[课外阅读]《两小儿辩日》的科学解释

发布时间:2019-12-02 03:25:32   来源:文档文库   
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《两小儿辩日》的科学解释

一儿日:“日初出大如车盖,及日中则如盘盂,此不为远者小而近者大平?”

一儿日:“日初出沧沧凉凉,及其日中如探汤,此不为近者热而远者凉乎?”

应该说在一般情况下,两个小孩子的经验是正确的。即同样一个物体,在远处的时候显得小,在近处显得大(视觉);同样一个热源,在远处的时候我们感觉凉,在近处的时候感觉热(触觉)。

但是为什么他们会得出相反的结论呢?只能是因为他们的这种经验在这种情况下不再成立了。

一、为什么早上的太阳比中午看起来大?

早晨和中午的太阳距离地球的远近是一样的。为什么早晨的太阳看起来较中午时大呢?这是视觉的差误、错觉。同一个物体,放在比它大的物体群中显得小,而放在比它小的物体群中显得大。同样道理,早晨的太阳,从地平线上升起来的背衬是树木、房屋及远山和一小角天空,在这样的比较下,此时太阳显得大。而中午太阳高高升起,广阔无垠的天空是背衬,此时太阳就显得小了。其次,同一物体白色的比黑色的显得大些,这种物理现象叫做“光渗作用”。当太阳初升时,背景是黑沉沉的天空,太阳格外明亮;中午时,背景是万里蓝天,太阳与其亮度反差不大,就显得小些。

网上还有另外一种解释,说是早上太阳比较大与大气光折射最后成虚像的视角有关,或者说由于早上空气中水分的含量大,造成阳光在传播过程中被折射,就像放大镜的原理一样,看起来大了。这类解释不怎么令人信服。前者说与大气光折射有关,比较模糊,何况中午就没有大气光折射了?后者说早上空气水分含量大,要是干旱的地方,这种解释根本就是胡说了。

二、为什么早上凉,中午热?

主要原因是早晨太阳斜射大地,中午太阳直射大地。在相同的时间、相等的面积里,直射比斜射热量高。同时,在夜里,太阳照射到地面上的热度消散了,所以早上感到凉快;中午,太阳的热度照射到地面上,所以感到热。温度的凉与热,并不能说明太阳距离地面的远与近。(是气温,大气的温度有积累)

三、 到底是早上太阳离我们近,还是中午离我们近呢?

首先,肯定的说,早上的太阳和中午的太阳离我们的距离是不一样的。虽然这个距离的差距和地球与太阳之间的距离比起来是非常的小,但是还是有远近之别的。

这和近日点和远日点有关。所谓近日点就是地球公转轨道上离太阳最近的一点。远日点就是地球公转轨道上离太阳最远的一点。假定以太阳为地球公转轨道的中心(实际上并不在椭圆的中心),画一个椭圆(注意,,和X轴相交的两个是远日点,和Y轴相交的两个点是近日点。当地球从近日点向远日点转动的时候,早上的太阳离我们近,中午的时候太阳已经向远日点运动一段时间了;当地球从远日点向近日点转动的时候,早上的太阳离我们远,中午的时候太阳已经向近日点运动一段时间了。

当然这里还有地球自传的因素。上面的分析结论是在忽略地球自转的因素下得出的。前苏联的别莱利曼,他在《趣味天文学》中指出:从中午到日没,太阳距离平均变化约7500公里,比地球自转造成的距离变化6400公里大些;我国著名天文学家戴文赛教授更进一步的指出:地球绕日轨道是椭圆形的,在通过近日点和远日点时(1月初和7月初),日地距离周日变化小到1500公里;而在4月初和10月初,日地距离周日变化可达43 000公里;在地球不同纬度上,地球自转引起的距离变化不同,在地球南极或北极,这个论题就不能成立,因为太阳中天为中午,日出地平线为早,日落地平线为晚,而在那里谈不到早、午、晚;地球自转轴与公转轴不是平行的,有23.5°交角。

所以,太阳中午与早上距离地球远近的问题需要综合考虑三个因素:一是近日点和远日点的因素,即地球公转造成的距离变化因素,二是地球自传造成的距离变化因素,三是观察点位于地球上纬度的因素。

综合以上因素,(我国著名天文学家戴文赛教)戴教授对这个看来简单的问题作了精密的计算研究,于1955年在《南京大学学报》上发表论文《太阳与观测者距离在一日内的变化》,之后,又于1955815日在《光明日报》上发表了科普文章。他说:这个问题的解对于不同纬度的地区是不同的。对北京来说,1215日到122日,中午的太阳比早晚都近;122日到65日,太阳中午比早远,比晚近;65日到81日,中午的太阳又比早晚都近;81日到1215日,太阳中午比早近,比晚远。其中122日和65日两天,太阳早、午距离相等;81日和1215日两天,太阳午、晚距离相等。这是用1954年的数据计算的,但可以适用100年。即使在100年后,相差也不过一天。

呵呵,看到这里,大家不知到明白没有?我们中国古代的小孩真的是非常聪明啊,这个问题难倒了大圣人孔子,难倒了东汉的大学问家王充,前苏联的科学家也只能给出了不正确的解释,直到1955年,才由我们中国的科学家给出了完满的解释。对于生活在春秋时期的人们来说实在是太深奥了。不过古人这种善思、好问的品质是值得我们学习的。没有思考就没有探索,我们相信不论探索有多艰难,计算有多繁杂,只要经过一代又一代人的努力,一定会揭开自然界的许多秘密,计算太阳与地球之间距离的变化,就是经过一代又一代人努力的结果。

本文来源:https://www.2haoxitong.net/k/doc/4df5d618c67da26925c52cc58bd63186bceb928b.html

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