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泰勒斯的生平軼事(三)

來源:糜可定的科學園 2009-01-14 13:28:01

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  泰勒斯另一項備受贊揚的業績是他在埃及時,測定了金字塔的高度.最早的記載出自海羅尼莫斯(Hieronymus,公元前4—前3世紀),第歐根尼援引他的話,說泰勒斯利用人的身高和影子相等時,金字塔的高也和影子相等的道理,成功地測出金字塔的高.([5],p.129.)普利尼(Pliny,公元23—79年)也有類似的記述:泰勒斯發現怎樣可以得到金字塔或者其他物體的高,他在人身和影子等長的時候去量物體的影子.普盧塔克的記載更進一步,認為是利用了相似三角形的原理.他記述尼洛克森納斯(Niloxenus)對泰勒斯所說的話:你的其他貢獻,最使他(雅赫摩斯二世)高興的是金字塔的測量.不用許多工具,僅僅在金字塔影子的端點處樹立一根桿子,借助太陽的光線,構成兩個三角形,你指出塔高與桿高之比,等于兩者影長之比.

  前一種說法原理較簡單,容易被人接受,因此可能性較大.但問題在于金字塔不是一根桿,它的底很大,底的中點不能到達,影長是難以直接量得的.歷史上沒有更詳細的記載,現在只能作一些推測.如果太陽在適當的位置,影長還是可以量出來的.以最大的胡夫(Khufu)金字塔為例,原高146.5米,底為每邊長230米的正方形.四面正對著東南西北.如果太陽位于正東、正南、正西(正北是不可能的),仰角又小于側面與底的夾角∠OMP(約等于51°52′),塔影就是一個等腰△AQB,影長應該是OQ=OM+MQ,而OM等于底邊長之半,現在只要量出MQ就行了.如果應用相似三角形的關系,下一步的工作是作比例計算.若避免用比例,可以等待太陽的仰角為45°時(即桿長與影長相等時)再量MQ,這時OQ就是塔高.

  這種可能性是存在的.比方,每天正午(太陽在正南方)定時觀測桿影,不難發現秋分以后影子逐漸增長,到了某一天,影長和桿長相等,這時太陽既在正南,仰角又是45°.如選擇正東或正西方向,情況與此類似.總之,只要耐心觀察,測度塔高不用比例就能解決.

  如允許應用比例原理,就可以不必受時間的限制.較合理的辦法是作兩次觀測.第一次記下桿頂影子的位置a,和塔頂影子的位置A,第二次觀測時桿頂影子在b處,塔頂影子在B處.那么,AB∶ab就等于塔高與桿長的比.不管用哪一種方法,都可以說是西方測量術的濫觴,泰勒斯對相似形已有初步的認識.

 

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