Hur mäter man höjd med trigonometri?
Ett högt föremål går sällan att mäta direkt med måttband. Men om du står en bit bort bildar marken, föremålet och siktlinjen upp till toppen en rätvinklig triangel. Avståndet längs marken är den närliggande kateten, höjden är den motstående kateten, och vinkeln mellan marken och siktlinjen kallas höjdvinkeln. Med två av de uppgifterna räknas den tredje ut med tangens.
Metod 1: avstånd och vinkel
Tangens för en vinkel är motstående katet delat med närliggande katet, . Löser man ut höjden får man . Eftersom du mäter vinkeln från ögonen och inte från marken lägger du till ögonhöjden, så den totala höjden blir:
- , där d är avståndet, v höjdvinkeln och e ögonhöjden.
- Vid 45° är tan v = 1, så höjden över ögonen är lika med avståndet.
- Ju längre bort du står, desto mindre vinkel, men höjden blir densamma.
Exempel: du står 20 m från en flaggstång och mäter höjdvinkeln 35°. Höjden över ögonen blir m. Med ögonhöjden 1,6 m blir flaggstången 15,6 m hög. Kalkylatorn visar också hur känsligt svaret är: om vinkeln är fel med en grad blir höjden ungefär en halv meter fel åt något håll.
Exempel: träd före fällning
Innan man fäller ett träd vill man veta att det inte når fram till huset. Står du 15 m från trädet och mäter 52° till toppen med ögonhöjden 1,5 m blir trädet 20,7 m högt. Är avståndet från trädet till husväggen kortare än så, plus en säkerhetsmarginal, ska trädet fällas åt ett annat håll eller tas ned i bitar. En enkel tumregel: gå bakåt tills toppen syns i 45°, då är höjden över ögonen lika med avståndet.
Metod 2: två vinklar
Ibland går det inte att mäta avståndet till foten, till exempel när föremålet står på andra sidan en å eller inne på ett inhägnat område. Då mäter du höjdvinkeln från två punkter på en rak linje mot föremålet, och sträckan s mellan punkterna. Kalla det okända avståndet från den närmare punkten för x. Från båda punkterna gäller tangensformeln:
- Närmare punkten:
- Bortre punkten:
- Sätt lika och lös ut x:
Exempel: från första punkten mäter du 30°, sedan går du 20 m närmare och mäter 45°. Avståndet från andra punkten blir 27,3 m och höjden över ögonen 27,3 m, så med ögonhöjden 1,5 m blir föremålet 28,8 m högt. Metoden förutsätter att marken är plan och att du håller instrumentet på samma höjd vid båda mätningarna. Den är också känslig när vinklarna ligger nära varandra, så gå gärna en bra bit mellan mätningarna. Samma problem kan lösas med sinussatsen i den sneda triangel som bildas av de två siktlinjerna.
Metod 3: skuggan
En solig dag behövs ingen vinkelmätare. Solens strålar är i praktiken parallella, så du och föremålet bildar två likformiga trianglar med era skuggor. Förhållandet mellan höjd och skugga är då lika för båda: . Är du 1,8 m lång med en skugga på 2,4 m, och trädets skugga är 16 m, blir trädet m högt. Det är en ren proportion, samma sak som tresatsen räknar ut. Mät skuggorna samtidigt, eftersom de ändras snabbt när solen flyttar sig.
Vanliga fel
- Ögonhöjden glöms bort. Då blir svaret 1,5–1,7 m för lågt.
- Avståndet mäts snett. Det ska vara det vågräta avståndet till föremålets fot, inte avståndet till toppen eller längs en sluttning.
- Räknaren står i radianer. tan 35 i RAD-läge ger ett helt annat värde än tan 35°.
- Sinus används i stället för tangens. Sinus skulle behöva siktlinjens längd, som du sällan vet.
- Vinklarna i tvåvinkelmetoden byter plats. Den närmare punkten ska alltid ha den större vinkeln.
Typiska provuppgifter
En klassisk uppgift lyder: "Från en punkt 50 m från en kyrka syns tornets topp i vinkeln 28°. Hur högt är tornet?" Lösningen är att rita triangeln, markera vinkeln och avståndet och skriva m. Ibland ges ögonhöjden, ibland inte. En variant frågar efter vinkeln i stället, "under vilken vinkel syns toppen av en 30 m hög mast från 80 m avstånd?", och då används arctan: . Svårare uppgifter använder tvåvinkelmetoden ovan och kan också ge en sänkningsvinkel, vinkeln nedåt från vågrätt, till exempel från ett fönster till en bil på gatan.
Mäta vinkeln i praktiken
Det enklaste verktyget är en mobilapp med vinkelmätare eller lutningsmätare, som använder telefonens sensorer. Lägg telefonen längs siktlinjen och läs av vinkeln. Ett hemgjort alternativ är en gradskiva med ett snöre och en vikt, där snöret visar lodlinjen. Snöret anger då vinkeln mot lodlinjen, så höjdvinkeln blir 90° minus det du läser av. Hur lutningen i procent hänger ihop med vinkeln visar lutningskalkylatorn. Vill du räkna ut den sneda siktlinjens längd använder du Pythagoras sats. Samma trigonometri används i bygget, till exempel för att räkna takets höjd ur takvinkeln när man planerar reglar, eller för att uppskatta väggytan inför målning.
Så gör du på räknaren
- Kontrollera att räknaren står i DEG.
- Avstånd och vinkel: 20 × tan(35) + 1,6 =.
- Två vinklar: 20 × tan(30) ÷ (tan(45) − tan(30)) = ger x, sedan × tan(45) + 1,5.
- Skugga: 1,8 × 16 ÷ 2,4 =.
Fler kalkylatorer finns bland trigonometrikalkylatorerna och på matematiksidan.