首页 > 冷门知识 > 关键词:冷门知识  日期:2021-07-10 23:22:12

云层距离地面有多高,怎么测量这些云的高度呢

当飞机在高空中飞行的时候,有时候会在飞机尾部形成一长串的白烟,很多读者一定也看到过这个情况。这串白烟是飞机在空中留下的印记,表明它切实在空中出现过。

这种白烟,是由于高空中的空气阴冷、潮湿并且尘埃比较多才产生的。

飞机在飞行的时候会从发动机中喷出一些细小的微粒,它们是燃料燃烧后的产物。它们把水蒸气聚集到一起,就形成了云。

如果可以的话,我们只要测量出这些云在消散之前的高度,就可以知道飞机的飞行高度。

【题目】怎么测量这些云的高度呢?测量的时候是否必须在它的正下方呢?

【解答】要想测量出云层的高度,需要利用两架照相机帮忙。在以前,照相机还不是很普遍。那时候,照相机对人们来讲,简直是太复杂了。在本题中,要求这两架照相机的焦距必须相同,它们的数值在镜头上就能读出来。

准备好了相机之后,我们把它们架到两个同等高度的地方,至于它们之间的距离,要保证每个地方的测量者可以用肉眼或者望远镜看到对方。如果在野外的话,可以借助三脚架来固定照相机,如果在城市里面,可以把照相机放在楼顶的平台上。

根据地图或者地形图,我们可以测出这段距离基础的长度。然后,让两架相机的光轴保持平行,比如,让它们的镜头都对准天空。

当需要测量的云层到达其中一架照相机的视野中时,操作这架照相机的人发出信号,通知另一处的测量者,两人同时按下照相机的快门拍下照片。

如果严格按照刚才的要求做,得到的两张照片的大小应该跟底片完全相同。如图所示,在照片上,连接它们对应边的中点,即XX和YY。

图 与底片完全一样的两张云的照片。

在每一张照片中,选出云层的某片共同部分,测量出它跟直线XX和YY的距离,用x1和y1代表左边照片中的这两段距离,用x2和y2代表右边照片中的这两段距离。

假设我们刚才选的这个地方,在左边那张照片中直线YY的右边,在右边照片中直线XY的左边。那么,云层的高度H就是:

这里的b是基距的长度(米),F是焦距的大小(毫米)。

如果在两张照片中,选取的这一点都在直线YY的同一边,那么云的高度H就是:

在计算云层高度的时候,不需要知道y1和y2的大小,但是可以用它来比较两张照片,看照片拍得是否精确。

如果在拍摄这两张照片的时候,它们的底片装得很严密并且严格对称,那么两张照片中的y1和y2就应该是相等。但在实际中,很难做到这一点。

如果镜头的焦距F是135毫米,两个相机的基距b是937米,在两张照片中测量出的各个数值是下面的情况:

x1=32(毫米)y1=29(毫米)

x2=23(毫米)y2=25(毫米)

那么,云层的高度就是:

也就是说,照片所拍摄的那片云到地面的距离大约是2300米。

如果读者感兴趣,可以利用图推导一下刚才的公式。

图 云层照片原理图解。

图画出了一个立体空间(关于空间的知识,在立体几何中介绍)。图中的Ⅰ和Ⅱ分别代表两张照片,F1、F2分别代表两个相机物镜的光心,N是云层上的一点,n1、n2是点N在照片上成的像,a1A1、a2A2是从照片的中点引向云层平面的垂线,A1A2=a1a2=b,b是基距。

先来看第一张照片的情形,假设A1是云层平面上的一点,从这一点引一条直线A1C,使A1C垂直于CN,也就是说,点C是直角三角形A1CN的顶点,那么,直线F1A1、A1C、CN就相当于相机的焦距F1a1=F,a1c1=x1,c1n1=y1

对于第二张照片,可以得到同样的结论。

根据相似三角形的性质,可以得到:

因为A2F2=A1F1,比较上面的比例关系,可以得到:

由图,我们有A2C=A1C-b,所以:

所以:

如果n1、n2分别在直线YY的两边,也就是点C在点的两边A1、A2,那么云层的高度就是:

刚才的这两个公式,只有照相机的光轴对准天顶的时候才成立。所以,如果云层距离天顶比较远,没有在照相机的视野之内,就必须对照相机进行一下改进,比如,可以让它们瞄准水平方向,但是必须垂直于基距,或者沿着基距的方向。

还有一点需要注意,就是在测量之前,要先制作照相机位置的分布图,然后再推导出云层的计算公式。

说到云层,我们还可以利用它来预报天气。如果你在白天看到了一些羽毛状的高云,并且每隔一段时间,它们就会下沉一定的高度,说明要变天,过几个小时就要下雨了。

利用这个方法,我们还可以测量出空中气球的高度。

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