“八极星垒”的筑城计划在北疆如火如荼地展开, standardized 青砖与水泥的应用极大地提升了效率,星形堡垒的轮廓已在几处关键隘口初具规模。然而,当工程推进到最为核心的环节——炮台定位与仰角设定时,一道无形的、却无比坚固的壁垒,横亘在了小满与工匠们之间。
工地上,几位经验最为丰富的炮铳匠师和负责垒墙定位的老石匠,围着一张画着奇怪线条和符号的图纸,眉头拧成了疙瘩。图纸上,是小满根据弹道学原理绘制的炮击诸元表,以及依据不同射程计算的炮台仰角示意图。上面标注着诸如“仰角廿八度三分”、“射程三百二十丈”等要求。
“李……李大人,”头发花白的首席炮匠周铁砧,搓着布满老茧的手,一脸为难地指着图纸上的角度,“这‘廿八度三分’,究竟是个啥样子?俺们往常调整炮口,全凭眼力和手感,打得多了,也就知道石头(炮弹)大概能飞多远。可您这……三分之差,俺这心里实在没谱啊!”
另一位石匠也附和道:“是啊大人,这垒墙的棱角,您说要精确到‘寸’,俺们靠着墨斗、水平尺,拼着老命还能勉强做到。可这‘度’和‘分’,看不见摸不着,如何能量得出来,又如何能固定在炮架之上?”
问题的核心,暴露无遗。这个时代的工匠,拥有极其精湛的实践经验,他们的“度量衡”是基于直接的、可触摸的尺度(如丈、尺、寸、分)和直观的几何关系(如垂直、水平)。但对于需要抽象数学工具,尤其是三角学和微积分初步概念才能精确描述的抛物线弹道、角度与射程关系,他们缺乏相应的知识体系和工具。
小满看着工匠们困惑而焦急的脸,心中恍然,也暗自责备自己的疏忽。他习惯了前世的精确计算与自动化控制,却忽略了将此世最关键的“执行者”——工匠们的认知水平,纳入技术转化的关键一环。将微积分甚至复杂的三角函数表直接抛给他们,无异于对牛弹琴。
“防火墙”的构建,在数学的门槛前,卡壳了。
不能退缩,更不能强行推行无法理解的标准。小满知道,他必须进行一次紧急的“技术下沉”和“知识翻译”。他需要搭建一座桥梁,连接高深的数学原理与工匠们的实践经验。
“诸位师傅,且莫心急。”小满压下心中的焦躁,露出安抚的笑容,“是本官考虑不周。这些数字,并非虚无缥缈,它们就藏在咱们日常所用的规矩方圆的道理之中。从今日起,工歇之时,我们便一起来学一学这‘丈量天地’的新法子!”
于是,在北疆某座正在修建的“星垒”旁,一间临时搭建、四面透风的工棚,成了大明 perhaps 第一个针对高级工匠的“应用数学速成扫盲班”。学生是几十位被挑选出来的、头脑相对灵活的匠头,而先生,正是位高权重的兵部右侍郎小满。
没有黑板,没有粉笔。小满命人寻来一大块平整的木板,用炭条在上面画图。
他没有从“角度”这个概念开始,而是回到了最古老、也最直观的几何定理——勾股定理。
“诸位师傅,可还记得‘勾三股四弦五’?”小满在木板上画出一个标准的直角三角形,标注上勾、股、弦。
“记得!这是老祖宗传下的规矩,盖房修桥都离不开它!”匠师们纷纷点头,这是他们熟悉的知识。
“好!”小满赞道,“这便是我们一切新算法的根基!所谓‘角度’,其实就可以看作是这勾与弦,或者股与弦的一种固定的比例关系!”
他深知,直接引入“三角函数”概念过于抽象,于是他采用了最笨拙却最直观的方法——制作“比例尺”和“角度样板”。
他首先解决“角度”的度量问题。
“诸位看,”他一边说,一边用极其精确的工笔,在半透明的油纸上,绘制了一个巨大的四分之一圆(象限),将其均匀分刻,标注上从0到90的“度”数。这便成了第一个“角度规”。
“我们暂不去管那‘分’的细微差别,先把握住‘度’!以后,要确定炮口抬起‘廿八度’,便用此规比对!”
接着,他将重点放在了如何通过已知的、可测量的长度,来确定所需的角度。
“假设,我们需要炮口仰角为三十度。”他在木板上画图示意,“我们可先造一个巨大的木制直角三角形,令其一个锐角刚好是三十度(利用角度规校准)。那么,这个三角形三条边的比例,便是固定的!无论这个三角形是大是小,这个比例不变!”
他测量出这个特定三角形的“对边”与“斜边”的长度,计算出比值(接近1/2)。
“看,三十度角,便可以理解为‘对边’长度约是‘斜边’长度的一半!我们便可以制作一把特殊的‘比例尺’,上面直接标注出不同角度对应的‘对边/斜边’比值!”
他让工匠们用硬木制作了数套这种“角度-比例对应尺”,以及对应常用仰角(如15°, 30°, 45°, 60°)的“固定角度三角样板”(如同巨大的木制量角器)。
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