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疑难之我见(一)

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众所周知,地球每天以恒定的速度绕着一根假想轴——地轴在自转,这对于北半球观察者来说,它的自转方向为逆时针,而对于南半球的观察者,它的自转方向则是顺时针,无论是顺时针还是逆时针自转,其实地球都是在按同一个方向自转,即地球自转的方向是一致的,只是观察者站得方位和角度不同罢了,我想这是很好理解的。

在教科版五(下)科学教材中有这样一课——北极星“不动”的秘密,其中关于“北极星周围的星星旋转的方向”,旧版教材的观点是“其他的星星每天都围绕北极星在顺时针旋转”,而新版教材则改成“其他的星星每天都围绕北极星在逆时针旋转”。

 

教材毕竟是教材,由于涉及面广,这一改非同凡响,引起了极大的震动,为此,大家也众说纷纭。

 

那每天都围绕着北极星旋转的其他星星,到底是在逆时针旋转还是顺时针旋转呢?想要回答这个问题,还得从相对运动说起。

 

旧版教材之所以说“其他的星星每天都围绕北极星在逆时针旋转”,其根据是观察者坐在旋转木马上看周围的景物所产生的“相对运动”。其实,这是很明白不过的,如果观察者坐在旋转木马上看周围的景物,如树木、高楼等,这些景物的“运动方向”和旋转木马的运动方向是相反的,于是根据北半球地球自转方向是逆时针的,自然可以得出“其他的星星每天都围绕北极星在逆时针旋转”。

 

那新版教材为什么要改为“其他的星星每天都围绕北极星在逆时针旋转”呢?我们还是从观察者坐在旋转木马上看周围景物说起,当旋转木马转动起来,观察者看到地面上的景物肯定是在做“相反的运动”,原因很简单,旋转木马和地面上的景物是在同一个平面(钟面朝上),它们在方位上也是一致的。那空中的景物呢?实际上如果把空中的景物、地面上的景物及旋转木马视为同一个平面、同一个方位(钟面朝上),其实它们的“运动方向”也是一样的,不信,你晚上坐在旋转木马上看地平线附近的星星,很容易发现地平线附近的星星和大树、高楼一样,都在做和旋转木马“相反的运动”。但如果视天上的景物为另一个平面(钟面朝下),即和旋转木马(钟面朝上)为非同一个平面时,那坐在旋转木马上的观察者看天上的景物——星星是在做逆时针的“相对运动”,当然这也是新版教材的观点。

 

但实际上,人们在北半球观察(仰视)北极星周围的星星,仍然是把北极星周围的星星视为和观察者在同一个平面且同一个方位上(钟面朝上),而不是把北极星周围的星星看作是在另一个平面上及相反的方位(钟面朝下),所以人们在北半球观察北极星周围的星星是在顺时针而非逆时针旋转。如果一定要说“北极星周围的星星是在逆时针旋转”,那犹如北半球的观察者问南半球的观察者,地球自转的方向是怎样的?南半球的观察者则会给出地球在顺时针自转。此时,北半球的观察者能说这个答案是错的吗?显然不能。实际上,新版教材提出“北极星周围的星星是在逆时针旋转”这一观点时,真的让广大教者颇为迷惑,为此,公众号“大科学家”“理科陈老师”等为帮助大家的理解,建议大家以南半球的观察者来想象“北极星周围的星星是在逆时针旋转”,在这里我们不谈南半球的观察者是否能够看到北极星及周围的星星,请允许直言,这个建议犹如前言“北半球的观察者问南半球的观察者,地球自转的方向是怎样的?”你说,能够得到一致的答案吗?!因为两个观察者是在不同的平面和方位上来讨论此问题。

 

实际上,我们说太阳、月亮、星星每天都在东升西落,我们说地球是在自西向东围绕地轴自转,其实我们已经视太阳、月亮、星星和地球上的观察者为同一个平面、同一个方位(钟面朝上),犹如坐在旋转木马上的观察者视天上的星星为地面上的大树、高楼一样,星星、大树、高楼是在做“反方向的相对运动”。为此,我还是认为北半球的观察者看到的是“北极星周围的星星是在顺时针旋转”。

 

 

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