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Baumhöhe

Mathematik 4-k
3 Minuten gelesen

Wie misst man die Höhe eines Kirchturms, Baumes oder Hauses, ohne hinaufzuklettern, ohne Drohne und ohne Laser?

Erstaunlich einfach:

Man misst seinen Schatten.

Dazu braucht man lediglich einen Zollstock, etwas Sonne und einen Gegenstand, dessen Höhe bekannt ist.

Das Experiment

Stellen wir einen 1 Meter langen Stab senkrecht auf den Boden.

Sein Schatten ist beispielsweise 1,50 Meter lang.

Zur gleichen Zeit messen wir den Schatten eines Kirchturms. Dieser ist 45 Meter lang.

Jetzt kennen wir bereits alles, was wir brauchen.

Denn die Sonnenstrahlen treffen Stab und Kirchturm im gleichen Winkel.

Es entstehen zwei Dreiecke mit denselben Winkeln.

Und deshalb besitzen sie auch dieselben Seitenverhältnisse.

Jetzt kommt die Rechnung

Für unseren Stab gilt:

1 m Höhe ÷ 1,5 m Schatten

Für den Turm muss dasselbe Verhältnis gelten:

Turmhöhe ÷ 45 m Schatten

Also:

Turmhöhe = 45 × 1 ÷ 1,5

Das ergibt:

30 Meter.

Ohne den Turm auch nur betreten zu haben, kennen wir seine ungefähre Höhe.

Noch einfacher: Benutze dich selbst

Nicht einmal der Stab ist unbedingt notwendig.

Wer beispielsweise 1,80 Meter groß ist, kann seine eigene Schattenlänge messen.

Angenommen, der eigene Schatten beträgt 2,40 Meter und der Schatten eines Baumes misst 20 Meter.

Dann gilt:

1,80 ÷ 2,40 = Baumhöhe ÷ 20

Daraus folgt:

Baumhöhe = 15 Meter.

Der eigene Körper wird damit zum Messinstrument.

Dahinter steckt ein alter Bekannter

Das mathematische Prinzip nennt man Ähnlichkeit von Dreiecken.

Die Sonne ist so weit von der Erde entfernt, dass ihre Strahlen für diese Betrachtung praktisch parallel verlaufen.

Der kleine Stab und sein Schatten bilden deshalb geometrisch dasselbe Grundmuster wie der große Turm und dessen Schatten.

Nur der Maßstab verändert sich.

Was auf dem Papier nach trockener Schulgeometrie aussieht, wird draußen plötzlich zu einem ziemlich brauchbaren Werkzeug.

Probieren kann es jeder

Das Experiment lässt sich praktisch überall durchführen.

Man benötigt:

einen senkrechten Gegenstand bekannter Höhe, ein Maßband und Sonnenschein.

Wichtig ist lediglich, beide Schatten zur selben Zeit zu messen, weil sich der Sonnenstand und damit die Schattenlänge ständig verändern.

Bei ebenem Gelände funktioniert die Methode erstaunlich gut. Unebener oder stark geneigter Boden kann das Ergebnis dagegen verfälschen.

Mathematik macht Unerreichbares messbar

Genau darin steckt die eigentliche Faszination.

Wir müssen einen Gegenstand nicht mit einem Maßband von unten bis oben vermessen.

Wir messen etwas völlig anderes: seinen Schatten.

Aus einer horizontalen Strecke auf dem Boden berechnen wir eine vertikale Strecke, die wir möglicherweise überhaupt nicht erreichen können.

Ein Kirchturm kann 30, 50 oder 100 Meter hoch sein.

Sein Schatten liegt trotzdem einfach vor unseren Füßen.

Und plötzlich wird aus ein bisschen Sonnenlicht ein riesiger Zollstock.

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Mathematik 2-k
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Früher gab es weder Laser-Entfernungsmesser noch Smartphone-Apps. Trotzdem mussten Holzfäller abschätzen können, wie hoch ein Baum war und wie weit seine Spitze beim Fällen reichen würde.

Eine überlieferte Faustmethode wirkt zunächst ziemlich kurios: Der Holzfäller entfernte sich vom Baum, drehte ihm den Rücken zu und beugte sich nach vorne. Durch die Beine blickte er zurück zum Baum und veränderte seinen Abstand so lange, bis er die Baumspitze gerade erkennen konnte.

Der Abstand zum Stamm gab ihm dann eine ungefähre Vorstellung davon, wie weit der Baum beim Fällen reichen würde.

Dahinter steckt Geometrie

Das Verfahren beruht vereinfacht auf einem verblüffend einfachen Zusammenhang.

Beträgt der Blickwinkel zur Baumspitze ungefähr 45 Grad, entsteht gedanklich ein rechtwinkliges Dreieck, bei dem Höhe und horizontale Entfernung ungefähr gleich groß sind.

Mathematisch:

tan(45°) = 1

Damit gilt näherungsweise:

Baumhöhe ≈ Entfernung zum Baum

Steht man also beispielsweise rund 20 Meter vom Stamm entfernt, wenn die entsprechende Sichtposition erreicht ist, kann der Baum ungefähr 20 Meter hoch sein.

Und damit weiß der Holzfäller zugleich etwas Entscheidendes: Wird ein 20 Meter hoher Baum in seine Richtung gefällt, kann seine Spitze ungefähr 20 Meter vom Stamm entfernt aufschlagen.

Der eigene Körper wird zum Messinstrument

Das eigentlich Faszinierende daran ist weniger die Genauigkeit als das Prinzip.

Der Mensch benutzt seinen eigenen Körper als Winkelmesser.

Durch die Körperhaltung entsteht ein einigermaßen reproduzierbarer Blickwinkel. Anschließend muss nur noch die Entfernung zum Baum abgeschritten werden.

Keine Batterie.
Kein Laser.
Kein GPS.

Nur ein Mensch, ein Baum und Geometrie.

Natürlich handelt es sich um eine Faustregel und nicht um eine präzise Vermessungsmethode. Körperproportionen unterscheiden sich, der Boden kann geneigt sein, Bäume stehen nicht immer senkrecht und Kronen sind unregelmäßig. Für eine professionelle Fällung müssen außerdem Fallrichtung, Wind, Kronengewicht und weitere Faktoren berücksichtigt werden.

Aber für eine schnelle Abschätzung konnte das Prinzip erstaunlich nützlich sein.

Mathematik, ohne sie Mathematik zu nennen

Genau darin steckt eine interessante historische Wahrheit.

Menschen verwendeten mathematische Prinzipien lange, ohne Formeln aufzuschreiben oder überhaupt darüber nachzudenken, dass sie gerade Trigonometrie oder Geometrie betrieben.

Ein Holzfäller musste tan(45°) nicht kennen.

Er musste nur wissen:

Wenn ich von hier die Baumspitze auf die richtige Weise sehe, reicht der Baum beim Fallen ungefähr bis hierher.

Erfahrungswissen und Mathematik führten damit zum gleichen Ergebnis.

Und plötzlich ist Geometrie nicht mehr die Zeichnung eines Dreiecks auf einer Schultafel.

Sie entscheidet darüber, ob der Baum auf die freie Fläche fällt – oder auf die Hütte daneben.

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