有时候我们会忽然看到自行车轮胎上粘了一张纸条什么的,当纸条位于滚动的车轮上方时我们还能看清它的运动轨迹,然而一旦随着车轮的转动它变成位于车轮顶部时,往往还没看清它怎么动,它就又跑到车轮下方去了。再看下滚动着的车轮的上部和下部的辐条,竟然也是这样。轮胎下部的辐条一根一根清晰可见,然而轮胎上部的却连成一片影子,无法看清。这究竟是为什么呢?难道车轮上部要比车轮下部移动得快?
事实确实如此。产生这种现象的原因是由于对于滚动中的轮胎来说,它上面的每一个点都在做两种运动,一种是围绕着车轴旋转的动作,另一种是同车轴一起向前移动。这两种运动同时进行,从而出现了两种运动的合成。运动合成的结果对于车轮上下两个部分的作用各不相同。对于车轮上部来说,由于两种运动的运动方向相同,所以车轮绕着车轴旋转的速度要加上车轮前进的速度。而对于车轮下部来说,旋转运动的方向同前进运动的方向相反,所以车轮下部运动的速度是两者的差。车轮上部运动的速度要大于车轮下部运动的速度。
如果仅从原理上你还是不能很好地理解,那么不妨用一个小实验来验证(见图1-5)。在一辆静止不动的车的车轮旁的地上插一根棍子,让棍子正对着车轴并垂直于地面。对照着棍子用粉笔或者木炭标示出轮圈的最高点 A 和最低点 B ,然后缓慢让车向右方滚动一下,让车轴离开棍子20~30厘米,观察移动过程中做好的记号。你就能够清楚地看到上面的标记 A 要比下面的标记 B 移动得多得多。
图1-5 证明车轮的上半部比下半部运行得快,试比较右图上的 A 点和 B 点与固定的棍子之间的距离