод хорошо подходит для полевых условий, достаточно точный, однако требует наличие помощника.
Измерение тени
Метод, которым пользовались древние египтяне и греки, легко воспроизводится в современных реалиях и требует минимум трудозатрат. Для определения высоты нам необходимо одновременно измерить длину тени от объекта с известной высотой и длину тени от недоступного объекта.
Замеры следует производить в вечернее или утреннее время, когда длина тени максимальная. Этим вы исключите погрешности, а результат вычисляется составлением простейшей пропорции:
Высота столба = рост человека * длина тени столба / длина тени человека
Зеркальный метод
Угол падения, как известно, равен углу отражения. Этот постулат мы и применим для вычисления недоступной высоты. Кладем зеркало на землю примерно так, как показано на фото, отходим в сторону до того момента, пока в зеркале не отразится верхушка измеряемого объекта.
Измеряем необходимые расстояния от человека до зеркала, от зеркала до столба, и получаем требуемую высоту после вычисления пропорции.
Высота столба = рост человека * расстояние от зеркала до столба / расстояние от человека до зеркала
Воздушный шарик
Замеры по «методу Винни-Пуха» вы можете произвести, чтобы порадовать собственных детей. Несмотря на некую комичность, он тоже имеет право на жизнь, т.к. при благоприятных условиях он дает приемлемые результаты.
Для работы нам понадобится шарик, наполненный инертным газом, веревка и рулетка. Аккуратно отпускаем шарик на ниточке параллельно измеряемому объекту, при достижении им вершины фиксируем высоту нити, спускаем шарик и измеряем необходимое расстояние рулеткой. Для получения более точного значения ваш помощник должен отойти на значительное расстояние для более точной визуализации места, когда высота шарика и объекта сравняется. Данный метод мы приводим в качестве одного из альтернативных, поэтому лабораторные испытания мы проводить по нему не будем.
Рояль в кустах
Мы рассмотрели несколько основных методов измерения высоты недоступного объекта. Хотелось бы выяснить, какой из них наиболее точен. В этом нам поможет «рояль в кустах» — электронный тахеометр со специальным программным обеспечением, которое позволяет получить значение высоты в полевых условиях.
Для удобства все значения мы занесем в таблицу, которая и даст нам необходимую наглядность. Как видно из таблицы, все методы имеют небольшую погрешность, однако этого вполне достаточно для оценки высоты недоступного объекта.
Среднее арифметическое из полученных значений равно 9,47 м, так что для получения оптимального результата методы необходимо комбинировать, а полученные значения усреднять. В случае, если необходима высокая точность, можно приобрести маятниковый высотомер, который используют лесники для таксации зеленых насаждений.
Ну а самый точный результат получится при заказе топографической съемки. В техническом задании стоит отметить особое требование — измерение высот деревьев и других недоступных объектов. Как вы понимаете, это будет влиять на сметную стоимость работ, поэтому следующую статью из нашего цикла мы посвятим сметам. За непонятными терминами могут скрываться ненужные вам процессы работ, и наоборот, какие-то важные моменты по незнанию могут выпасть из поля зрения. Вооружившись этими знаниями, вы сможете общаться со специалистами практически на равных, что позволит в итоге сэкономить средства.
Владимир Стефанский, рмнт.ру
