大家都 知 道 1 米等于 100 厘米,1 吨等于 1000 千克。 这样的单位换算非常方便,只要移动小数点就可以完成转换,例如0.47 吨等于 470 千克。 相比之下,有些计量单位不是十进制,换算起来就麻烦。 比如,问 0.5 年是多少天,就需 要用 0.5 乘以相应的进制 365。 同样地,求 0.4 小时有多少分钟 , 就要用 0.4 乘以时间进制 60 ; 求 0.3 圈是多少度,就要用 0.3 乘以角度进制 360。
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在这些单位换算中,日、月、年是自然单位,之间的换算比率由地球和月亮的运动规律决定,即使换算烦琐也无法人为调整。而小时、分、秒、度都是人为规定的单位,既然换算起来这么麻烦,为什么人们不彻底统一成十进制呢?
为了解释这个问题,我们需要从角度的由来讲起。在古代,人们最常在天文测量中接触角度。从地球上看,太阳每年会绕地球公转 1 圈。由于 1 年约是 365 天,那么太阳每天绕地球公转的角度是1/365圈。于是,我国古代就规定 1 圈,也就是 1 个周角为 365 度。这样,太阳每天公转的角度就可以被记作 1 度,看起来很方便。但是,这种规定应用在几何学中却出现了问题,比如,直角就会被记作 91.25 度,数值很零散。
在古代,古巴比伦人一直惯用 60 进制,他们发现如果规定1 个周角是 360 度,那么这个数值与 1 年的天数非常接近,仍然可以将太阳每天公转的角度近似当作 1 度。而且这样规定之后的好处是,常见的特殊角都可表示为整数度,例如直角为 90 度,等边三角形内角为 60 度,对天文学和几何学都很方便。
这个规定慢慢传到了周围的国家,后来古希腊科学家提升了角的测量精度。遵循古巴比伦的 60 进制传统,古希腊人又把1 度的角记作 1°,并将其 60 等分,每份称为 1 分的角,记作 1';1 分的角继续 60 等分,每份称为 1 秒的角,记作 1"。看到分、秒这样的词汇,你一定联想起时间的单位。既然同样是 60 进制,角度的换算是借鉴了时间单位的规定吗?
不,恰恰相反,历史上是时间单位名称借鉴了角度单位。西方人在古代就利用日晷将 1 天划分为 24 小时,类似我国古代把 1 天划分为 12 个时辰。随着计时精度的提高,人们需要更短的时间单位。大约在我国宋朝时期,西方人仿照角度制,将 1 小时等分为 60 分钟,1 分钟等分为 60 秒。到了 17 世纪,西方发明了摆钟,普及了如今 60 格的表盘。清朝时,小时、分、秒等时间单位也随钟表传入了我国。
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18 世纪末期,法国大革命推翻了旧的政治制度。为了表示与传统决裂,法国科学家们废除了法国旧的度量衡制度,希望设计出一种科学的新单位制为各国所公认。新单位制规定 1 千米为 1000 米,1 千克为 1000 克等,这些单位沿用至今。为了贯彻“十进制”的原则,法国人也曾规定 1 天为 10 小时,1 小时为 100 分钟,1 分钟为 100 秒,直角为 100 百分度。这时问题就出现了,根据这一规定制作出来的钟表,表盘有100 个小格,太过奇怪,反而不为其他国家接受。
几何领域也是如此,等边三角形的内角就成了66又2/3百分度,不是整数。最终,时间和角度恢复了传统的 60 进制,虽然百分度这个单位已经废弃不用,但它是科学家们勇于突破传统束缚、追求简洁的一座丰碑,值得我们永远铭记。
现代社会普及了小数的使用,可以用一个单位表示所有的角,减少了不同单位之间的换算。在 60 进制的情况下,15'是 1°(60')的1/4,也就是 0.25°;45' 是 1°(60')的3/4,也就是 0.75°。于是,像 1°15'+2°45'=4°这种角的加法,可以写作1.25°+2.75°=4°,已经不再涉及角度单位之间的换算。梳理数学的历史,既涉及自然,又依照逻辑、遵循习惯。
文源:《数学!我思故我在(清华附中给孩子的通识课)》
编著: 张小英 罗长文
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编辑:雪影
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