不能上網的古人怎麼知道自己的緯度呢？

本文由公眾號 「把科學帶回家」 提供

給孩子最好的科學教育

在遙望群山的時候，你是否想過，山有多高呢？

很想知道站在對面的小哥哥，小姐姐的身高是多少，又不敢開口問，該怎麼辦？

沒有地質學家們的專業測量工具，難道我們就不能簡單地了解它們的高度了嗎？

那可不一定。今天教大家用簡單的工具來測量樹木、大樓、群山，乃至高個兒的學長，學姐的高度。

用這個方法，還能在不上網的情況下知道自己的緯度呢。

關鍵概念

三角測量法、傾斜儀

材料和工具

A4白紙

硬紙片一張（比如賀卡）

印表機

直尺

捲尺

筆

剪刀

膠帶紙（或膠水）

50厘米左右的棉線

回形針

硬幣

操作步驟

1. 在把科學帶回家後台回復傾斜儀，得到模版，然後列印出來。

2. 把模版中的量角器沿著邊緣剪下來，注意直邊一定要剪齊。

3. 把量角器粘在硬紙片上，直邊對齊。然後在量角器的中間挖個小洞，把棉線穿進去打結。棉線的另外一端連一個回形針，回形針裡面夾一個硬幣。

4. 把A4紙捲成直徑大概是2.5厘米的圓桶，把邊緣用膠帶紙封好，然後粘在量角器的直邊上。傾斜儀就做好了：

5. 現在可以開始玩啦。

玩法1. 測量高度

a.用傾斜儀的小洞對著遠處的物體（比如對面的小哥的頭頂），然後記錄下棉線在量角器上的角度。

b.正對著小哥往前走幾步，然後再用傾斜儀對著他的頭頂，記錄下棉線此時的角度。

c.用捲尺量一下剛才走動的距離。再量一下地面到你眼睛的距離。

d. 拿出剛剛列印出來的圖紙，從左下角的原點往右邊畫一條線，這條線和底邊的夾角是第一次棉線的角度。

e.然後從從原點開始往右邊移動你剛才走過的距離，重新畫一個點。

f.從新的點上往右上方畫一條線，這條線和底邊的夾角是第二次棉線的角度。

g. 現在你的圖紙上兩條線相交於一點。用尺子量一下它到底邊的高度，然後再加上地面到你眼睛的距離，就是小哥的身高了。

注意：

如果你有算三角函數的計算器，或者已經知道了要測量的物體和你的距離，也可以不用上面的畫圖法，直接在計算器里就可以運算了。

計算公式如下：

玩法2. 測量緯度

a.在一個晴朗的夜晚，出去找北極星。北極星的找法參照下圖：

b.拿著我們做好的傾斜儀對著北極星看，棉線在量角器上的角度就是你所在的緯度。

實驗原理

傾斜儀測量物體高度的方法叫做三角測量法。

三角測量法只需要運用三角學的知識、兩地的距離，和物體在兩地的高度角，就能輕鬆算出物體的高度了。

公元263年，劉徽測量一個海島的高度的方法。

從古時候起，人們就用三角測量法測量山和建築物的高度。在現代，三角測量法在航海、導航、測繪等許多工程領域都有應用。

就連引力波波源和地球的距離，也是用三角測量法完成的呢。

兩個併合的黑洞發出的引力波，經過了地球上的3個引力波測量站。

利用三角測量法，可以計算兩個黑洞的位置。

傾斜儀是一種古老的定位和測量工具。在古時候，如古希臘時代和中世紀，人們就用一種更加精密、複雜的傾斜儀——星盤來確定緯度。

18世紀波斯（今伊朗）製造的星盤

星盤的使用方法和傾斜儀是一樣的

至於為什麼用傾斜儀就能測量你所在的緯度，原理其實非常簡單。

我們不直接公布答案，給你幾個提示，你能在留言區回答嗎？

提示1：緯度的定義如下圖，圖中φ就是緯度值：

λ是經度，φ是緯度

提示2：北極星永遠指著北方。在緯度為90度的北極，北極星正好在你的頭頂，也就是說它和地面的夾角為90度。

北極星離太陽系非常非常遠。因此不管在任何季節，北極星永遠指著北方

親愛的小夥伴們，

你有沒有嘗試「傾斜儀」？

想讓更多小夥伴看到你的作品？

可以把你拍到的照片發給我們哦~

你也可以把孩子的小名

一起發過來展示在我們推送中。

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讀者投稿

格諾

圖片及參考資料來源：Alamy Stock Photo, wikipedia, Aplanetruth.info

https://nrich.maths.org/5382

https://www.theguardian.com/science/2017/sep/27/new-gravitational-wave-detection-shows-shape-of-ripples-from-black-hole-collision-ligo-virgo

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