从不同角度看运动

当一个物体从我们手里掉落的时候，我们看到的是它垂直下落，可在其他人看来，这个物体也是垂直下落的吗？

事实上，在其他人看来，可能并不是这样。对于任何一个不跟地球同步旋转的人来说，物体下落的轨迹可能都不是直线。如图24所示，假设这个重物从500米的高度自由下落。那么，它在下落的过程中将参与地球上的所有运动。作为观测者的我们，也同时参与了这些运动，因此我们根本感觉不到重物下落时的各种附加运动。如果我们脱离地球的各种运动，就能明显看出重物下落的轨迹不是直线，而是其他的路径。

比如，当我们在月球上看地球上的重物下落。尽管月球也跟地球一样围绕太阳公转，可它的自转跟地球不同步。因此，在月球上看来，地球上的这个重物一共参与了两种运动：一种是垂直下落；另一种是沿与地面相切的方向向东运动。依据力学定律，这两种运动将合成另一种运动。大家都知道，自由落体的运动速度不是匀速的，而另一种运动却是匀速的。所以，合成后的运动轨迹将会是一条曲线，如图25所示。

如果在太阳上借助高倍望远镜观察这个自由落体，情况又不一样了。这时，对于观测者来说，不仅没有参与地球的自转，也没有参与地球的公转，因此我们就会看到三种运动，如图26所示：

第一种运动：重物垂直下落。

第二种运动：重物沿着与地面相切的方向向东运动。

第三种运动：重物围绕着太阳旋转。

在第一种运动中，由于物体下落的高度是0.5千米，可知它落到地面花费的时间是10秒；在第二种运动中，假设事发地在莫斯科，那么它的路程可以用纬度来计算，即0.3×10=3千米；在第三种运动中，它的速度是30千米/秒。所以，在10秒的时间内，重物沿公转轨道运行了300千米，比前两种运动大很多。对于太阳上的观测者来说，可能只看到第三种运动。如图27所示，在这个时间里，地球向左移动了很长的距离，而重物只下落了一点。需要指出的是，图中的比例尺并不标准，在10秒内，地球最多移动300千米，但图中大约是10000千米。

我们可以再深入讨论下：如果我们在地球、月球和太阳之外的一个星球上观察这个自由落体，还会发现第四种运动。这种运动是与该星球的一种相对运动，方向和大小取决于太阳系和这个星球的相对运动。如图28所示，假设这个星球也在太阳系中运动，速度是100千米/秒，跟地球公转的轨道平面形成锐角。那么，重物在10秒时间里将沿着该方向移动1000千米，此时物体的运动路径会变得很复杂。当然，如果在另一个星球上，观察到的可能又是另外一种路径了。

说到这儿，可能有读者朋友会想：如果在银河系之外观察，又会是什么样呢？对于银河系跟其他宇宙天体的相对运动，观察者都不会参与。实际上，依照前面说的，我们已经知道，从不同的角度观察物体的下落，看到的情况都不一样。