1.6 車輪轉動之謎

有時候我們會忽然看到自行車輪胎上粘了一張紙條什么的，當紙條位于滾動的車輪上方時我們還能看清它的運動軌跡，然而一旦隨著車輪的轉動它變成位于車輪頂部時，往往還沒看清它怎么動，它就又跑到車輪下方去了。再看下滾動著的車輪的上部和下部的輻條，竟然也是這樣。輪胎下部的輻條一根一根清晰可見，然而輪胎上部的卻連成一片影子，無法看清。這究竟是為什么呢？難道車輪上部要比車輪下部移動得快？

事實確實如此。產生這種現象的原因是由于對于滾動中的輪胎來說，它上面的每一個點都在做兩種運動，一種是圍繞著車軸旋轉的動作，另一種是同車軸一起向前移動。這兩種運動同時進行，從而出現了兩種運動的合成。運動合成的結果對于車輪上下兩個部分的作用各不相同。對于車輪上部來說，由于兩種運動的運動方向相同，所以車輪繞著車軸旋轉的速度要加上車輪前進的速度。而對于車輪下部來說，旋轉運動的方向同前進運動的方向相反，所以車輪下部運動的速度是兩者的差。車輪上部運動的速度要大于車輪下部運動的速度。

如果僅從原理上你還是不能很好地理解，那么不妨用一個小實驗來驗證（見圖1-5）。在一輛靜止不動的車的車輪旁的地上插一根棍子，讓棍子正對著車軸并垂直于地面。對照著棍子用粉筆或者木炭標示出輪圈的最高點A和最低點B，然后緩慢讓車向右方滾動一下，讓車軸離開棍子20～30厘米，觀察移動過程中做好的記號。你就能夠清楚地看到上面的標記A要比下面的標記B移動得多得多。

圖1-5 證明車輪的上半部比下半部運行得快，試比較右圖上的A點和B點與固定的棍子之間的距離