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趣味物理学
1.3.8 1.8 不是开玩笑的问题
1.8 不是开玩笑的问题

下面还有一个问题也十分有趣:假定有一列火车从甲地开往乙地,那么,在这列火车上有没有可能出现这样的一些点,相对于铁轨来说,正以反方向移动——即从乙地向甲地移动呢?

你该不会纳闷怎么会出这么荒唐的题目吧?其实一点也不荒唐,事实上每一瞬间,列车上的每一个车轮上都有一点在做反方向移动。那么,这些奇怪的点究竟在车轮的什么地方呢?

好了,不兜圈子了,让我直接告诉你,我们知道火车的轮缘上有一个向外凸出的边,那向外凸出的边上最低点,在火车向前奔驰时,它不是向前而是向后移动!

是不是有些奇怪?那好,我们还是做个实验来加以印证。找一个圆形物,不论是硬币、纽扣或者其他类似的东西都行,用蜡把一根火柴粘在这个圆形物的直径上,以便留出一长截在圆形物外面。然后,找一把直尺,将这个圆形物放在直尺边缘的C点(如图1-7),让它开始从右滚向左,你就会清楚地看到火柴上的F、E、D各点并不是跟着向前移动,反而向后倒退,而且当圆形物向前滚动时,火柴上的点离圆形物的边缘越远,其倒退的现象也越明显(D点移到了D'点)。

现在我们明白了,当火车前行时,车轮向外凸出的边的下端,应该是向后倒退的,正如我们做的这个小实验的火柴外露部分一样。

现在,你该不会再奇怪了吧,急驰的火车确实有一些点不是向前移动而是向后倒退的。当然,这些点反方向的移动持续时间很短,总共才几分之一秒,以致在我们固有思维里可能根本没有这种意识,但不管怎样说,在急驶的火车上,总有些点做反方向移动。关于这一点,从图1-8和图1-9上,我们可以得到更好的解释。

图1-7 硬币向左边滚动时,火柴上露在硬币外的F、E、D各点明显向右边移动

图1-8 火车车轮向左滚动,它的凸出部分下端向右移动

图1-9 上图表示车轮滚动时,其上每一点的运动轨迹(是一个摆线),下图表示车轮凸出部分各点的运动轨迹