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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