Определение диаметра и высоты дерева

Диаметр дерева определяется мерной вилкой на высоте-груди (1,3м). Для правильного обмера диаметра ствола мерная вилка должна касаться ствола, а ее ножки следует держать перпендикулярно оси ствола (Рисунок А). Отчет по линейке нужно производить тогда, когда вилка еще не снята со ствола. Более точные данные о диаметре ствола получают как среднее из замеров в двух перпендикулярных направлениях (если ствол сильно отличается от круга).

Рисунок А. Измерение диаметра дерева

1 – правильно; 2 - неправильно

Высота дерева определяется разными способами, в том числе применением подручных средств для выявления соотношения роста человека и высоты дерева. Но более точные данные получаются при определении высоты мерной вилкой и высотомером. При работе мерной вилкой , отойдите от дерева на расстояние примерно равное его высоте так, чтобы хорошо была видна вершина дерева. Измерьте рулеткой расстояние от точки наблюдения до ствола дерева с точностью до 1 м. После этого отодвиньте стойку вилки на столько сантиметров, сколько метров было отмерено от дерева до наблюдателя, и закрепите ее стопором. Неподвижную ножку по нижнему краю визируйте на вершину дерева. В это время отвесная нить покажет деление на подвижной стойке. Этот отсчет в сантиметрах покажет высоту дерева в метрах от уровня глаз наблюдателя до вершины. К полученной высоте надо прибавить рост наблюдателя, до глаз (см. рисунок Б). При определении высоты дерева высотомером надо отмерить от дерева 10 или 20 метров. Удерживая маятниковый высотомер в правой руке, надо визировать его на вершину дерева так, чтобы она была в центре кружка трубки. При этом указательным вальцам левой руки нажимаем на гайку оси маятника высотомера. При наведении трубки на вершину дерева (в момент остановки маятника) палец левой руки снимается с гайки - стопорная пружина зажимает стрелку маятника. После этого надо сделать отсчет по 10-или 20-метровой шкале, в зависимости от того, на каком расстоянии от дерева измерялась его высота. Деление на шкале высотомера покажет высоту дерева от вершины до уровня глаз наблюдателя, поэтому к полученному отсчету надо прибавить рост наблюдателя (см. рисунок Б). Перед измерением высоты дерева надо проверить исправность высотомера. В горизонтальном положении визирной трубки маятник должен находиться на нуле. Гайка фиксатора при, нажатии не должна мешать стрелке свободно передвигаться.

Рисунок Б. Измерение высоты дерева высотомером и мерной вилкой.

В лесном хозяйстве используются и другие типы высотомеров. Часто встречается высотомер со шкалой, встроенной внутри визирной трубки. Отмерив 10 или 20 метров от дерева и наведя визирную трубку на его вершину, сразу можно внутри визирной трубим увидеть высоту дерева (до глаз наблюдателя).

Пример практической работы по определению высоты и диаметра.

Задание. Определение объема растущего дерева.

Цель. Научиться определять высоту и диаметр дерева, а также площадь поперечного сечения и объём ствола.

Оборудование . Высотомер, мерная вилка, приспособле­ния для измерения высоты дерева, рулетка, рабочая тетрадь, справочник таксатора или лесничего.

Ход работы .

1.Работа проводится во взрослом насаждении пришкольного участка или (при отсутствии такого насаждения) в окрестностях школы.

В нём подбирается де­рево, объем которого необходимо определить.

2.В рабочей тетради опишите окружающую дерево обстановку.

3.Подготовьте мерную вилку к работе. При отсутствии на мерной вилке разметки для определения высоты их можно сделать самостоятельно:

а) найти на конце неподвижной стойки (5-8 см от конца) небольшое от­верстие,

б) на подвижной ножке напротив отверстия провести черту с обозначением нуля,

в) нанести в обе стороны от нулевого штри­ха сантиметровые де­ления. С левой стороны от ну­ля штрихи наносятся с наклоном влево, а с правой стороны - с наклоном вправо.

г)закрепить нить с отвесом в отвер­стии неподвижной стойки.

4.Определите высоту дере­ва мерной вилкой и высотоме­ром (технология описана в пособии )

5. С помощью мерной вилки измерьте диаметр ствола на вы­соте груди (не допускайте ошибок ). При измерениях длины, диаметра допустимы погрешности в пределах ±10% при учете запасов леса на корню. Если погрешности превышают установ­ленные нормы, то они считаются грубыми ошибками.

6. Вычислите площадь поперечного сечения по величи­не этого диаметра, используя формулу:

где g - площадь сечения, м 2 ; d - диаметр, м.

7.Вычислите объем ствола исследуемого вами дерева по формуле:

где h - высота (длина) ствола, м.

8.Сравните объёмы нескольких деревьев.

Случается так, что на заднем дворе или в лесу поблизости растет дерево, которое вполне годится для заготовки, или вас попросту интересует его высота. И многие в этом случае будут задаваться вопросом: как определить высоту дерева, но при этом не производить с деревом никаких манипуляций, и, в том числе, не залезать на него. На самом деле, существует несколько способов, которые одинаково хорошо подходят для измерения высоты дерева, и при этом достаточно точно.

Первый способ состоит в сравнении размеров теней и вычислению пропорции. Для этого необходимо стать рядом с деревом в солнечную погоду, чтобы видеть тень дерева и свою тень, и таким образом, измерить размер теней. Зная свой рост, вы сможете легко вычислить высоту дерева.

Например, ваш рост 170 сантиметров. Ваша тень будет примерно 120 сантиметров. Тень дерева, например, будет 320 сантиметров. Значит, вам нужно решить следующую пропорцию: длину вашей тени разделить на ваш рост и приравнять к отношению деления тени дерева на неизвестное значение. Таким образом, получится: 120:170=320:x. В данном случае x = 170*320:120 = 453 сантиметра. Это будет приблизительное значение, но нам его вполне достаточно.

Вторым методом получения высоты дерева может получиться измерение его по относительной величине. Так, если рядом с деревом станет ваш друг или родственник, а вы возьмете карандаш и отойдете на определенное расстояние, то посмотрите на карандаш на вытянутой руке. При этом карандаш должен казаться такого же размера, как и дерево. Затем расположите карандаш на фоне вашего друга. После этого измерьте по карандашу рост вашего друга на расстоянии. Таким образом, если карандаш имеет длину 22 сантиметра и дерево одного размера на расстоянии, то рост вашего друга, например, будет равен семи сантиметрам, а его реальный рост - 168 сантиметров. В этом случае мы также получаем пропорцию: 7:168=22:х. Решив ее, получаем, что высота дерева равняется 528 сантиметров, что чуть больше пяти метров.

Кроме этих двух методов существуют и другие способы измерения высоты. Для реализации некоторых методов, например, требуется знание тригонометрии и использование измерителя углов. Например, если поставить друга на определенном расстоянии от дерева, и взглянуть сбоку, то можно мысленно провести линии от земли до верхушки дерева через голову друга. Измерив получившийся угол, можно вычислить высоту дерева.

Как видите, вычисление высоты дерева не занимает много времени и не требует сложных или опасных манипуляций. Для этого всего лишь нужно знать, как решить пропорцию, а также, как измерить относительные величины. А используемые методы можно использовать не только для измерения высоты деревьев, но и любых других высоких предметов, например, зданий, гор, столбов и так далее.

Использование задач практического характера в процессе изучения математики является одним из эффективных способов повышения интереса к предмету и активизации учебной деятельности школьников.

Развитие математических идей, в большинстве случаев, начинается с решения конкретных задач, и поэтому множество задач практического характера можно найти, изучая историю математики, биографии великих математиков.

Изучая историю математики, мы узнали, что проблема измерения высоты предметов возникла примерно в 6-5 веках до нашей эры, но была успешно разрешена древнегреческим мыслителем Фалесом Милетским. Он измерил высоту пирамиды, которая является одним из высоких сооружений того времени.

Здание Орловской средней школы Тарского района является одним из самых высоких в селе Орлово, поэтому всегда был актуален вопрос о высоте здания и способах ее измерения.

Объектом исследования нашей работы является здание школы.

Предметом исследования – высота школы и способы её измерения. Цель: определить высоту здания школы. Задачи: 1. рассмотреть разные способы измерения здания;

2. найти наиболее простой способ измерения высоты

(с ошибкой не более 10%);

3. сопоставить точность разных методов.

Методы исследования:

1. обобщение научной литературы; 2. практическая работа на местности; 3. использование технических средств.

Глава I. Способы определения высоты предмета

Все способы измерения высоты здания подразделяются на физические и геометрические.

В качестве наиболее простого геометрического способа предлагается следующий: измерить высоту одного этажа и умножить на количество этажей, однако гарантии того, что высота всех этажей одинакова нет.

Более распространенным способом является метод, с помощью которого еще Фалес, по преданию, измерил высоту египетских пирамид. Когда жрецы, желая испытать Фалеса, предложили учёному измерить высоту пирамиды, он дождался, когда длина его собственной тени стала равна его росту, и в этот момент измерил длину тени, которую отбрасывала пирамида. Эта измеренная длина тени и равна высоте пирамиды.

Итак, в солнечный день можно определить высоту предмета по его тени, руководствуясь следующим правилом: высота измеряемого предмета во столько раз больше высоты известного вам предмета (палки, удочки), во сколько раз тень от измеряемого предмета больше тени от палки, удочки.

Если при измерении окажется, что тень от палки или удочки в 2 раза больше длины палки или удочки, то высота измеряемого предмета будет в 2 раза меньше длины его тени, а если тень от палки или удочки будет равна их длине, высота измеряемого предмета также равна высоте своей тени.

При помощи равнобедренного треугольника.

Приближаясь к предмету (например, к дереву) или удаляясь от него, установить треугольник у глаза так, чтобы один из его катетов был направлен отвесно, а другой совпал с линией визирования на вершину дерева. Высота дерева будет равняться расстоянию до дерева (в шагах) плюс высота до глаз наблюдателя.

По шесту. Взять шест, равный своему росту, и установить его на таком расстоянии от предмета (дерева), чтобы лёжа можно было видеть верхушку дерева на одной прямой с верхней точкой шеста. Высота дерева будет равна расстоянию от головы наблюдателя до основания дерева.

При помощи высотомера со стрелкой. Изготовив прибор по данному чертежу, можно приступить к определению высоты какого-либо предмета. Находясь на различном расстоянии от предмета, надо следить, чтобы при визировании вершины дерева показания стрелки не выходили за пределы шкалы. При визировании следует приложить глаз к отверстию сбоку прибора и, наклонив прибор, добиться, чтобы вторая визирная точка (угол на другом конце прибора) совпала с вершиной визируемого предмета. Стрелка укажет число, на которое следует умножить расстояние до предмета, чтобы получить его высоту. К этому прибавляется высота прибора во время визирования.

При помощи лужи. Если недалеко от дерева находится лужа, надо стать так, чтобы она помещалась между вами и предметом, а затем при помощи горизонтально положенного зеркальца найти в воде отражение вершины дерева (рис. 5). Высота дерева, будет во столько раз больше роста человека, во сколько раз расстояние от него до лужи больше, чем расстояние от лужи до наблюдателя.

При помощи воздушного шарика. Можно запустить рядом с предметом воздушный шарик и засечь время его подъема до уровня верхней точки. Нужно только независимо и достаточно точно измерить скорость подъема такого шарика и быть уверенным, что во время полета его не сдует в сторону какой-нибудь шальной порыв ветра.

Еще можно высоту подъема определить по барометрической формуле – так, как определяют высоту своего полета на всех самолетах.

Или, с помощью длинной верёвки, скинув её с максимальной точки предмета.

Это только некоторые способы измерения высоты предмета. Мы думаем, что возможно решить нашу проблему и при помощи фотографии, на которой изображён измеряемый предмет и мерка. Что если найти отношение реальной длины мерки к длине мерки с фотографии, затем полученный результат умножить на длину измеряемого предмета с фотографии? Может быть, мы получим более точный результат.

Измерение высоты школы

Из всех перечисленных способов измерения высоты предмета, мы решили применить на практике – определение высоты школы по её тени, с использование шеста, а также решили проверить и свой способ, то есть использовать фотографию здания.

1. Измерение высоты школы по её тени

В один из солнечных дней мы решили измерить высоту нашей школы способом Фалеса Милетского, то есть по длине тени, отбрасываемой зданием.

В качестве мерки мы взяли одного из обучающихся нашей школы. Его рост равен 1,6 м. Измерив, его тень мы получили результат – 6,6 м. Далее нашли длину тени от школы, она равна 30,5 м. Отношение длины тени от здания к длине тени от мерки равно 30,5:6,6=4,6212121. Умножив высоту мерки на результат отношения, получим 1,6*4,6212121=7,39393=7,4(м). Итак, высота школы приближённо равна 7,4 метра.

Посмотрев технический паспорт здания Орловской средней школы, мы выяснили, что реальная высота здания 7,05 метра.

Ошибка нашего измерения составляет примерно 5%.

2. Измерение высоты школы с помощью шеста.

Для реализации второго способа мы взяли шест, равный росту того же обучающегося, и установили его перпендикулярно на таком расстоянии от здания школы, что лёжа было видно верхнюю точку ребра здания. Измерили расстояние от головы до основания здания. Оно оказалось равным 7,7 метрам, значит и высота школы тоже равна 7,7 метрам.

В этом случае ошибка измерения приближённо равна 9%.

3. Измерение высоты школы по её фотографии.

Чтобы измерить высоту школы по её фотографии нам снова понадобилась мерка, в качестве которой мы взяли автора нашей работы – Алексея, который и предложил данный способ измерения высоты предмета. Алёша встал вплотную к зданию школы, и мы сделали несколько снимков, затем выбрали лучший. Далее мы измерили реальный рост Алёши (мерки), он равен 160 см, а высота мерки на фотографии - 3,9 см.

Нашли отношение роста Алёши к высоте мерки на фотографии, получили: 160/3,9=1600/39 (на 1 см – фотографии).

Высота школы на фотографии равна-18,4 см, значит, настоящая высота здания находится как произведение отношения роста к высоте мерки на фотографии и высоты школы на фотографии, то есть 1600/39*184/10=29440/39=754,87179=755 (см)=7,6 (м).

Итак, высота школы приближённо равна 7,6 метрам.

Ошибка этого измерения приближённо равна 8%.

Заключение.

Мы рассмотрели разные способы измерения высоты здания, описанные в научной литературе, и предложили свой способ измерения с помощью фотографии. Реализовали на практике 3 способа: измерение высоты здания с помощью тени, с помощью шеста и с помощью фотографии.

Для нас наиболее простым и приемлемым оказался способ измерения высоты здания с помощью шеста, так как занимает мало времени и минимум приспособлений для решения проблемы.

Измерение высоты здания с помощью тени не всегда выполнимо, так как необходима солнечная погода.

Измерение высоты здания с помощью фотографии решает нашу проблему, но требует специальные технические средства: цифровой фотоаппарат, компьютер, принтер. Из всех опробованных методов, наш оказался на втором месте по точности.

Итак, погрешность измерения этими способами - разная. Наиболее точным оказался способ измерения высоты здания с помощью тени.

Таким образом, поставленные задачи выполнены, и цель работы достигнута.

В дальнейшем мы планируем продолжить работу в этом направлении, рассмотреть другие способы измерения высоты здания.

Тема: «Определите высоту дерева, не влезая на него»

Способ 1. «На глаз»

Оборудование: измеряемое дерево; все участники эксперимента (3 учащихся + руководитель); метровая линейка.

Выполнение эксперимента:

1) Установили линейку рядом с деревом вертикально.

2) Предложили всем участникам определить высоту дерева на глаз

3) Определили среднее арифметическое высоты дерева.

Результат: 9,32 м

Способ 2. «Воздушный шарик»

Оборудование: измеряемое дерево; воздушный шарик , наполненный гелием; длинная лёгкая нить; человек; рулетка.

Выполнение эксперимента:

1) Привязали к шарику длинную нитку и выпускали ее постепенно до тех пор, пока шарик не поднимется до верхушки дерева.

2) Сделали на нитке узелок.

3) Вернули шарик, измерили длину выпущенной части нитки.

Результат: 10,3 м

Способ 3. «Длина тени»

Оборудование: измеряемое дерево; человек; рулетка; Солнце.

Выполнение эксперимента:

1) 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. Так как 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.

2) По формуле: H = hL / l

(L – длина тени дерева, l – длина тени человека, h – высота человека) вычислили высоту дерева.

Результат: 10,49 м

Способ 4. «Лужа»

Оборудование: измеряемое дерево; лужа, образовавшаяся после дождя, или налитая вода на землю (тогда к оборудованию добавляется вода в ёмкости); человек; рулетка.

Выполнение эксперимента:

1) Нашли лужицу.

2) Встали около нее так, чтобы она помещалась между нами и деревом.

3) Нашли точку, из которой видна отраженная в воде вершина дерева. Дерево (Н ), будет во столько раз выше нас (h ), во сколько расстояние от него до лужицы (L ) больше, чем расстояние от лужицы до нас (l ).

4) По формуле: H = hL / l вычислили высоту дерева.

Результат: 10,53 м

Способ 5. «Шест»

Оборудование: измеряемое дерево; длинный шест или прямая палка; человек; рулетка.

Выполнение эксперимента:

1) Воткнули шест отвесно в землю так, чтобы выступающая часть была равна нашему росту.

2) Легли на землю так, чтобы, упираясь ногами в шест, мы видели верхушку дерева на одной прямой линии с верхней точкой шеста. Так как треугольник Авс – равнобедренный и прямоугольный, то угол А = 450 и, следовательно, АВ = ВС, т. е. искомой высоте дерева.

Результат: 10,8 м

Способ 6. «Треугольник с углом 45 градусов»

Оборудование: измеряемое дерево; треугольник с углом 45 градусов; человек; рулетка.

Выполнение эксперимента:

1) Держа треугольник вертикально, отошли от дерева на такое расстояние, при

котором, глядя вдоль гипотенузы, мы могли увидеть верхушку дерева. Высота дерева от уровня глаз до верхушки (BC ) равна расстоянию от дерева до человека (AC )

2) Измерили расстояние АС.

3) Прибавили к полученному числу свой рост (до уровня глаз).

Результат: 11,6 м

Вывод: Результаты различных экспериментов отличались, что и ожидалось.

Все данные занесли в таблицу:

Можно сделать вывод, что высота дерева будет около 10,5 м

Самыми простыми и доступными способами считаем «Воздушный шарик» и «Треугольник». Некоторые требуют специальных погодных условий, но нам повезло, потому что один день было Солнце, другой день дождь.

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.