给孩子的趣味科学:趣味物理学
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小船是从哪里驶过来的?

想象一下这样的场景:一艘小舢板在湖面行驶。在图11上,我们用→a来表示这艘小舢板的行驶方向和速度。 在垂直的方向上驶来一艘帆船,我们用→b来表示帆船的行驶方向。亲爱的读者朋友,假如有人问您,这艘帆船是从哪里起航的,您一定会立即指出湖岸上的M点来。但是,假如我们向坐在小舢板上的乘客提出同样的问题,那么他们肯定会指出完全不同的一个点来,这是为什么呢?

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图11 帆船的行进方向与小舢板的行进方向是垂直的。

→a和→b表示两艘船的行进方向。小舢板上划桨的人会看到什么

为什么会这样呢?这是因为小舢板的乘客看到的帆船的前进方向,与自己的前进方向不是成直角。要知道,小舢板的乘客是感觉不到自身的运动的:他们觉得自己似乎是停在原地不动的,而周围的一切是按照小舢板的速度向相反方向运动。所以对小舢板上的乘客来说,帆船不仅仅是沿着b的方向移动,而且还沿着与小舢板行进方向相反的方向a移动(图12)。帆船的这两种运动——实际运动和视运动是按照平行四边形法则叠加的,叠加的结论就使小舢板上的乘客产生错觉,他们会觉得帆船是沿着由a和b组成的平行四边形的对角线方向行驶的。也正是由于这个原因,小舢板的乘客会认为帆船根本不是从湖岸上的M点出发的,而是另外一个N点,而这个N点要比M点沿小舢板行进方向更往前一些(图12)。

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图12 划桨人感觉帆船不是垂直驶向自己,而是斜着驶来——也就是从N点驶来,而不是从M点驶来

当我们随着地球沿其轨道进行公转时,如果我们根据自己看到的星体发出的光亮来判断这些星体的位置,就会犯同样的错误,原因与小舢板乘客不能正确判断帆船出发位置是相同的。所以,我们感觉到的星体位置,要比其实际位置沿地球运动方向稍微往前一些。当然,地球的运行速度与光速相比实在是太小了(只相当于后者的1/10000),所以实际上星体的视偏移并不大,但还是可以用天文仪器观测到的。这种现象被称作光行差。

假如这类问题让您产生了浓厚的兴趣,那就让我们在原来的小舢板和帆船问题的命题条件下,尝试一下回答下列几个问题:

(1)对于帆船上的乘客来说,小舢板是沿着什么方向行进的?

(2)帆船上的乘客觉得小舢板是驶向哪里的呢?

为了回答这两个问题,您需要在图12上画出一个平行四边形,这个平行四边形对角线所指的方向,就是帆船乘客所认为的小舢板的行驶方向。对帆船上的乘客来说,小舢板是斜着前进的,就像是准备登岸一样。