Как измерить высоту дерева без измерительных приборов. Измерение высоты дерева с помощью его тени

Разное 21.02.2019

Разное

Необходимо в солнечный день выбрать час, когда длина его собственной тени будет равна его росту. Чтобы воспользоваться тенью для решения задачи, необходимо знать некоторые геометрические свойства треугольника, – именно следующие два:

1) Углы при основании равнобедренного треугольника равны, и обратно – что стороны, лежащие против равных углов треугольника, равны между собою;
2) сумма углов любого треугольника равна 180 0 (т. е. двум прямым углам)

В солнечный день можно воспользоваться любой тенью. Измерив длину шеста (ав) и длину его тени (вс). Затем вычисляют искомую высоту из пропорции: АВ: ав = ВС: вс.

Измерение высоты дерева 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.

7. Измерение высоты дерева 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.4). Высота дерева, будет во столько раз больше роста человека, во сколько раз расстояние от него до лужи больше, чем расстояние от лужи до наблюдателя.

Измерение высоты дерева при помощи фотографии.

Возьмём фотографию, на которой изображён измеряемый предмет и мерка. Найдём 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 дерева на глаз (глазомерно).

Глазомерно – это самый простой и быстрый способ. Главное в нём – тренированность зрительной памяти и умение мысленно откладывать на местности хорошо представляемую постоянную меру (50, 100, 200, 500 метров). Закрепив в памяти эти эталоны, нетрудно сравнивать с ними и оценивать расстояния на местности.

суть: предложить как можно большему числу людей оценить высоту дерева на глаз, установив рядом с деревом вертикально метровую линейку.

С помощью воздушного шарика

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 выталкивать ее постепенно вверх до тех пор, пока шарик не достигнет верхушки дерева
2) сделать на нитке отметку (например, узелок).

3) вернуть шарик вниз, измерить длину выпущенной части нитки.

Метод «Карандаш»

Оборудование: карандаш (пли 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.

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.

2.2. Выбор оптимальных способов определения высоты дерева.

Обсудили все 11 методов определения высоты дерева. Среди них есть как физические, так и геометрические методы. Отобрали физические методы, применимые к осенним погодным условиям:

с помощью шеста (способ № 2.1.), равнобедренного треугольника (№ 6), фотографии (№ 8), глазомерно (№ 9), используя метод «карандаш» (№11).

Прямые методы определения линейных расстояний

Точные измерения производятся с помощью мерной рулетки или стальной ленты, длиной 10 или 20 метров. Иногда, применяют длинный шнур (в виде толстого провода), на котором ставятся метки: белые - через каждые 2м и красные - через 10м, с закреплёнными, на концах, шпильками (стальными штырями или деревянными кольями). Важно, чтобы измерительные приспособления не растягивались и были точно отмерены, выверены по эталону.

При обмерах полей и промеров по извилистым контурам, на местности, до сих пор применяют полевой землемерный циркуль-измеритель «Ковылёк» ("двухметровка", старое название - ), в виде буквы А. Это раскладывающаяся деревянная вилка, с постоянным раствором ножек, равным 2 метра.

Во время работ по топографической съёмке местности - ведут журнал измерений, составленный по стандартной форме, куда сразу заносятся номера точек стояния и результаты текущих измерений. Дополнительно, составляют, от руки - абрис (схематический чертёж снимаемой, в данный момент, местности).

Приблизительные, грубые измерения с невысокой точностью, производят шагомерно - парами своих шагов (равных, примерно, вашему росту, минус 10-20 сантиметров, в зависимости от темпа ходьбы, степени пересечённости местности и угла наклона земной поверхности). Результаты счёта - последовательно заносятся, записываются в блокнот, в виде таблицы данных для дальнейшего пересчёта пройденных дистанций и отрезков пути в метры.

Дистанционные визуальные методы определения расстояний

Дистанционно-визуальные способы измерений длин - они применяются в тех случаях, когда существует непреодолимая преграда, препятствие (река, болото, озеро, глубокий овраг, горное ущелье), но сохраняется прямая видимость, достаточная для производства измерений.

Ширину реки можно определить геометрическим глазомерным способом, путём построения вдоль её берега двух равных прямоугольных треугольников. Выбрав на противоположном берегу (в направлении, перпендикулярном руслу) какой-нибудь заметный предмет "А" (дерево, большой камень и т.п.), расположенный у самой кромки воды, вбивают напротив него колышек "В" (рисунок 1). Вдоль берега, перпендикулярно к линии АВ, отмеряют рулеткой или шагами, например 20м и вбивают колышек "С". На продолжении линии ВС в расстоянии, равном также 20 м, вбивают еще один колышек "Д". От колышка "Д" в направлении ДЕ, перпендикулярном (направления задаются при разведении рук в стороны и сведении их ладонями, прямо перед собой или с помощью крестообразного эккера) к линии ДВ, надо идти от реки до тех пор, пока колышек "С" не окажется на одной линии с предметом "А". Так как треугольники ABC и ЕДС абсолютно и полностью равны, то ширина реки будет равна расстоянию ДЕ минус ВК (интервал до уреза воды). Если плечи ДС и СВ не равны (нет возможности пройти вдоль берега; мешают густые заросли), то AB = DE*BC/CD

Определить ширину реки можно и не отходя от воды, построением на местности прямоугольного равнобедренного треугольника АДВ (рис. 2). Построив на точке "А" прямой угол, отходят в направлении АС до такой точки "Д", из которой предмет "В" будет засекаться под углом 45° (в этом случае, АВ=АД). Для разбивки углов применяется самодельный крестообразный эккер (в виде квадратного листа бумаги с загнутыми, кверху, уголками или, установленной на подставку, плоской деревянной крестовины с четырьмя вбитыми, по квадрату, шпильками), с помощью которого строят углы 45° и 90° от ходовой линии (основной магистрали). На точке "А", для лучшей её видимости при расстановке вешек в створе, ставится хорошо заметный "макет" (например, крепится белый лист бумаги, обращённый в сторону пункта "Д").

Экспресс-метод, без установки эккера на штативе - две перекрещенных прямых веточки, одинаковой длины, держать горизонтально на уровне глаз так, чтобы одна ветка была параллельна течению реки и направлена на точку "А" (смотреть, прикрыв один глаз). Тогда, линия угла-сорокапятки, проходящая через концы веточек - смотрится-визируется закрыв другой глаз и слегка наклонив голову. Можно визировать и с помощью шкалы компаса или циферблата наручных часов (в качестве направляющей можно использовать измерительную линейку, прикладывая её ребром через центр лимба).

Имея возможность провести на местности триангуляцию (померить угломером или по лимбу компаса) и (в полевых условиях, это возможно проделать без калькулятора и точных , при помощи транспортира, линейки и циркуля), можно визировать под любым углом, а затем - считать по формуле:
АВ = АД * tg АДВ.

Если угол равен 45 градусов, тогда tg(45°)=1 и, соответственно, АВ=АД
tg(64°) = 2 и АВ=АД*2
tg(72°) = 3 и АВ=АД*3

Рис.2

Достаточно точно ширина реки может быть установлена способом прямой засечки (рис. 3). Для этого на противоположном берегу выбирают приметный предмет "С", а вдоль берега, на котором находится исследователь, прокладывают базис АВ и измеряют длину его. Из точек "А" и "В" делают засечки на точку "С", т. е. измеряют углы CAB и ABC. Построив с помощью мерной линейки и треугольник ABC, можно получить в принятом для базиса АВ масштабе искомую ширину реки.

Тем же способом ширина реки может быть определена и без непосредственного измерения углов CAB и ABC, с помощью графических засечек на планшете. Надо отложить на бумаге длину базиса AB в выбранном масштабе, затем из концов базиса, ориентировав, стоя на угловых точках, планшетку, прочертить направления на какой-нибудь видимый предмет "С" противоположного берега. Тогда, ширину реки можно определить графически - на чертеже, пересчитав по его масштабу.

Рис.3

Весьма прост и удобен приближенный прием определения ширины реки при помощи травинки или нитки. Стоя на берегу реки в точке "А", замечают на противоположном ее берегу два приметных предмета (например лодку В и дерево "С"), расположенных близ уреза (рис. 4). Затем, взяв травинку (нитку) за ее концы вытянутыми перед собой руками, замечают ее длину "d", которой закрывается промежуток ВС между выбранными предметами (смотреть надо одним глазом). Затем, сложив травинку пополам, отходят от реки до тех пор (точка "D"), пока промежуток ВС не будет закрыт травинкой. Пройденное расстояние AD будет равно ширине реки.

Рис.4

Существует и такой, самый быстрый, но весьма приближённый способ определения ширины реки - закрывают правый глаз и направляют поднятый вверх большой палец вытянутой горизонтально руки (рис. 5) в направлении приметного предмета "А" противоположного берега. Затем, поменяв открытый глаз (так появляется стереоскопический эффект в виде стереопары изображений из двух различных точек наблюдения), замечают, что палец как бы отскочил вбок от наблюдаемого предмета в точку "В". Оценив на глаз расстояние АВ, в метрах (предполагая, примерно, высоту или ширину предметов), и умножив его на 10, получают примерную ширину реки. Человек при таких измерениях - выступает как стереофотограмметрический прибор.

Рис.5

Высота дерева определяется как вертикальное расстояние между наиболее высокой точкой кроны и поверхностью земли. Она отличается от длины дерева, которая представляет собой длину ствола от поверхности земли до вершины дерева (Рис. 1). Измерения следует по возможности проводить с точностью до 0,1 м, хотя этот уровень точности не может быть достигнут для крупных деревьев.
Рекомендуется отмечать место (например, расстояние от дерева и азимут) с которого проводится измерение, чтобы проводить все последующие измерения с той же позиции. Эти же точки измерения можно выметить в натуре на земле. Хотя считается, что условия обозреваемости могут меняться через 10-20- лет (рост подроста, развитие крон...), эта процедура является одним из способов ограничения ошибок измерения.

Рис.1: Высота и длина дерева.

Совет : в некоторых случаях (например, оттирание периферических побегов, побегов поросли) верхушкой считают самую высокую "живую" почку кроны. Хотя зимой не так просто увидеть вершину дерева во время измерений высоты листопадных видов, но это
позволит отличить вершину от сухих мертвых ветвей, которые весной обычно отламываются.
Совет : Для наклоненных деревьев рекомендуется измерять высоту перпендикуляра от
самой верхней точки кроны до земли в направлении наклона дерева.
Совет : В случае, когда насаждение располагаемся на склоне (> 6°), рекомендуется измерять
высоту дерева на уровне основания дерева (той же высоте над уровнем моря) или выше.

2 способ

Измерение проводят вдвоём. Один человек становится рядом с деревом, а другой, с хорошим глазомером, отойдя на некоторое расстояние, чтобы охватить взглядом, всё дерево от комля до вершины, «откладывает» на глаз, сколько человек данного роста «укладывается» по всей длине ствола. При этом рациональнее каждый раз откладывать расстояние, вдвое больше, чем предыдущее, т.е. мысленно отложить сначала высоту двух «человечков», затем прибавить к ним ещё двух, затем – ещё четырёх, затем ещё восьми и т.д. (т.е. по схеме 1 – 2 – 4 – 8 – 16). С точки зрения человеческого глазомера это проще и точнее. Зная рост «человечка» можно подсчитать высоту дерева.

3 способ

Измерение высоты дерева при помощи тени
В солнечный день для определения высоты дерева можно воспользоваться отбрасываемой им тенью. Измерив свою тень или тень какого-нибудь шеста, вы можете вычислить искомую высоту из пропорции АВ:аb = ВС:bс

так как 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 AВС и abc (по двум углам).
Самый точный из непрямых способов, - используется в солнечную погоду. Точно измеряется тень от стоящего человека, чей рост известен. Далее замеряется тень от исследуемого дерева. В густом лесу, когда тень того или иного дерева и, особенно, его вершины найти затруднительно, можно порекомендовать следующим способом. Отойти от дерева таким образом, чтобы взгляд человека (голова), вершина дерева и солнце лежали на одной линии, после чего найти на земле тень от собственной головы – это и будет тень от вершины дерева. Остаётся только замерить расстояние между этой точкой и основанием дерева и определить высоту дерева по пропорции: длина тени человека/его рост – длина тени дерева/его высота.

II.4. 3. Методика определения возраста дерева

Точный возраст многовековых деревьев определить очень трудно. Поэтому для таких деревьев принято говорить о размерах окружности и диаметра их ствола. Зависимость окружности ствола от возраста так же очень относительна и зависит от тех природных условий, в которых произрастает дерево.
Возраст векового дерева определяется по простой формуле:
L = k·c,
где L - возраст дерева,
к - коэффициент,
с - длина окружности стола дерева (обхват) на высоте 1,3 метра от поверхности земли. Для сосны коэффициент - от 0,7 до 1,5 на сухом скальном грунте.

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

Районная учебно – исследовательская конференция школьников

«Первые шаги»

Секция: физика, математика

Тема: «Определение высоты дерева различными физическими способами»

Работу выполнил:Дмитриев Игорь, учащийся 7 класса

Руководитель: Смирнова Светлана Николаевна, учитель физики

Холм 2014 г.

C одержание

Введение…………………………………………………………………3 – 4 стр.

Основная часть

1. План эксперимента……………………………………………………5 стр.

2. Описание эксперимента……………………………………………….5 стр.

2.1. Поиск различных способов определения высоты дерева,

не срубая его и не влезая на него……………………………………......6-13 стр.

2.2. Выбор оптимальных способов определения высоты дерева……....13 стр.

2.3. Изготовление приборов и сбор подручных средств

для проведения эксперимента……………………………………………..13 стр.

2.4. Проведение эксперимента…………………………………………13-16 стр.

2.5. Анализ результатов, их обоснование,

формулировка выводов…………………………………………………16-18 стр.

Заключение…………………………………………………………………19 стр.

Список использованной литературы……………………………………20 стр.

Введение

Использование различных приборов, механизмов и приспособлений в наше время значительно упрощает жизнь современных людей. Но иногда возникают ситуации, когда нет возможности применить технические средства. Например: часто туристам требуется определить расстояния на местности, оценить размеры предметов для того, чтобы быстро превратить прибрежное дерево в мостик через быструю речку (если, конечно, речь идет не о заповедной зоне или чьем-то участке). Как правило, они не кладут в свои рюкзаки высотомеры. Хотя, казалось бы, уж им эти приборы крайне необходимы.

Но в этом и состоит суть экстремальных увлечений, что они позволяют получать удовольствие от собственных побед - над ленью, обыденностью, интеллектуальной зависимостью от кем-то придуманных технических устройств. Почувствовать себя опытным следопытом или разведчиком может каждый. Стоит только этого захотеть и постараться абстрагироваться от стереотипов. В частности, определить, достаточно ли высоты дерева, чтобы оно, упав, могло перекрыть речку, можно с помощью предметов, которые всегда есть под рукой.

Измерение ширины реки, высоты предмета и определение расстояния до какого – либо объекта часто применимо в нашей повседневной жизни. Выбранная тема актуальна тем, что появляется возможность узнать, как без каких-либо сложных технических устройств можно определить расстояние до недоступных точек. Например, измерить высоту столба, дерева в походе, церкви, зданий, ширину реки, оврага, глубину рек и т.д. Видна в теме практическая значимость.

Проблема: Как определить высоту дерева, не срубая его и не влезая на него?

Гипотеза: С уществуют различные способы измерения объектов без специальных измерительных приборов.

Цель эксперимента : определить высоту дерева различными физическими способами без специальных приборов.

Объект исследования : дерево (ель) и здание школы.

Предмет исследования – высота дерева и способы её измерения.

Задачи:

1. Найти всевозможные способы определения высоты дерева без измерительных приборов, не влезая на него и не срубая его.

2. Отобрать наиболее приемлемые и простые способы определения высоты деревьев.

3. Экспериментально проверить использование различных способов определения высоты предмета.

4. Сопоставить результаты исследований и найти наиболее точный способ определения высоты предмета.

Методы исследования:

1.Изучение литературы и ресурсов Интернет

2. Эксперимент

3.Использование технических средств

4. Сравнительный анализ.

Основная часть

План эксперимента.

План эксперимента

Срок

С помощью различных литературных и Интернет источников найти различные способы измерения высоты дерева, не срубая его.

Выбрать оптимальные способы определения высоты дерева, обсуждение их точности и выполнимости.

Изготовление приборов и сбор подручных средств для проведения эксперимента.

Проведение эксперимента, используя 2 – 3 различных способа (для точности результатов)- экскурсия.

Выполнение расчетов полученных измерений.

Сравнительный анализ результатов, их обоснование, формулировка выводов.

Проверка данных измерений (определение высоты здания школы теми же методами)

Сравнительный анализ данных, определение более точного метода для расчёта высоты объектов

Оформление проекта.

2. Описание эксперимента

2.1. Поиск различных способов определения высоты дерева, не срубая его и не влезая на него.

Проанализированы различные источники: энциклопедии, Интернет, исторические книги, учебники геометрии, географии, астрономии, физики, журналы и газеты по математике и определены основные способы измерения высоты дерева, не срубая его и не влезая на него.

1. Измерение высоты дерева с помощью «высотомера»

Необходим булавочный прибор для измерения высот - «высотомер».

Использование высотомера: Отойдя от измеряемого дерева, держать прибор так, чтобы один из катетов треугольника был направлен отвесно, для чего можно воспользоваться нитью с грузом, привязанной к верхней булавке. Приближаясь к дереву или удаляясь от него необходимо найти такое место, из которого глядя на булавки а и с нужно увидеть, что они покрывают верхушку дерева С : это значит, что продолжение гипотенузы ас проходит через точку С . Тогда, очевидно, расстояние аВ равно СВ , т. к. угол = 45 0 . Следовательно, измерив расстояние аВ и прибавив ВD , т. е возвышение аА над землёй, получим искомую высоту дерева.

2. Измерение высоты дерева с помощью вешки(шеста) (двумя разными способами).

2.1. Необходимо воткнуть этот шест отвесно в землю так, чтобы выступающая часть была равна нашему росту. Затем необходимо лечь на землю так, чтобы, упираясь ногами в шест, можно было увидеть верхушку дерева на одной прямой линии с верхней точкой кола. Высота дерева будет равна расстоянию от головы наблюдателя до основания дерева.

2.2. Второй способ состоит в следующем.

Взять шест выше своего роста, воткнуть его в землю отвесно на некотором расстоянии от измеряемого дерева. Отойдите от шеста назад, по продолжению Dd до того места А , с которого, глядя на вершину дерева, вы увидите на одной линии с ней верхнюю точку b шеста. Затем, не меняя положения головы, смотрите по направлению горизонтальной прямой аС , замечая точки с и С , в которых луч зрения встречает шест и ствол. Затем необходимо попросить помощника сделать в этих местах пометки, и наблюдение окончено. Остается только на основании подобия треугольников аbс и аВС вычислить ВС из пропорции

ВС: bс = аС: ас,

откуда

ВС = вс(аС/ас).

Расстояния bс. аС и ас легко измерить непосредственно. К полученной величине ВС нужно прибавить расстояние СD (которое тоже измеряется непосредственно), чтобы узнать искомую высоту дерева.

3. Измерение высоты дерева с помощью «высотомера» лесоводов.

Высотомер лесоводов . (очень удобен, если по какой- либо причине подойти к дереву невозможно)

4. Измерение высоты дерева с помощью зеркала.

5. Измерение высоты дерева с помощью его тени.

6. Измерение высоты дерева при помощи равнобедренного треугольника.

7. Измерение высоты дерева при помощи лужи.

8. Измерение высоты дерева при помощи фотографии.

9. Измерение высоты дерева на глаз (глазомерно).

10. С помощью воздушного шарика

Суть: сравнить высоту дерева с длиной подходящей нити.

Ход работы:

3) вернуть шарик вниз, измерить длину выпущенной части нитки.

11. Метод «Карандаш»

Оборудование: карандаш (пли ручка, или любая палочка), помощник, рулетка.

Ход работы:

5) измерить расстояние от ствола до места, где застыл помощник. Оно будет

равняться высоте дерева.

2.2. Выбор оптимальных способов определения высоты дерева.

2.3. Изготовление приборов и сбор подручных средств для проведения эксперимента.

Для проведения эксперимента потребуется: шест высотой выше нашего роста, рулетка, сделанный из пластика равнобедренный треугольник, цифровой фотоаппарат, принтер.

2.4. Проведение эксперимента.

2.4.1. Определили высоту ели на глаз.

В ходе эксперимента участвовало 4 человека..

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;
4) для получения среднего значения сумму измерений разделить на количество измерений.

Результат:

12,5 м.

13,0 м.

12,0 м.

14,0 м.

Среднее арифметическое:

12,88 м.

4.4.2. Определение высоты с помощью шеста.

Измерили расстояние от головы Жени, лежащего на земле, и до основания дерева. Оно стало равным 12,5 метрам .

Результат: высота дерева равна 12,5 метрам.

4.4.3. Определение с помощью равнобедренного треугольника.

Взяли равнобедренный треугольник и приложили его к глазу так, чтобы одна его сторона, была параллельна земле, а другая совпадала с верхней точкой дерева. Мы измерили расстояние от ног ученика до основания дерева (оно равно 11,06 метрам ), прибавили рост до глаз этого ученика (1,40 метра ). Оно оказалось равным 12,46 метрам .

Результат: высота дерева тоже равна 12,46 метрам.

4.4.4. Измерение высоты ёлки по её фотографии.

Чтобы измерить высоту ёлки по её фотографии мы взяли фотографию Жени Бабалова на фоне ёлки. Далее измерили его реальный рост, он равен 1,5 метрам, а высота мерки на фотографии - 1,7 см. Высота ёлки на фотографии 14,5 см. Нашли отношение роста к высоте мерки на фотографии, получили: 150/1,7= 88,24 см (на 1 см – фотографии).

Высота ели на фотографии равна - 14,5 см, значит, настоящая высота дерева находится как произведение отношения роста к высоте мерки на фотографии и высоты ёлки на фотографии, то есть 88,24 * 145 = 12,80 м

Результат: высота ели приближённо равна 12,80 метрам.

4.4.5. Метод «Карандаш»

Измерили расстояние от ствола ели до места, куда встал помощник. Оно и стало равным высоте дерева.

Результат: высота =12,6 м.

4.5. Анализ результатов, их обоснование, формулировка выводов.

Рассмотрены разные способы определения высоты дерева. Реализовали на практике 5 способов: на глаз, измерение высоты с помощью шеста, равнобедренного треугольника, по фотографии, с помощью карандаша.

Все использованные способы показались наиболее простыми и удобными, так как заняли мало времени, минимум приспособлений для решения проблемы и даже плохие погодные условия не помешали провести исследования.

Результаты получились разными.

№ п/п

Метод измерения

Высота дерева

Среднее арифметическое значение

На глаз

12,88 м.

С помощью шеста

12,5 м.

12,46 м.

Используя фотографию

12,80 м.

Метод «карандаш»

12,60 м

Ср.арифм. зн.

12,65 м

Видно, что разница между наименьшим и наибольшим значением высоты дерева составляет всего 0,38 метра. Даже с учетом того, что достаточным опытом мы не обладаем и проводили подобную работу впервые, можно утверждать - точность наших измерений высокая.

4.6. Определение более точного способа для определения высоты объекта

От работы получили удовольствие, но не удовлетворение, так как не узнали какой результат у нас более точный, и является действительным. В связи с этим, выбрали другой объект - здание школы, высоту которого мы точно знали по техническому паспорту школы.

Для определения высоты школы использовали те же физические способы, что и для определения высоты ели.

В ходе эксперимента получили следующие результаты:

№ п/п

Метод измерения

Высота здания школы

Погрешность измерений

На глаз

10 ,00 м.

1.4 м.

С помощью шеста

9,10 м.

0,5 м.

Использование равнобедренного треугольника

9,46 м.

0,86 м.

Используя фотографию

10,60 м.

2 м.

Метод «карандаш»

8,80 м.

0,2 м.

Ср.арифм. зн.

9.60 м.

Реальная высота центральной стены здания – 8,60 м.

Проанализировали результаты, рассчитали погрешность измерений, сравнили с исходными данными и пришли к выводу, что наиболее точным и действенным методом определения высоты здания школы и соответственно высоты дерева является метод «карандаш». Самым неточным способом считаем способ с помощью фотографии.

После всех расчетов пришли к выводу, что высота нашей ёлки – 12,60 м.

Заключение

Конечно, измерение высоты удаленного предмета удобнее делать, когда в наличии имеется специальное измерительное оборудование. Но не каждый раз удается предугадать ситуацию, которая может возникнуть на прогулке или в туристическом походе. Вот тогда такие простые знания пригодятся и даже помогут выйти из затруднительного положения.

В ходе выполнения работы, мы применяли различные способы измерения расстояний недоступных точек. Выбор этих способов сделали не случайно, вычисления в них доступны.

При изучении теоретического материала по этой проблеме познакомились и с другими способами определения недоступных расстояний, например, с помощью зеркала, тени и другие. К сожалению, мы ещё не обладаем геометрическими знаниями, для того, чтобы измерить расстояние данным способом. И, в связи с этим есть планы на будущие эксперименты: рассмотреть и другие способы измерения недоступных высот и расчеты произвести геометрическими способами.

Желающие попробовать определить высоту недоступного объекта могут воспользоваться нашими инструкциями.

Самым доступным и точным способом мы считаем метод карандаша. Он требует минимум оборудования и всего одно измерение.

Своей работой мы удовлетворены, очень заинтересованы, есть планы на будущие исследования, главное мы выполнили поставленные нами задачи и цель работы достигнута.

Список использованной литературы

газета: Гумеров И. Измеряем высоту // Математика №3, 2007.

газета: Каменева Т. Измерение высоты здания Пермэнерго // Физика в школе №9, 2008.

газета: Легенды истории математики // Математика №18, 2006.

Злацен Определение высоты предметов [Электронный ресурс] // (1 файл). - http://handly.ru/articles/view:ce.opredelenie-vyisotyi /.

Обущак А. Как измерить высоту главного здания [Электронный ресурс] // (1 файл). - http://www.mmforce.net/msu/heart/articles.php.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Как измерить высоту дерева без измерительных приборов. Измерение высоты дерева с помощью его тени

Определение высоты недоступного объекта

Метод статистической оценки

Оценка по фотографии

Шариковая ручка

Измерение тени

Зеркальный метод

Воздушный шарик

Рояль в кустах

Объект исследования : дерево (ель) и здание школы.

Предмет исследования – высота дерева и способы её измерения.

Задачи:

1. Найти всевозможные способы определения высоты дерева без измерительных приборов, не влезая на него и не срубая его.

2. Отобрать наиболее приемлемые и простые способы определения высоты деревьев.

3. Экспериментально проверить использование различных способов определения высоты предмета.

4. Сопоставить результаты исследований и найти наиболее точный способ определения высоты предмета.

Рекомендуем почитать

Поиск по сайту