如何描述運(yùn)動(dòng)

宋曉樓

第一次世界大戰(zhàn)期間，一名法國(guó)飛行員在2000米的高空飛行時(shí)，發(fā)現(xiàn)臉旁有一個(gè)小東西，以為是一只小昆蟲在游動(dòng)，便敏捷地一把抓了過(guò)來(lái)，令他吃驚的是，抓到的竟是一顆德國(guó)的子彈！我們知道，徒手抓住正在飛行的子彈一般是不可能的，那么這位飛行員怎么會(huì)有這么大的本領(lǐng)呢？

為了解答這一疑問(wèn)，首先要了解什么是運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)是個(gè)多義詞，這里要學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)不同于群眾性活動(dòng)或體育活動(dòng)，指的是物體位置的變化，為了含義明確，物理學(xué)里，把一個(gè)物體相對(duì)于另一個(gè)物體位置的改變，叫做機(jī)械運(yùn)動(dòng)，簡(jiǎn)稱“運(yùn)動(dòng)”.如圖1所示，小車從A處運(yùn)動(dòng)到B處，相對(duì)于地面，小車的位置發(fā)生了改變，我們就說(shuō)小車做了機(jī)械運(yùn)動(dòng).運(yùn)動(dòng)是宇宙中的普遍現(xiàn)象，人們以不同的方式描述運(yùn)動(dòng)，飛奔的獵豹在運(yùn)動(dòng)，劃破夜空的流星在運(yùn)動(dòng)，奔騰的江河在運(yùn)動(dòng)，看似不動(dòng)的房屋、樹木隨著地球的自轉(zhuǎn)也在運(yùn)動(dòng).機(jī)械運(yùn)動(dòng)是宇宙間最普遍、最簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)形式.

“他可前進(jìn)得真快呀？我們都追不上了”“司機(jī)同志，你說(shuō)我動(dòng)了嗎？不是一直都坐在這兒?jiǎn)幔俊薄澳銢](méi)動(dòng).”靜坐在汽車?yán)锏某丝停緳C(jī)說(shuō)他沒(méi)動(dòng)，路旁的孩子們卻說(shuō)他前進(jìn)得真快，一個(gè)說(shuō)他靜止、一個(gè)說(shuō)他運(yùn)動(dòng)，誰(shuí)說(shuō)得對(duì)呢？他到底是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的呢？?jī)蓚€(gè)人說(shuō)得都有道理，司機(jī)是以車廂作標(biāo)準(zhǔn)，看到乘客的位置沒(méi)有改變，所以司機(jī)說(shuō)他沒(méi)動(dòng)；而孩子們是以地面作標(biāo)準(zhǔn)，看到乘客的位置迅速改變，所以說(shuō)他運(yùn)動(dòng).我們可以做一個(gè)小實(shí)驗(yàn)（如圖3），把課本放在桌面上，課本上放一把尺子，推動(dòng)課本使它沿桌面緩緩向右運(yùn)動(dòng).說(shuō)說(shuō)看，課本是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的？若以桌面作標(biāo)準(zhǔn)，課本的位置發(fā)生了改變，課本是運(yùn)動(dòng)的；若以尺子作標(biāo)準(zhǔn)，課本的位置沒(méi)有改變，則課本是靜止的.可見(jiàn)，說(shuō)物體是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，要看是以另外的哪個(gè)物體作標(biāo)準(zhǔn)，這個(gè)被選作標(biāo)準(zhǔn)的物體叫“參照物”.一個(gè)物體經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，相對(duì)于參照物的位置改變了，我們就說(shuō)這個(gè)物體是運(yùn)動(dòng)的，位置沒(méi)有改變，就說(shuō)這個(gè)物體是靜止的.

“滿眼風(fēng)光多閃爍，看山恰似走來(lái)迎.仔細(xì)看山山不動(dòng)，是船行”是唐人抄本《敦煌曲子詞》中的一段詩(shī)詞.“看山恰似走來(lái)迎”“仔細(xì)看山山不動(dòng)”同樣是對(duì)山的運(yùn)動(dòng)的描述，為什么會(huì)有這樣兩種不同的描述結(jié)論呢？原來(lái)，“看山恰似走來(lái)迎”是以流逝的江水或行舟為參照物的，而“仔細(xì)看山山不動(dòng)”則是以地面或地面上靜止不動(dòng)的物體為參照物的.可見(jiàn)，描述一個(gè)物體是運(yùn)動(dòng)的還是靜止的，取決于所選擇的參照物，參照物不同，運(yùn)動(dòng)的描述往往不同，這就是運(yùn)動(dòng)和靜止的相對(duì)性.我國(guó)古書《考靈曜》上記載有“人在舟中閉目而坐，舟行而人不覺(jué)”，這是對(duì)運(yùn)動(dòng)和靜止相對(duì)性的生動(dòng)描寫，其中“舟行”是以河岸為參照物的.

那么，在具體物體運(yùn)動(dòng)的描述中，如何選擇參照物呢？參照物可以根據(jù)需要來(lái)選擇.可以選擇運(yùn)動(dòng)的物體、也可以選擇靜止的物體，但是不能選擇被研究物體本身作為參照物.參照物一旦選取，就假定它是不動(dòng)的.通常，研究地面上物體的運(yùn)動(dòng)，常選地面或固定在地面上不動(dòng)的物體作為參照物，在這種情況下，參照物可以略去不提.

2012年5月22日，美國(guó)“獵鷹9號(hào)”火箭把“龍”號(hào)飛船送入太空，在近兩個(gè)小時(shí)的時(shí)間內(nèi)，“龍”號(hào)飛船與國(guó)際空間站相伴而飛.空間站內(nèi)宇航員透過(guò)舷窗看到“龍”號(hào)飛船如圖4所示紋絲不動(dòng)、地球在緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)，宇航員選取的參照物是什么呢？

我國(guó)自1984年4月8日發(fā)射第一顆地球同步通訊衛(wèi)星以來(lái)，已經(jīng)陸續(xù)發(fā)射了多顆這類通訊衛(wèi)星，這類衛(wèi)星雖然繞地心轉(zhuǎn)動(dòng)，但是地球上的人卻覺(jué)得它在空中靜止不動(dòng)，這是為什么呢？這是因?yàn)榈厍蛲酵ㄓ嵭l(wèi)星和人隨地球轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢和方向相同，因此地球上的人才覺(jué)得它是靜止不動(dòng)的，而實(shí)際上通訊衛(wèi)星是在繞地心轉(zhuǎn)動(dòng).我們知道地球的自轉(zhuǎn)周期大約是24小時(shí)，因此地球同步通訊衛(wèi)星繞地心轉(zhuǎn)動(dòng)一周需要大約24小時(shí).

瞬息萬(wàn)變的世界里，物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)是非常普遍的，運(yùn)動(dòng)是宇宙中普遍的現(xiàn)象，也就是說(shuō)運(yùn)動(dòng)是絕對(duì)的、永恒的.普遍存在的永恒的“運(yùn)動(dòng)”中同時(shí)存在著“靜止”，而靜止只是相對(duì)的、暫時(shí)的.現(xiàn)在，我們能說(shuō)說(shuō)法國(guó)飛行員為什么有那么大的本領(lǐng)了吧？什么情況下我們也能抓住一顆飛行的子彈呢？

最后以一則趣味閱讀來(lái)結(jié)束本文.

巴黎報(bào)紙的一則廣告：“您只要給我們寄來(lái)2角5分錢就可以得到又經(jīng)濟(jì)又沒(méi)有絲毫危險(xiǎn)和疲勞的旅行方法.試試吧！”

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“先生，請(qǐng)您安靜地躺在您的床上，并且請(qǐng)您記牢：我們的地球是在旋轉(zhuǎn)著的.在巴黎的緯度49度上，您每晝夜要跑25000千米以上.假如您喜歡看看沿路美好的景致，就請(qǐng)您打開窗簾，盡情地欣賞星空的美景吧！”

廣告者被以欺詐罪帶上了法庭，判決時(shí)他鄭重地復(fù)述了伽利略的話：“可是，無(wú)論如何地球確實(shí)是在轉(zhuǎn)著的呀！”如果您是這位廣告者，您會(huì)如何進(jìn)行辯護(hù)呢？