趣味物理学
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5.什么时候我们绕太阳移动得更快——白天还是夜间

有一次,巴黎的一份报纸刊登了这样一则广告,它向民众承诺,只要有人愿意出25个生丁(法国辅币名,100生丁等于1法国法郎),就告诉他一个既便宜,还不感到疲惫的旅行方法。有人相信了这个承诺,寄去了25个生丁,之后每个人都收到了这样一封回信,内容如下:

“公民,请安静地躺在你的床上,并且牢记我们的地球正在旋转。在巴黎的纬度49°上,你每天都会移动25 000 km。假如你喜欢观赏沿途漂亮的风光,就请打开窗帘,尽情地欣赏美丽的天空吧。”

想出这个主意的人被指控欺诈读者,遭到了起诉。听到判决后,他支付了应交的罚款。据说他摆出了一个极富戏剧性的手势,庄重地重复了伽利略的经典话语:

“不过,无论怎样地球的确还在转动啊!”

从某种意义上讲,被告的话是对的,因为地球上的所有公民不仅在围绕地轴进行“旅行”,而且还在地球的带动下以更快的速度围绕太阳旋转。每一秒钟,我们居住的行星以及所有公民都会在宇宙中移动30km,与此同时,我们还围绕着地轴旋转。

因此,我们可以问一个十分有趣的问题:我们这些地球公民到底在什么时候移动得更快,白天还是夜晚?

这个问题或许会让人摸不着头脑,因为地球总有一面是白天,另一面是黑夜。那我们的问题还有意义吗?

似乎完全没有意义,不过事实绝非如此。因为我们问的问题并不是什么时候地球转动得更快,而是什么时候我们这些生活在地球上的人在宇宙中移动得更快。这已经不是没有意义的问题了。我们在太阳系中进行两种运动:围绕太阳公转,同时又围绕地球的地轴自转。将两种运动合在一起,结果就不言自明了,这取决于我们在地球上的位置是白天所在的半球还是黑夜所在的半球。看一下图6你就明白了,子夜时分地球的速度是公转速度加上自转速度,而中午时分则刚好相反,地球的速度是公转速度减去自转速度。也就是说,我们当时所在某一地点在太阳系中的移动速度,子夜时分要快于中午时分。

图6 处于地球夜半球的人比昼半球的人运动速度更快

赤道上的各点速度约为0.5km/s,对于赤道地带来说,午间的移动速度与子夜速度的差别可以达到1km/s。了解几何学的人可以轻松地算出,在列宁格勒(现称“圣彼得堡”,位于北纬60°),这一差数只有一半左右:子夜时分,列宁格勒的居民在太阳系中的移动速度仅仅比中午时分慢了0.5km/s。