1.6　车轮之谜

倘若你把一张彩纸贴在自行车（当然手推车也行）的车胎上，随着自行车向前移动，一个奇怪的现象出现了：当彩纸处在车胎与地面相接触的那一段时，你可以清晰地辨别彩纸在移动；但是，当它处在车轮上端时，却瞬间就闪过去了，你压根就没法看清。

如此看来，车轮的上半部似乎要比下半部转得快些。这种情形其实很常见，你稍微留点心，随便观察一辆在路上行驶的自行车，注意一下车轮的上下轮辐，你就会看到轮子的上半部的轮辐几乎连成一个大扇形，而下半部的呢，根根轮辐清晰可见。不用说，这会更加肯定你之前的猜想，车轮的上半部转动速度比下半部要快些。

那么，这个奇怪的现象究竟是怎么回事，如何解释呢？道理其实很简单，你的猜想是对的，车轮的上半部的确比下半部转动得快些。难道在同一车轮上，各处的转动速度会不一样？真令人费解。然而你再细细想一下就会明白，特别是结合上一个问题，更会毫不犹豫坚信自己的猜想。

和在地球上居住的我们的情形相似，不停滚动的车轮上的每一点其实也在做两种运动：随轴向前移动和绕轴转动。不用说，这两个运动应该叠加起来。很显然，车轮的上半部和下半部运动叠加的结果不相同。对于车轮的上半部来说，车轮随轴向前平移的速度应该加上其旋转的速度，因为这两个运动的运动方向都是向前移动。而对于车轮的下半部来说，其旋转的方向却是向后的，因此两运动叠加的结果是车轮随轴向前平移的速度应该减去其旋转的速度。这样一来，对于站在路旁不动的观察者来说，车轮上半部自然要比下半部移动得快一些。

我们可以做一个简单的实验来证明这一事实。

在车轮旁竖立一根木棍（如图1-6），使这根木棍紧贴车轮的轴心，然后，沿着直立的木棍用粉笔或记号笔在轮缘上标出最上端A点和最下端B点。现在，稍稍滚动一下车轮，再来比较A点和B点离开木棍的距离，很显然，B点只稍微移动了一点，而A点移动的距离大得多。

图1-6　要证明车轮上半部比下半部移动得更快，只要比较车轮上A、B两点到固定木棒之间的距离就行了