理论教育 趣味数学:揭秘河中星空,观察者是否能看到

趣味数学:揭秘河中星空,观察者是否能看到

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:如何证明观察者在河中其实看不到∠BA'C之外的星星呢?我们分析到这里,你就可以知道果戈里对于星空的描写带有文学性的夸张成分,第聂伯河中的星星并不是天空中所有的星星,事实上,天空中的星星比映照河中的要多得多。图29在河岸低矮、河道狭窄的河中能够看见更多的星星

趣味数学:揭秘河中星空,观察者是否能看到

作家果戈里曾经对第聂伯河有一段描写,“群星在黑色的夜幕中闪闪发光,它们的倒影全部落入了第聂伯河中,第聂伯河拥抱着它们,没有一颗星星能够逃脱,除非它们自己幻灭。”果戈里对于第聂伯河的描写既真实也富有文学性。当人们站在河岸边时,会感觉漫天的繁星都映照在河流中,但是河流中真的能看到所有的星星吗?

请看图28,MN是河水的水面,A是站在河岸边的观察者的眼睛位置,观察者从A点望向河面,可以看到哪些星星呢?

图28 在镜子里,你能看到哪一部分的星星

为了回答这个问题,我们从点A做一条垂直于MN的直线AD,并将AD延长到A',使AD=DA'。如果观察者的眼睛位于点A,从A点仰望星空,他能看到的实际上是∠BA'C以内的星空,位于∠BA'C以外的星星,观察者实际上是看不到的。

我们应该如何证明这一点呢?如何证明观察者在河中其实看不到∠BA'C之外的星星呢?比如,如何证明我们无法看到星星S呢?(www.daowen.com)

我们根据光的反射定律,将S投射到离河岸比较近的M点的光线路径作为研究对象,S点的光线在MP的角度从水面发生反射,沿着和MP相等的入射角SMP的角度从水面上发射出去。从△ADM、△A'DM两个三角形是全等三角形可以得知,∠SMP的角度要小于∠PMA的角度,这证明了星星S反射的光线并不在∠BA'C的范围内,而是从A点旁经过。如果星星S的光线被河水反射的地点离河岸的距离比M点离岸更近,那么反射光线与观察者的距离也更远。

我们分析到这里,你就可以知道果戈里对于星空的描写带有文学性的夸张成分,第聂伯河中的星星并不是天空中所有的星星,事实上,天空中的星星比映照河中的要多得多。而且更加出乎人意外的是,并不是越宽广的河流看到的星星就越多。在河岸低矮、河道狭窄的河岸边,你俯下身来,找到一个合适的角度,你会发现,你看到的星空更为广阔,正如图29中所示。你可以试着证明一下,会发现结果令你惊叹。

图29 在河岸低矮、河道狭窄的河中能够看见更多的星星

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