要解释这一现象,先要谈谈乘船。当我们乘船在江河里航行时,两岸的景色快速移过,我们就会觉得船行得非常快;如果我们乘轮船在大海里航行,站在甲板上,海天一色,海鸥追逐着轮船飞行,看上去好像被吸在船旁边一样,那时船似乎航行得很慢。其实,大多数情况下,大海里的轮船航行得比江河里的船快多了。可是为什么我们感觉江河里的船快呢?乘船在江河里航行时,我们看到两岸在迅速向后“移动”,常识告诉我们,
江岸是不会移动的,于是我们意识到这是所乘的船在移动,江岸移动得越快,表明船航行得越快。而当我们乘轮船在大海里航行时,外界没有什么明显的物体可以判断轮船在迅速行进,于是我们觉得船行得很缓慢。这在物理上就是一个
参照物的选择问题。
地球是艘宇宙间的“小船”。如果在它运行的轨道旁,也有江河两岸那样的景色,我们就很容易感觉到地球的转动了。可近处没有这样的东西,只有远处的星星似乎可以帮助我们。但星星离我们实在太远了,在短时间里,由于我们没有可以对照的外界事物,因此很难感觉出地球的转动。而且,我们周围的一切物体,也与我们一样随地球一起转动。此外,不要忘记太阳的东升西落也是
地球自转的结果。
怎样证明地球是自转的呢?自从
哥白尼发表了
《天体运行论》一书,提出了地球自转的概念以后,许多实验都证明了地球自转的存在。如果你有机会到
北京天文馆里去一次的话,可以看到大厅中央悬挂着一个重锤。当你进入天象厅前,注意一下重锤摆动的方向,并看一下此时刻度盘上的角度,等你从天象厅出来再看一看,会发现重锤摆动的方向沿着顺时针方向转过了一个角度。这就是有名的“傅科摆”。这个简单的摆可以证实地球自转的存在。因为摆具有一个特性:总是保持自己的摆动方向。如果地球是静止不动的,那么我们看到摆的摆动方向应该不变,但由于地球在自转,观测的人改变了位置,自己觉察不到,就以为摆的方向改变了。其实摆的方向没变,是人和摆下面的刻度盘随地球自转了一个小角度。
还有一些现象可以证明地球的自转。例如:从很高的塔上自由落下一个铁球,发现它下落的方向总是要偏东一些。原因是物体在高塔上时,已经具有一个随地球自转而向东移动的速度,由于高塔上比地面距离地球转轴远,这个速度比地面随地球旋转而向东移动的速度大一些。当然这里用到了
向心力的一些概念和知识,有兴趣的同学可以再详细了解一下。
另外,地球上有东北信风和东南信风,它们也是受地球自西向东自转的影响而造成的。在地球自转的影响下,地球上水平运动的物体,无论朝哪个方向运动,都会发生偏向。在北半球,河流总是右岸容易被冲蚀,气流水平运动时向右偏,发射出去的炮弹也是向右偏;在南半球,河流总是左岸容易被冲蚀,气流水平运动时向左偏,发射出去的炮弹也是向左偏。
人体的位觉感受器官主要是来自内耳的半规管,半规管的生理作用是感受正负角加速度的刺激以判定我们是否在运动中。因为地球的自转是均速的,向心力(俗称
离心力)与重力也是恒定的,所以我们生理上是感觉不到地球的转动的。
而且人们一般所见
参照系也是随地球同步均速转动的,所以不能判定是否有运动,而且千古以来,人类早就习惯了。还有地球运转速度为每秒30公里。地球有
大气层包围,地球表面大气层下空间是相对稳定的。所以人们感觉不到地球在转动。