在凡尔纳的小说《神秘岛》中,工程师和赫伯特之间有过一段有趣的对话:
工程师对赫伯特说:“走,今天我们去测量一下瞭望塔的高度。”
“用什么仪器测量?”“不需要仪器。今天我们换个方法,一样可以得到准确的数值。”
赫伯特是个好学的年轻人,他跟着工程师,想看看工程师是怎么测量的。
只见工程师先做了一个悬锤,其实就是在绳子的一端拴了一块石头。工程师让赫伯特拿着,然后又拿起一根木杆,长度大概有12英尺,两个人一前一后向瞭望塔走去。
两个人来到距离瞭望塔大概500英尺的一个地方。工程师把木杆的一头插到土里,插下去的深度大概2英尺。接着,工程师从赫伯特手里接过悬锤,对木杆进行校正,直到木杆完全竖直,之后对木杆插到土里的部分进行了固定。
固定好木杆后,工程师朝着远离木杆的方向走了几步,仰面平躺在了地面上,并且让自己的眼睛能够正好通过木杆的尖端看到瞭望塔的最顶端。工程师在这个点上做了一个标记,如图所示。
接着,工程师从地上站了起来,对赫伯特说:“你学过几何学吗?”
“嗯,我学过。”
“那你知道相似三角形有什么性质吗?”
“两个相似三角形的对应边成比例关系。”
“嗯,没错。现在,我们就来找相似三角形,而且是直角相似三角形。把这根木杆看作三角形的一条边,刚才标记的那个点到木杆的距离作为另一条边,我的视线作为弦,这是一个三角形。另一个三角形的两条直角边是由要测量的瞭望塔的高度和瞭望塔底部到标记点的距离,而弦也是我刚才的视线。也就是说,两个直角三角形的弦是重合的。”
图《神秘岛》中工程师采用的测量方法。
听工程师说完,赫伯特叫了起来:“哦,我知道了,标记点到木杆的距离与它到瞭望塔的距离之比,等于木杆高度与瞭望塔高度的比值。”
“没错。所以只要分别测量出标记点到木杆和瞭望塔的距离,就可以计算出瞭望塔的高度了。木杆的高度我们是知道的,这样通过刚才的比例关系,就可以得到瞭望塔的高度了。因此,根本不需要用尺子直接测量,我们就能知道瞭望塔有多高。”
接下来,两个人对那两段距离进行了测量,分别是15英尺和500英尺,并列出了下面的公式:
15∶50=10∶D
D=500×10÷15≈333
也就是说,瞭望塔的高度大概是333英尺。需要注意的是,这里的木杆高度10英尺指的是木杆露在地面上的部分,而不是整根木杆的长度12英尺。