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快速测距法(含简单几何说明)

 韦不信 2015-07-15

户外时经常会好奇自己距离远处的目标山头还有多远,有一个简单又准确的方法。当然准确的前提条件是要有地图,先在地图上查出山头之间的距离,再用指北针量密位夹角,就可以准确计算自己和山头的距离了。

题目:远处两个山头在地图上显示距离为2公里,你拿起指北针量了一下,知道它们的密位夹角为100个密位,请问你距离它们多远?

先聊一下算法的历史,再说怎么算:

1936年在伊拉克巴格达附近(古巴比伦,相当于中国的夏朝)出土的一块泥板上记载了一个几何公式:正六边形的周长和相应的圆周周长比为:57/60+36/(60^2)(泥板刻的是巴比伦人的楔形文字和60进位的算数)

我们知道正六边形的周长为半径的6倍,而圆周的周长为半径的2π倍,另外我们知道π=3.1416…。因此6x半径/(2πx半径)=0.9549,这个值也就是巴比伦人的几何公式值。

咱们仔细看一下正六边形的图,可以发现它是6个等边三角形拼凑起来的,每一个三角的边长都正好是一个半径。如果把每一个三角的圆心内角划分为60度(巴比伦人60进位的思维),那么以圆心为基点绕一圈就是360度。后来的希腊数学家和天文学家如欧几里德、托勒密等沿用这个惯例,一直流传到今天。

当然我们不一定非说一圈就是360度,我们可以说一圈为2π弪,或6.2832弪为一圈(弪度,又称弧度,即英文的radian,定义为张角1弪的圆弧弧长等于半径的长度,即弧长=弪x半径)。这个想法最早出现在牛顿的朋友,英国剑桥大学的数学家Cotes的著作里。用弪计算,数学公式会变得很简洁漂亮。因此现在科学家基本上都用弪做学问。

测距的应用就是个简单的弪和弧长的运算:远处两个物体之间的距离乃弧长,物体和观测者的距离乃半径,张角1弪就是夹一个半径的弧长。换言之,1/1000弪的弧长(差不多等于一个密位,见底下的注释)等于1/1000半径的长度,或说半径等于一个密位的1000倍。张角的密位数可以用指北针测出,那么知道半径,就能算出弧长;反之,知道弧长,也就能算出半径。

现在回答帖子开头的问题:

1.先求一个密位的弧长:也就是2公里除以100个密位,得出一个密位相当于0.02公里。

2.山头和自己的距离是密位的1000倍:0.02公里乘1000,得出20公里。

注:

1.一战时,法国炮兵开始使用把整个圆周刻成6400个密位的系统。密位和度数的换算既方便(20个密位=1.125度),又能利用弪的漂亮几何公式。后来美军照搬此系统。在使用上,一个密位和1/1000弪没太大区别,误差很小。下图为美军军用指北针,外围黑色刻度为密位,20密位为一格,内围红色部分为度,每5度一格。

2.密位是英文单位mil翻译过来的(mil有千分之一的含义,好比毫米为米的千分之一),翻译的过程把这个重要含义翻丢了。如果翻成毫位,没准国人更容易理解。

3.π是个希腊字母。希腊文的圆周为perimetroV,缩写为π。我们知道π个直径等于圆周周长,对他们而言,圆周就是π!真方便,不必记数学公式了。呵呵。

4.如果不要求精确,可以用自己的手指取代指北针,直接量密位。手臂往前平伸的时候,AB“看起来”和ab一样长的时候,就能形成下图中的细长的三角形。AB为远处某物体的长度,ab为自己手指的宽度,AO或BO就是帖子里所说的半径。因为AOB的张角等于aOb的张角(同一个张角),所以AB的密位数等于ab的密位数,再从下下图查出ab密位数(例:单指30个密位,两指70,三指100。自己指头的密位数,平时可以拿指北针先校准一下),就可以判定AB的密位数。举一个例子,有一男子(我们假设他身高1米8),看起来密位数为20,那么我们知道他大约在前方90米(1.8米除20乘1000)。


 


 

 

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