理论教育 趣味几何学:揭秘了不起的土丘高度

趣味几何学:揭秘了不起的土丘高度

时间:2023-11-03 理论教育 版权反馈
【摘要】:如果他想堆成这个土丘,注定会失败,最终面前出现的可能只是一个可怜的小土堆,特别特别小,再厉害的幻想家,也不可能将其夸张地称为“了不起的土丘”。我们不妨假设国王的军队这么庞大,也就是说,土丘是由100 000把沙土堆成的。我们不妨再计算一下这个土丘的高度。那么,这个圆锥体的高就等于它底面的半径,即高2.7米的土丘,再怎么夸大,也算不上是“了不起的土丘”吧?根据史学家的估计,古代的阿提拉王大约有70万士兵。

趣味几何学:揭秘了不起的土丘高度

我每次看到一堆沙土或碎上的时候,脑海中就会浮现普希金[1]的诗剧《吝啬的骑士》,其中有一段描写如下:

我曾在某地看到,

一位国王命令他的士兵,

每人抓一把土来堆成一座雄伟的土丘,

了不起的土丘就这样屹立在人们面前,

国王站在土丘上高兴地望向远方,

望见那被白色的天幕笼罩的山谷,

还有那轮船疾驰的汪洋

这首诗貌似在描述真实情况,但这样的场景其实根本不可能实现,我们可以用几何学知识来验证。如果他想堆成这个土丘,注定会失败,最终面前出现的可能只是一个可怜的小土堆,特别特别小,再厉害的幻想家,也不可能将其夸张地称为“了不起的土丘”。

我们可以粗略地估算一下。古代的国王最多能拥有多少士兵呢?那时候,军队的数目远远比不上现在,十万大军就是一支非常了不起的军队。我们不妨假设国王的军队这么庞大,也就是说,土丘是由100 000把沙土堆成的。那么,我们可以试着抓一大把土,放进玻璃杯。你可能会发现,不管你这把土有多少,都绝不可能填满整个杯子。(www.daowen.com)

假设每个士兵手里土的体积为升,这里1升=1 000立方厘米。这些士兵堆出的沙土体积是:

这么多人最后堆成的土丘,若将其看作一个圆锥体,它的体积肯定小于20立方米,绝对会让国王无比失望。

我们不妨再计算一下这个土丘的高度。若要计算土丘,即圆锥体的高度,必须知道它的侧高和底面所形成的夹角。在这里,我们采用自然形成的堆角,即45°。这已经是极限,不能再大了,否则土会向下滑,在现实情况中角度可能更小。那么,这个圆锥体的高就等于它底面的半径,即

高2.7米的土丘,再怎么夸大,也算不上是“了不起的土丘”吧?所以,这首诗注定只能是幻想。倘若土丘的倾斜角再小一点,堆得扁平一些,高度离2.7米还有一大截呢。

根据史学家的估计,古代的阿提拉王大约有70万士兵。我们假设所有士兵都去堆这个土丘,最后堆成的也只能是个小土丘。我们可以计算一下:这个土堆的体积是刚才那个的7倍,那么它的高度为:

2.7×1.9=5.1(米)

我想,一个仅有5米高的土丘,肯定入不了爱慕虚荣的阿提拉王的眼。

不过,从这些所谓的“高峰”上,当然能看见“那被白色的天幕笼罩的山谷”,但若想看到一片汪洋,唯一的可能就是这个土丘刚好堆在海边。

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