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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。

图24 对地球上的观

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。

图25 从月球上看地球上重

图26 地球上物体垂直下落的同时,也沿着与地面相切的方

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。

图27 从太阳上观察地球上垂直落下物体的运动轨迹。

图28 从地球、月球、太阳之外的另一个星球上观察地球上 vkUdVesbQkOOy8Lh3jaDvFdNUllETJp0RxEOTvWBwPOO9SUIYjqwo2jMTVD3voij

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