趣味物理学
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小舟从哪里起航?

想象一只小舟正在横穿过湖,如图11所示,箭头a表示它的行动方向和速度,前面垂直驶来一只帆船,箭头b代表它的方向和速度。那么现在问,这只帆船是从什么地方驶来的?你一定能够立马指出是岸上的M点。但是如果再问坐在小舟上的人同样的问题,他的答案会完全不一样。这是为什么呢?

图11 帆船沿着与小舟垂直的方向行进,箭头表示速度和方向,小舟上的人会认为帆船是从哪里出发的呢

因为小舟上的人感受不到自身的运动,他们仿佛觉得自己在原地不动,而周围的一切都在以和他们一样的速度向反方向移动着,所以他们看不到帆船行进的方向是与他们垂直的。对于小舟上的人来说,帆船不只沿着b方向前进,还沿着与小舟前进的反向移动着,将帆船的实际运动与视觉运动按平行四边形法则叠加在一起(图12),就会使小舟上的人产生错觉,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,认为帆船的驶出点是岸上的N点,而不是M点。

图12 划船人感觉帆船是从N点驶来,而不是M点

当我们随地球沿着轨道进行公转时,根据我们所看到的星体发出的光亮来判断各星体的位置,那么,我们也犯了与小舟乘客判断帆船位置相同的错误。事实上,我们感受到的星体的位置,比其实际位置沿地球运动方向要往前一些。当然,地球移动的速度跟光速相比实在太渺小了(只等于光速的1/10000)。因此,星体的视位移也并不显著,但是这个位移还是可以用天文仪器来发现。这个现象叫作光行差。

假如这类问题引发了你的兴趣,那么,请你就上面所提的帆船问题,尝试回答以下几个问题:

(1)对于帆船上的乘客来说,他们觉得小舟正向什么方向行进?

(2)帆船上的乘客认为这只小舟要划向什么地方去?

要回答这两个问题,应该在图12中的a线上画出速度的平行四边形;这个平行四边形的对角线所示的方向就是帆船上的乘客认为小舟行驶的方向,以为小舟正在他们面前斜着前进,仿佛准备靠岸一样。