生活中的数学:怎么打伞才能不被雨淋湿?_生活中数学 - 查字典数学网
数学生活中的数学:怎么打伞...
首页>数学杂谈>生活中数学>生活中的数...

生活中的数学:怎么打伞才能不被雨淋湿?

2016-03-28 收藏

一个人的姿态很重要。

举手投足,不仅影响到他人对自己的第一印象,根据研究指出,甚至会影响到自己的心情。好比说,如果开会前做出“信心满满、双手叉腰”的姿势一两分钟,言谈将会更有自信,要是弯腰驼背,会让人下意识地变得更怯懦。佛家也很强调姿态的重要,提出“四威仪”:

立如松、行如风、坐如钟、卧如弓。

佛家认为,时时注意自己的姿态,就是一种随时随地的修行。然而,生活中有许多处境艰难,让我们无法好好恪守四威仪,特别在梧桐花开的五月,或是整天蝉鸣的七八月,那是梅雨、台风的季节。

在雨中撑伞还要立如松,行如风,除了心性的修行,恐怕还需要数学的辅佐。

淋雨的和尚

想象一下这样的情节:一位大和尚和几个徒弟四处化缘,他们走在一望无际的草原上。天空中厚重的乌云,忽然像被人拧过了一般,下起了雨。众人撑起雨伞,继续前进。一会儿,雨势转骤,刮起风来,就算撑伞,众人的绑腿依然被雨水打湿,变成深色。大和尚问了个子最高的高徒弟,有没有看见前方有村落。高徒弟摇了摇头。

大和尚注意到高徒弟将伞撑得很低,甚至弓起了背,整个人弯腰蜷缩在伞底下。勉强要说是立如松,也只会让人联想到景观盆栽里曲折蜿蜒的老松。他摇了摇头,怎么这些徒弟不懂得观察师傅呢。

“徒儿们,看看为师,不弯腰驼背,身上一点也没湿。”

仔细一瞧,大和尚身子挺得笔直,伞也举得老高,但下摆干干的,一滴雨水也没有。

“因为师父比较矮?”

大和尚愣了一下,脸上闪过一片红色,他回答:

“虽然这是事实,也是原因之一,不过不是关键。重点是,面对雨水的迎击,不需要让自己变矮,变小。只要懂得‘后退’就好。”

“师父在说禅吗?”

“不,我在说数学。”

大和尚用手杖在地上画了一幅图:

 

生活中的数学:怎么打伞才能不被雨淋湿?

制图/赖以威

 

“这是我们在雨中行走的截面图。假设雨跟地面夹角为θ,拿伞的高度为h,伞的宽w。

你们看,当雨是斜的,伞的遮蔽范围将从长方形变成平行四边形,伞正下方h·cotθ的范围都会被雨淋湿。伞拿低一点让h变小,的确有帮助。但更正确的方式,应该是往后退h·cotθ,即可确保裤管不会被淋湿。”

大和尚顿了顿,继续说:

“不是常跟你们提起,要时时注意四威仪,‘立如松、行如风’吗。只要懂得这个道理,雨天不用驼背走路,还可以将伞举得更高,更英挺,只要算好后退距离,依然得保全身不湿。”

徒弟们照着师父的话做了后,虽然伞举再头前,看起来有点像和尚版的自由女神像,但绑腿的确不再被雨淋湿了。正当大伙儿赞叹师父博学多闻时,高徒弟发问:

“师父,徒儿脚没湿,可是脸却湿了。”

众人一看,只见他脸上满是雨水,甚至僧袍领口颜色都变深了,那模样有些滑稽。大和尚笑了笑,低声说:

“谁叫你长那么高,活该。”

“师父说什么?”

“噢,没有。为师说,因为你长太高了,要是雨打得斜,注定会被淋到的。从方才图的例子可以看到,要是伞拿低一点,遮雨的高度跟伞高度一样是h,但当伞拿高一点时,遮雨的高度即是w·tanθ,竟然跟伞的宽度w和雨的斜度有关。而遮雨的高度是(h,w·tanθ)两个数值取较小值。换句话说,只要身高高于w·tanθ的人,终究难逃被淋湿的命运。往后退,就像你现在这样,脚不湿,但上半身却淋湿了。”

大和尚边说,边用手杖又画了个图:

 

绘图/赖以威

 

“这时,只好做出取舍,要让裤管淋湿多少?头淋湿多少?这样的取舍可以靠调整伞的高度,和后退的幅度来达成。除了雨斜度θ、伞举的高度h、宽度w,再假设三个数字,后退幅度x,身高l,以及裤管会湿掉的高度z。z可以利用相似三角形的概念求得:

h·cotθ:z=h:(h·cotθ-x);

z=h-x·tanθ;

也就是说,裤管直到h-x·tanθ的高度都会湿掉。中间身体w·tanθ的部分不会湿。上半身从天灵盖往下l-h+(x-w) ·tanθ的部位都会湿掉。”

大和尚将自己背上遮阳的斗笠卸下,递给高徒弟,

“你算好后,再调整斗笠戴的位置跟角度,用斗笠遮住上半身的雨势吧。驼背让l变小,的确可以降低淋到雨的部位,但有违修行,还是别做了。”

斜着拿伞

走了一个时辰,雨势不但没趋缓,上天彷佛在考验众人,还加强风势,让雨变得更斜,这下,除了最高的徒弟外,其他人也纷纷戴上斗笠,除了大和尚依然不用。

意外发现“原来我最矮啊”的大和尚,看着这些徒儿为了恪守他的教训,在雨中不驼背,虽然还是有些气他们怎么都那么高,活该被雨淋,但想了想,还是决定再传授他们一道心法。

“把伞拿斜吧。”

“拿多斜呢,师父。”

“跟雨势垂直。”

大和尚又拿起手杖,在地上画着。

 

生活中的数学:怎么打伞才能不被雨淋湿?

绘图/赖以威

 

“我们可以用这图来证明‘伞与雨势垂直’为最佳拿法。将伞一端投影到地表上的点为圆心,伞宽为半径,可以画出图中的圆。再给定下雨方向为斜率,过圆上一点,符合‘点斜式’所需条件,即能画出一条直线。直线跟地表相接的点,与圆心之间的距离是避雨区域,水平拿伞时,此区域长度是w乘上tanθ,即得到可遮雨高度w·tanθ。现在,当伞拿的角度与雨势垂直,这条线就会变成圆的切线,通过圆上一点,线跟圆心的距离最远,避雨区域最大,变成w·secθ。”

大和尚抬头看,每一位徒弟,脸上没被雨淋到,却湿淋淋地“一头雾水”。他只好换个方式解释:

“你们试试看,从原本水平拿伞,慢慢变斜,会淋到雨的部分越来越少,在某个角度会达到最大值,之后再更斜时,反而又会变小。对吧?”

徒弟们转动手腕尝试,点头响应师父。

“再看刚刚地上这张图,要是伞跟雨势不垂直,这条线会变成割线,和圆相交两点,要是这个角度是最大值,就表示有另一个角度也会提供最大的遮雨高度,两个最大值,违反你们实际操作的体验。”

徒弟们纷纷发出“噢噢”的声音,像是知识被扔进了他们的心中,发出的回响。大和尚最喜欢听到这种反应了。这时,最机灵的小徒弟开口了,

“师父,所以说,要是搭配第一张图,遮雨高度即会从原本的w·tanθ变成w·secθ,各自可以再写成w·sinθ/cosθ和w /cosθ,前者比后者多了sinθ倍,因为sinθ永远小于1,所以当伞拿斜,永远会比伞拿直的能遮住更多。”

“很好,你说的没错。”

大和尚满意地点点头。

“虽然数学是世间法,但有些时候,世间法也能帮助我们修行的。”

看着地上的图,大和尚忽然转身问最高的徒弟身高。

“一米八四。”

“假设眼睛距离天灵盖10公分,好吧,看来4.72公里以内,都还是没有村庄了。”

他想起,好久以前,他曾经在附着了气雾的玻璃上,这样画图解释数学,但那时候他还太年轻,不知道数学有这么广泛的应用。

查看全部
推荐文章
猜你喜欢
附近的人在看
推荐阅读
拓展阅读
大家都在看

分类
  • 级别
  • 年级
  • 类别
  • 版本
  • 上下册
学习阶段
小学
初中
高中
不限
年级
一年级 二年级
三年级 四年级
五年级 六年级
初一 初二
初三 高一
高二 高三
小考 中考
高考
不限
类别
数学教案
数学课件
数学试题
不限
版本
人教版 苏教版
北师版 冀教版
西师版 浙教版
青岛版 北京版
华师大版 湘教版
鲁教版 苏科版
沪教版 新课标A版
新课标B版 上海教育版
部编版
不限
上下册
上册
下册
不限