车轮之谜_趣味物理-查字典物理网

车轮之谜

查字典物理网 2013-03-25

车轮之谜由查字典物理网资料整理

试把一张颜色纸片贴在手车的车轮(或者自行车的车胎)上，就可以在手车(或者自行车)行动的时候看到一种不平常的现象：当纸片在车轮跟地面相接触的那一端的时候，我们可以清楚地辨别纸片的移动;但是，当它转到车轮上端的时候，却很快闪过去了，使你来不及把它看清楚。

怎样证明车轮的上半部比下半部移动得更快?请比较滚开了的车轮上A、B两点跟固定不动的木棒之间的距离。(右图)

这样看来，车轮的上部仿佛要比下部转动得快些。这种情形你也可以在随便哪辆行驶着的车子的上下轮辐上看到，你看到的是轮子的上半部轮辐几乎连成一片，而下半部的却仍旧可以一条一条辨别清楚。这儿又使人产生一个印象，仿佛车轮的上半部要比下半部旋转得快些。

那么，这个奇怪的现象要怎样解释呢?这个解释很简单，只不过由于车轮的上半部的确要比下半部移动得更快一些罢了。这件事实初看的确不大好懂，但是只要这样想一下就会对这个结论完全相信：你知道滚动着的车轮上的每一点都在进行两种运动──绕轴旋转的运动和跟轴同时向前移动的运动。因此，就跟前节所说地球的情形一样，两个运动应该加合起来，而这加合的结果对于车轮的上半部和下半部并不相同。对于车轮的上半部，车轮的旋转运动要加到它的前进运动上，因为这两个运动都是向同一方向的。但是对于车轮的下半部，车轮的旋转却是向相反方向的，因此也就要从前进运动里减了下来。就一个静止观测的人看来，车轮上半部移动得比下半部更快一些，原因就在这里。

为了证明事情的确是这样，可以做一个简单的实验(如图)。把一根木棒插在一辆车子的车轮旁边的地上，使这根木棒恰好竖直通过车轮的轴心，然后，用粉笔或炭块在轮缘的最上端和最下端各划出一个记号，这两个记号应该恰好是木棒通过轮缘的地方。现在，把车轮略略滚动，使轮轴离开木棒大约20-30厘米，然后再去看看方才的两个记号有了怎样的移动。上面的一个记号A移动了一大段距离，而下面的那个记号B却一共只离开木棒一点儿──上面的A点比下面的B点显然是移动了更大的一段距离。

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