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云与地面的距离:揭秘3月12日的奇妙现象

时间:2023-11-18 理论教育 版权反馈
【摘要】:如果所标记的点都在YY直线的同一侧面,要计算云的高度可列算式得出:图3-16 两张云朵的对比示意图其实不需要y1和y2的距离就能计算出云的高度,但如果对两者作比较,可以确定照片拍摄的准确程度。如果这两张照片的底片在胶卷盒中安装得非常紧密,而且非常对称,那么照片中y1和y2的距离应该是相等的。

云与地面的距离:揭秘3月12日的奇妙现象

你还记得曾经看过飞机在蔚蓝的天空中留下一条长长的、弯弯曲曲的白色线带?这就是飞机留给天空的礼物,纪念它曾经飞过天空。

雾气很容易在寒冷潮湿、布满尘埃的空气中形成。

飞机在飞行途中会不断喷射出微小的颗粒,它们是发动机在工作的时候制造出来的,这些小颗粒能把水蒸气聚在一起,聚集得多了就产生了云。

如果能在这条云带消散之前确定出它的高度,就可以知道飞行员驾驶着飞机在天空中攀升到多高的高度了。

题:如果你要测高的这片云不在你的头顶上,那么它的高度该怎样确定呢?

解:有普通照相机帮忙,就能测定云的最大高度,虽然相机曾经是非常复杂的仪器,但现在它已经非常普及,并且人人都能熟练地使用它。

要对云的高度进行测量就要用到两架焦距相同的照相机(在镜头上都可看到它的焦距)。

找两个高度基本相同的高处分别安放好这两架照相机。

如果在旷野上放置相机,可以架设三脚架,如果在自己家里,可以把相机架在房顶的阳台上。安置两架照相机时要使它们的间距为在两处的观测者用眼睛或望远镜能相互看到对方为宜。

这段距离称为基距,可由地图或地形平面图计算得出。两架照相机的放置地点也是有讲究的,要使它们的光轴相互平行,比如可以把它们都对准天顶。

当从照相机镜头的视野中观察应摄目标时,一名观测者可以向他的同伴发信号示意,比如挥手帕等动作。同伴看到信号,两人这时才可以同时进行拍摄。

洗印出的照片尺寸应当与底片尺寸是相同的,找到照片的对称中心,用直线YY和XX把它们连接起来(图3-16)。

然后在照片上的云朵上选出云中的同一点并做好记号,计算出它们和YY和XX之间的距离,分别用x1、y1和x2、y2表示这两段距离。

如果照片上标记的点处在YY直线的不同侧面(图3-16),一张在左,一张在右,云的高度H则可列算式得出:

算式中b为基距长度(单位为米),F是焦距(单位为毫米)。

如果所标记的点都在YY直线的同一侧面,要计算云的高度可列算式得出:

图3-16 两张云朵的对比示意图

其实不需要y1和y2的距离就能计算出云的高度,但如果对两者作比较,可以确定照片拍摄的准确程度。

如果这两张照片的底片在胶卷盒中安装得非常紧密,而且非常对称,那么照片中y1和y2的距离应该是相等的。但其实它们并不完全相同。

比如说如果在照片原片上从有标记的云点到YY和XX直线的距离为:

x1=32毫米,y1=29毫米,

x2=23毫米,y2=25毫米。(www.xing528.com)

镜头焦距F为135毫米,两架照相机的距离(基距)b=937米。

从照片中可以看出,可由以下算式测定云的高度:

也就是说,所拍摄的云朵距离地面2 300米。

如果你有兴趣想要好好研究一下云层高度的计算方法,可以参考图3-17的示意图。

把图3-17看成是一幅空间想象图(立体几何学是几何学的分支,研究它的时候非常有必要研究空间的概念)。

图形Ⅰ和图形Ⅱ都是照片底片图,F1和F2在是照相机镜头的光中心;N是云上被观测的点;n1、n2是N点在底片上形成的图像;a1A1和a2A2是从每张底片的中心向云层平面划出的竖直线;A1A2=a1a2=b就是基距。

F1是光心,从F1向F1A1方向移动至A1,再从A1点平等移动到直角A1CN的顶点C点,再从点C移动至点N,则可以得到线段F1A1、A1C和CN,它们在照相机里分别相当于线段F1a1=F(焦距),a1c1=x1和c1n1=y1

对第二架照相机也运用同样的方法分析。

把这两个比例式相比较,你会发现A2F2和A1F1是相等的,另外:

y1=y2(这就说明了拍摄的正确性),

图3-17 两架照相机对准天顶放置时拍摄出的云层底片上云中的被观测点

即从示意图中得知的信息却是 A2C=A1C-b,

n1和n2是N点在底片上的图像,如果它们处于YY直线的不同侧,这就说明C点处在A1和A2点之间,那么A2C=b-A1C,由此可计算出云的高度为:

但这两个公式只有把照相机的光轴对准天顶的时候才适用。如果云层离天顶太远,照相机又无法把它拍摄进去,那么你就要调整照相机的位置(在光轴保持平行的情况下),比如说水平状态下使照相机垂直于基距或沿着基距的方向,对准目标。

在这之前,应该先把照相机的每个位置用相应的图表示出来,由此推导出计算云高的公式。

比如说在晴天观测云朵时,经常会出现非常明显的微白色高空卷层云。这种情况下,你每隔一会儿就要对云的高度进行几次测量,假如你测出云层正在不断降低,那就说明要变天了,一会儿可能会有降雨。

看到天空中的热气球,可以给它们拍几张照片,试着计算一下它们的高度。

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