在“魔球”里

在美国，一个企业家为了供游人娱乐消遣，建造了一个有教育意义的转盘，是一个旋转着的球形屋子。坐在它里面的人都会有一种异常的感觉，我想这种感觉恐怕只有在梦中或者神奇的童话故事里才有。

让我们先讲一下站在一个快速旋转的圆形平台上的人所得到的感觉。

前面讲过，旋转运动要把人抛向外面，你站的地方离中心越远，使你倾斜和把你向外拉的力量就越大。如果闭上眼睛，你就会觉得，你不是站在水平地面上，而是站在一个斜面上，这是很难使身体保持平衡的。让我们看一下，这时候有哪些力量作用在我们身上（图34），就会明白：旋转运动把我们的身体向外拉，而重力把我们的身体向下拉。两种运动，按照平行四边形规则，使我们受到一个向下倾斜的合力。平台旋转越快，这个合力也就越大，倾斜度也越大。

现在，先想象一下，平台的边缘是向上弯的，并且你站在这个倾斜的边缘上（图35）。如果平台不动，你在这个位置上就站不住脚，就会向下滑或者甚至跌倒。如果平台是旋转的，那就是另外一回事了：那时候，在一定的速度下，这个倾斜平面对你来说，就像是一个水平面，因为两个作用在你身上的合力所指的方向也是倾斜的，并且同平台倾斜的边缘呈直角[ 顺便说一句，也可以解释，为什么在铁路转弯处外面的铁轨总比里面的铁轨铺得稍微高些，为什么给骑自行车和摩托车准备的赛道要朝里面倾斜一些；为什么专业长跑运动员能够沿着倾斜得很厉害的圆形跑道跑步。]。

如果旋转着的平台是这样一个曲面，它的表面在一定的速度下每个点都跟合力垂直，那么站在平台任意一点上的人，都会觉得自己是站在水平的平面上。用数学计算可以发现，这样的曲线曲面是一种特殊的几何体——抛物体——的面。如果把一个装着半杯水的玻璃杯，沿着竖直轴快速旋转，可以得到：玻璃杯边缘的水升高了，杯中心的水低了下去，那么它的表面就成了一个抛物面。

如果倒入杯中的不是水而是熔化了的蜡，并且继续旋转杯子，直到杯里的蜡冷却结成固体为止，那时候这个凝结成的表面就会是一个准确的抛物面。在一定的旋转速度里，那样的表面对于重物来说就好像一个水平面，放在它上面任何一点的小球，都会停留在那里，而不会滚下来，如图36所示。

现在就很容易理解“魔球”的结构了。

“魔球”的底部（图37）是一个很大的旋转平面，这正是一个抛物面。由于平台下的隐藏机件，使旋转进行得非常顺利。虽然如此，如果周围的物体没有与他们一起移动，平台上面的人也还会感到头晕；为了使平台上的人感觉不到自己在运动，就在平台的外面，罩一个不透明的玻璃做的大球，并且让它和平台本身转得一样快。

“魔球”或者“神奇”球体就是这种转盘构造，你要是站在这种“魔球”里的平台上，会有什么感觉？当它旋转的时候，在你脚下的地面就变成水平的了。无论你站在该曲面的哪一点——或者台轴附近，那里的地板确实是水平的；或者台的边缘，那里是45°的斜面，你都会觉得它是水平的。眼睛能够清楚地看到这是个曲面，可是你的肌肉却感觉到你是站在平坦的地方。

感觉和视觉彼此互相矛盾。如果你从平台的这一边走向平台的另一边，那么你会觉得整个大球好像跟肥皂泡一样轻，随着你身体的质量往哪边移动，它就往哪一边倾斜。因为在所有的点上，你都会觉得自己是站在水平面上。而斜着站在平台上的别人的位置，在你看来就一定显得极不平常：你会觉得这人就像苍蝇一样在墙上走，如图38、图39所示。

如果把水泼在“魔球”的地面上，水就会沿着曲面散开来，铺成薄薄的一层。球里面的人会觉得这里的水像是站在自己面前的一堵斜墙。重力定律在这个神奇的球里好像失去效力了，而我们也好像是到了童话般的奇妙世界里……

飞行员在转弯的时候会有相同的感觉。如果他以每小时200千米的速度沿着一个半径为500米的曲线飞行，那么他一定会觉得地面变成了倾斜16°的斜坡[ 参照《趣味力学》第五章。]。

在德国，为了进行科学研究，曾经建造了一个类似的旋转实验室。如图40所示，圆柱形的屋子直径是3米，旋转速度能达到每秒50转。因为屋子的地板是平的，那么在它旋转的时候，靠墙站着的观察员感觉屋子是向后倾斜的，而他本身也不得不半倚靠在斜墙上，如图41所示。