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逆向而行

有一个很有趣的问题:一列从圣彼得堡到莫斯科的火车上,是否有一些点,相对于火车轨道来说,是朝反方向运动的呢?答案是肯定的。实际上,每个火车车轮在任一瞬间都有这种向反方向运动的点,它们位于每个车轮边缘上凸出部分的底部,当火车前进的时候,这些点向后移动。有个简单的小实验会向你证明这一切是怎么发生的。如图8所示,沿着一枚硬币的半径黏上一根火柴,确保火柴有一节是露在外面的,再把硬币放在尺子边上,在接触处标记C点,从右至左滚动硬币,可以看到火柴上的点F、E、D不但没有随硬币向前移动,反而向后退,火柴上离硬币边缘越远的点(如D点),倒退现象越明显。

图8 硬币从右向左滚动时,火柴上的F、E、D点向后运动

火车车轮上凸出的部分也如同实验中演示的那样,当火车向前运动的时候,那些部分向着后面移动。现在你应该明白了吧。当然,这种向后的运动持续时间非常短,不到1秒,但是这与我们的日常认知有点不一样,图9和图10可以很好地解释这个结论。

图9 当火车车轮向左滚动时,轮缘的下半部分向反方向滚动

图10 本图上方为车轮上的点前行时的滚动轨迹(即为摆线),下方为火车车轮凸出部分各点前行时的运动轨迹 OZw+CDYCutHJzXJgquH1JoHGGQ7G/rfFI9Abco/ggE+rdqHQL42QZV7aRpuxzV+4

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