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车轮速度谜题-我最喜欢的趣味物理书

时间:2023-11-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:确实,滚动着的车轮上端比车轮的下端移动得更快一些。在车轮的上端,车轮自身的旋转方向和车轴前进的方向相同,速度要相加;对车轮下端来说,两个运动方向相反,速度叠加的时候要相减,所以速度自然会慢。因此,在一旁处于静止状态的我们看来,车轮上端移动的速度就比下端要快。这两个标记,应当是木棍通过车缘的位置。接着,慢慢地滚动车轮,让轮轴离开木棍20~30厘米,刚刚做出的两个标记,都移动了一定的距离。

车轮速度谜题-我最喜欢的趣味物理书

你可能也玩过这个游戏:把一张带颜色的纸片贴在自行车车轮的轮圈侧面,在自行车前进的时候,就能观察到一个奇妙的现象:当纸片转到车轮的最底端时,我们能清晰地看到纸片的移动;可当纸片转到车轮最顶端的时候,一闪就过去了,根本看不清楚纸片的移动。

这种现象会让我们觉得,车轮的上端好像比下端转动得快。如果你随便找一辆行进中的车子,从上下轮辐上看,也会发现车子的上轮辐几乎连成一片,而下轮福就可以一根一根地清楚看见。那么,车轮的上端真的比下端转得快吗?

现在,让我们揭开谜底。确实,滚动着的车轮上端比车轮的下端移动得更快一些。这个事实似乎令人难以置信,但只要简单地分析一下,就很容易理解了。

前面我们说过,在旋转着的物体上,每一个点的运动都是由两部分叠加而成的,车轮也是如此:一个是绕车轴旋转的运动,一个是跟车轴共同向前的运动。这就跟地球的运动如出一辙,我们在这里看到的也是两个运动的叠加,而运动叠加就导致车轮上端和下端的运动速度不同。在车轮的上端,车轮自身的旋转方向和车轴前进的方向相同,速度要相加;对车轮下端来说,两个运动方向相反,速度叠加的时候要相减,所以速度自然会慢。因此,在一旁处于静止状态的我们看来,车轮上端移动的速度就比下端要快。(www.xing528.com)

为了证明上面的这个结论,我们不妨再做一个简单的实验,如图6:

在一辆车子的车轮旁边插一根木棍,这个木棍必须竖直地穿过车轮的轴心,然后用粉笔在车缘的最上端和最下端分别做一个记号,标记成A和B。这两个标记,应当是木棍通过车缘的位置。接着,慢慢地滚动车轮,让轮轴离开木棍20~30厘米,刚刚做出的两个标记,都移动了一定的距离。然而,A移动的距离比较长,B移动的距离却很短。

图6 如何证明车轮上端比下端运动得快?

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