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趣味物理学-第3章

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所谓“时间放大镜”其实只是一种电影摄影机,它和普通电影摄影机
不同的地方,只在于不象普通摄影机每秒钟只拍摄24 张照片,而是要拍
出多好多倍的照片来。假如把这样拍得的片子仍旧用普通每秒钟24 片的
速度放映出来,那么观众就可以看到拖长了的动作,就可以看到比原来速
度慢了许多的动作。关于这一点,读者们大概在电影上也已经看到过,例
如表演跳高姿势的缓慢动作以及别种滞延动作。在比较复杂的同类仪器的
帮助之下,人们已经可以达到更缓慢的程度,简直可以看到象威尔斯的小
说里所描写的那些情形了。

我们什么时候绕太阳转得更快一些:
在白昼还是在黑夜?

巴黎的报纸有一次曾经刊出一则广告,里面说每个人只要花二十五生
丁一钱,就可以得到又经济又没有丝毫困惫痛苦的旅行方法。果然就有一
些轻率的人按址寄了二十五生丁钱去。这些人每人得到一封回信,内容是
这样的:



个千分之一秒里,那一共只落下0。005 毫米。


先生,请您安静地躺在您的床上,并且请您记牢:我们的地球是在旋
转着的。在巴黎的纬度——49 度——上,您每昼夜要跑25;000 公里以上。
假如您喜欢看看沿路美好的景致,就请您打开窗帘,尽情地欣赏星空的美
丽吧。

这位先生终于被人用欺诈的罪名告到法院。他听完判决,付出所判的
罚金之后,据说曾经用演剧的姿态站了起来,郑重地复述了伽利略的话:

“可是,无论如何它确实是在转着的呀!”

这位被告在一定意义上是正确的,因为地球上的居民不只绕着地轴在
“旅行”,同时还给地球带着用更大的速度绕着太阳转。我们的地球带着
它的全数居民在空间每秒移动30 公里,同时还要绕地轴旋转。

这里可以提出一个有趣的问题:我们——住在地球上的人——究竟在
什么时候绕太阳转得更快一些:在白昼还是在黑夜?

这个问题很容易引起误会,地球的一面如果是在白昼,那么它的另一
面就必然是在黑夜,那么,这个问题的提出究竟有什么意义呢?恐怕是毫
无意义的吧。

然而这不是这么一个问题。这儿要问的并不是整个地球在什么时候转
得比较快,而是问,我们——地球上的居民——在众星之间的移动究竟在
什么时候要更快一些。这样一个问题是不能够认为毫无意义的。我们在太
阳系里是在进行两种运动的:绕太阳公转,同时还绕地轴自转。这两种运
动可以加到一起,但是结果并不始终相同,要看我们的位置在地球的白昼
或黑夜的一面来决定。请注意图3,你就可以明白在午夜的时候,地球的
自转速度要和它的公转前进速度相加,但是在正午时候刚刚相反,地球的
自转速度要从它的公转前进速度里减去。这样看来,我们在太阳系里的移
动,午夜要比正午更快些。

赤道上的每一点,每一秒大约要跑半公里,因此,在赤道地带,正午
跟午夜速度的差数竟达到每秒钟整整一公里。而一个懂几何学的人也会不
难算出,在列宁格勒(它是在纬度60 度上),这个差数却只有一半:列
宁格勒的居民,午夜在太阳系里每秒所跑的路,比他们在正午跑的多半公
里。

车轮的谜

试把一张颜色纸片贴在手车的车轮(或者自行车的车胎)上,就可以
在手车(或者自行车)行动的时候看到一件不平常的现象;当纸片在车轮
跟地面相接触的那一端的时候,我们可以清楚地辨别纸片的移动;但是,
当它转到车轮上端的时候,却很快闪过去了,使你来不及把它看清楚。

这样看来,车轮的上部仿佛要比下部转动得快些。这种情形你也可以
在随便哪辆行驶着的车子的上下轮辐上看到,你看到的是轮子的上半部轮
辐几乎连成一片,而下半部的却仍旧可以一条一条辨别清楚。这儿又使人
产生一个印象,仿佛车轮的上半部要比下半部旋转得快些。

那么,这个奇怪的现象要怎样解释呢?这个解释很简单,只不过由于
车轮的上半部的确要比下半部移动得更快一些罢了。这件事实初看的确不
大好懂,但是只要这样想一下就会对这个结论完全相信:你知道滚动着的
车轮上的每一点都在进行两种运动——绕轴旋转的运动和跟轴同时向前


移动的运动。因此,就跟前节所说地球的情形一样,两个运动应该加合起
来,而这加合的结果对于车轮的上半部和下半部并不相同。对于车轮的上
半部,车轮的旋转运动要加到它的前进运动上,因为这两个运动都是向同
一方向的。但是对于车轮的下半部,车轮的旋转却是向相反方向的,因此
也就要从前进运动里减了下来。就一个静止的观测的人看来,车轮上半部
移动得比下半部更快一些,原因就在这里。

为了证明事情的确是这样,可以做一个简单的实验。把一根木棒插在
一辆车子的车轮旁边的地上,使这根木棒恰好竖直通过车轮的轴心,然
后,用粉笔或炭块在轮缘的最上端和最下端各划出一个记号,这两个记号
应该恰好是木棒通过轮缘的地方。现在,把车轮略略滚动,使轮轴离开木
棒大号B却一共只离开木棒一点儿——上面的A点比下面的B点显然是移
动了更大的一段距离。

车轮上最慢的部分

方才我们已经知道,行驶着的车子的车轮上所有各点,并不移动得一
样快慢。那么,一个旋转车轮上究竟哪一部分移动得最慢呢?

移动得最慢的,不难想象是跟地面接触那一部分的各点。严格地说,
这些点在跟地面接触的一瞬间,它们是完全没有向前移动的。

当然,以上所说的一切,都只是对于向前滚动的车轮说来是对的,但
是对于那些只在固定不动的轮轴上旋转的轮子却不适用。例如一只飞轮,
轮缘上的随便哪一点都是用相同的速度在移动的。

不是开玩笑的问题

下面还有一个很有趣的问题:有一列火车假定从甲地驶向乙地,在这
列车上有没有这样的一些点,在跟路轨的相对关系上说,正在向反方向—
—从乙地向甲地——移动着?

你觉得这个题目出得荒唐吗?但是事实上这列车的每一个车轮每一
瞬间有这种向反方向移动的点。你可知道它们究竟在什么地方吗?

你当然知道火车轮缘上有一个凸出的边。好,那么让我来告诉你,当
火车向前行进的时候,这个凸出边的最低一点竟不是向前移动,而是向后
移动的!

你觉得奇怪吗?好,那么做完下面这个实验你就明白了。找一个圆形
的东西,例如一枚硬币或者一个钮扣,把一根火柴用蜡粘在这圆东西的直
径上,让它有长长的一段露出在外面。现在,把这个圆东西放在尺边上的
C 点,把它从右向左滚动,你就可以看到火柴的F、E、D 各点不但没有跟
着向前移动,倒相反地向后退去,火柴上离圆东西的边越远的点,在圆东
西向前滚动时候倒退的现象也越显著(D 点移到了D■点)。

火车的车轮凸出部分的下端当火车前进的时候,也恰好跟我们这个实
验里的火柴露出的部分一样,是向反方向移动的。

现在,我说在飞驶着的火车上有一些不是向前而是向后移动的点,你
已经不会觉得奇怪了。这个反方向的移动固然一共只延续几分之一秒,尽
管在我们的印象里一向都没有这种认识,但是在飞驶的火车上向反方向移


动的点终究是有的。这一点,图6 和图7 可以给我们很好的解释。

帆船从什么地方驶来?

假定有一只舢板,正在湖上划行,并且假定图8 里的箭头a 表示它的
行动方向和速度。前面有一只帆船,正在跟舢板垂直的方向上行驶着,箭
头b 表示帆船的方向和速度。假如有人问你,这只帆船是从什么地方驶来
的,你一定立刻能够指出岸上的M 点来;但是,假如把这个问题提给坐在
舢板上的乘客,那么他们会指出完全另外的一点来。为什么呢?

原因是,舢板上的乘客所见到的帆船行进的方向,并不是跟他们的行
动方向垂直的。因为他们并不感到自己的本身运动:他们只觉得仿佛自己
是停在原地不动,而周围的一切却用他们一样的速度向反方向在移动。因
此,对于他们,帆船不只沿箭头b 移动,同时还沿着跟舢板行动方向相反
的虚线箭头a 的方向移动,帆船的这两个运动——实际运动跟视运动——
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