严腾飞同学只是问李轩一个偏向脑筋急转弯的数学问题,但是没想到李轩从一个小问题联想到一个大问题。
李轩在草稿上画的球体,上面标着太阳光线、赤道、地轴、晨昏线,写着字母nsmbo,严腾飞看得好奇,情不自禁地问:“李轩大神,你在干什么?”
李轩解释道:“我在考虑蜗牛爬行速度在夜晚和白天一样的时候,蜗牛几天才能爬出,因为想到全球各地的黑夜白天时间不一样,就想把这个黑夜白天时间算出来。”
“有结果了吗?”严腾飞此刻只有佩服,高中地理还没学到晨昏线,看着李轩的计算过程就感觉到高深。
“有结果,算出来了。”李轩点头。
利用球的性质,过直射点的太阳光线必经过地心,并且垂直于晨昏线,可得到计算昼长的三角关系,主要关系得到了,此外的工作就是计算化简。
这时梁智慧站在李轩身旁,看清了李轩计算的全过程,也在思考,最后说:“李轩,你这个式子有些复杂,应该简化下。”
李轩也在考虑简化。
这个式子不符合数学对自然规律描述的简洁之美,物理课本上的数学公式都是很简洁,李轩考虑把其中两个未知量凑成一个未知量,回到画的参考的地球球体上,最后他发现似乎真能化简。
先引进当地正午太阳高度h。
由几何关系,当地正午太阳高度h,等于当地纬度,减去太阳直射点纬度加上90°。
代入化简,昼长公式的表达形式可以变为f=2/15°arφcot(φ+h))。
这样就很简洁。
昼长问题就解决了,成了定量分析,自然规律在数学上总显得特别简洁,李轩感觉奇妙,物理上的各种方程式也是十分简洁,是巧合?
想不明白,但不妨碍李轩去体会科学之美。
现在唯一的疑问是公式是否正确?
对吗?
李轩不知道,决定验证一下。
在特殊情况,赤道上纬度是0°,由几何关系求出未知量,得到具体值后代入公式,正好可以算出昼长为12小时。
另一个特殊情况,羊城纬度是22°,计算夏至日和冬至日,公式可以算出昼夜时间长短正好相反。
最后特殊情况,南北极圈的昼长在夏至日,计算结果也为0小时。
李轩验证了三个特殊情况,和实际情况都符合,都没发现公式问题,再看了公式建立的过程,规定了未知量的取值范围。
所有问题就搞定了。
梁智慧看了李轩的计算工程,几遍都没看出毛病,内心充斥着敬佩和难以言说的怅然,越和李轩相处久了越感觉不如李轩,这种滋味并不好受。
严腾飞真的对李轩服气了:“大神,你也太牛了吧,如果你的这个公式没错,最重要的关系式找到了,蜗牛爬行的问题就简单了。不过如果蜗牛白天向上爬和夜晚往下爬,速度不一样比较合理吧。”
李轩笑了笑:“嗯,不过速度的差别还好,并不是关键,只要算出白天和黑夜的时间,剩下的问题不过是速度乘时间的问题,难的地方还是黑夜和白天的时间。”
“也是。”
严腾飞不知该怎么说了,和李轩相比较,在数学上他感觉他就像还在玩泥巴的孩子,李轩已经是自己找问题来提升自己的阶段了。
……
晚自习开始不久,赵东明走进了数学竞赛组的自习室,其实是路过时候顺便来看下学生有没有什么问题,进来就看到了严腾飞和梁智慧围着李轩。
学生上自习随意走动,赵东明没计较,竞赛班讨论问题是很好的现象,学生知道请教数学最厉害的李轩,他高兴都来不及。
赵东明走了过去,有点奇怪:“怎么了?”
“老师,李轩太牛了。”严腾飞有点激动,“他从一个我问的数学问题联想,竟然把昼夜长短计算公式给算出来了。”
赵东明轻轻一怔,听严腾飞这么说,了解了事情的经过,最后拿起李轩的草稿纸,整个人傻眼了。
李轩的思维发散能力,和数学建立模型能力,让他震惊。他学了数学多少年了,也没像李轩这样,用数学当作工具建立数学模型,去解决这样问题。
赵东明有点感慨:“算得不错,数学就是要这样学,数学就是要解决生活中的问题。”
这公式有什么用呢?
有了这个公式,再编写一个小程序,只要能输入所在地的纬度,通过日期查询太阳直射点纬度,昼夜时间就可以直接由程序输出。
或者再高科技一些,给一个定位系统去直接判定当地纬度,那当地什么时候天亮什么时候天黑就可以知道了。想知道什么时候看日出,不用提早时间去等待,直接抓住时间点来就好了。
赵东明越想越觉得这个公式妙,片刻之后,忽然舒了口气,说:“李轩,写成小论文投稿吧,投到数学报刊上去。”
“啊?”李轩讶异,“老师,这种高中生都会算的问题,杂志会收?”
作为高中生的严鹏飞听了:“…………”
赵东明笑了笑,说:“当然会收,你这个公式很有意思,论文又不是一定非得要高大上,让普通人都看不懂,有些数学杂志就喜欢收这些和实际生活联系比较紧密的数学论文。”
李轩:“那我要怎么写?”
赵东明:“你就把公式的推导,公式的意义,公式的应用,这些写一写。扯淡会吧,凑字数凑到三千字,当然,在此之前,先想好一个标题。”
李轩想了想,耿直地说:“老师,题目叫:论蜗牛白天向上爬和夜晚往下爬,能不能爬出井口?”
梁智慧:“……”
严腾飞摇了摇头:“不好,标题短一些比较好,比如蜗牛能爬出井口?”
赵东明呛了一声,没好气说:“把蜗牛给我从这个论文中去掉!谁特么管蜗牛爬上爬下,是蜗牛德的沦丧,还是蜗牛性的扭曲,都无所谓。你这篇论文,一个字都不许写蜗牛,题目就叫作《全球各地的昼夜时间计算公式》。”
“老师,我感觉写论文好麻烦,要不就算了?”李轩有些不想动笔,有这时间还不如多做一道数学题。
赵东明沉默了片刻,说道:“有稿费。”
“好咧。”
李轩一瞬间就拿起笔写了起来,“老师,稍微等一下,晚上我就立即写完。”
梁智慧:“………”
63.全球昼夜时间的计算公式
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