[存档]地球周长测量与数模竞赛
写在前面
9月12日的朋友圈
全文
昨天晚上睡前看书时,看到一篇关于地理学发展历史的文章。文章中提到,在2000多年前,亚历山大图书馆的馆长,古希腊著名的地理学家埃托色尼,在亚历山大港,通过夏至日的棍影来计算地球的周长,可能是人类第一次比较准确的测量地球周长。其原理非常简单,假定太阳光都是平行的直线,那么在夏至日正午,太阳直射北回归线时,只要知道测量地与北回归线之间对应的这段圆弧的角度就行。根据相似三角形原理,只要量出正午时的棍影长度,用arctan即可算出角度,从而根据两地之间的距离求出地球的周长。我上面的描述可能还是有点抽象,但是看示意图就很容易理解。如果棍影长与棍长arctan是7度,那么两地之间的距离就占地球周长的7/360
距离,嗯?有距离不就有位置,这可真的是巧,我突然想起来,这不就是大学时候数模竞赛的课题?对于我们现在来说,地球的南北周长是已知的,所以在北半球只要知道夏至日正午时棍影的长度,就可以算出来与北回归线之间的距离,从而算出大致的纬度。甚至不需要是在夏至日,只要知道具体的日期,就可以查到黄赤交角,根据算出的测量地与黄道面之间的距离,同样可以算出大致的纬度。在我印象中,原题目提供的是一天内棍影的长度变化,那么这样条件就更是充足了。一天之内,棍影最短时,即是正午。根据这一时刻的时间以及地方时的标准经线,即可推算出大概的经度。根据经度以及纬度,即可确定测量点的大致位置。实际上这是一个非常具有操作性的方法,本来想今天自己试一遍的,可惜天下雨了。但是看到确实有人实际做过这样的实验,最后也得倒了比较精确的数据。
虽然作为大学的数模竞赛竞赛的题目,会比我这个简化过后的场景复杂一些,还牵扯到了其他一些内容的分析,也不知道日期,需要自己去建模解决。但是我相信这个题目应该也是启发自这一经典的地理事件。想了想,小学生不敢说,但是对于初中生,大概只需要一页纸和一些图片,就能把这个基本模型说清楚吧。也许我以前也有读过这个故事,不过在当时,倒是没有像古人一样从这么简单的角度去思考这个问题,而是往复杂了的想,然后画曲线,做拟合😂可惜已经过去7年了,现在再想到这些除了感叹一下也没有其他用了。
😂顺带一提,为什么我对这个事情印象那么深。大学四年里面,可能做数模竞赛那一周多,是最像普通大学生的一段时间。大家一起去图书馆查资料,一起去抢自习室。找不到自习室,就翻窗户进被锁的教室。在一起讨论题目,讨论学校,讨论喜欢的女生和毕业后的计划。印象中从那之后,我就再没主动去过一次图书馆,主动去过一次自习教室,也几乎再没参加过这种集体活动,即使是做合作的大作业,我也是能和人少交流就少交流。
难得的是,当时的许多想法,在大学毕业后我竟然还都在按部就班的实施。可惜现在看都是强弩之末,稍微遇到一些阻挠就停下来了。反而是像数模竞赛没有得奖这样的已经彻底失败,无法改变的遗憾,今天反而感觉有点安慰。