车轮之谜

我们可以在汽车或者自行车的车轮边上黏一张彩色的纸片，然后观察这张纸片在车子移动时候的情况。我们会发现一个有意思的现象，当纸片随着车轮转到靠近地面的地方，纸片清晰可见，而转到顶部时，那张纸片会一闪而过，我们甚至来不及看清楚。

这是不是意味着轮子的顶部比底部移动得快呢？你可以观察行进中的马车轮子的上下辐条，会发现同样的现象，轮子上方的辐条几乎连成一片，而下方的辐条却每根都清晰可辨。

由此可见，车轮的顶部好像的确比底部运动得快。这是为什么呢？因为滚动的轮子上的每个点都在同时做两种运动，一种是绕车轮中轴旋转，另一种是与中轴一起前进。与前面提到的地球运动类似，当这两种转动叠加的时候，轮子的顶部和底部运动速度是不一样的。车轮顶部的运动速度需要将两种运动速度相加，因为这两种运动的方向相同；而在车轮底部，其旋转运动与前进运动的方向相反，因此，车轮底部的速度就是前进的速度减去旋转的速度。这就是为什么我们在静止时会看到轮子的顶部比底部运动得快。

我们再来看一个简单的实验，可以很轻松地证明这点。如图7所示，将一根棍子垂直插在车轮旁边的地上，让棍子刚好与轮轴重合，然后用笔在车轮边缘最上端与最下端各做一个标记（A点与B点），这两个记号应该正对着棍子。现在将车轮向前推进一点距离（大约移动一个车轮半径的距离，如图7所示），看看这两个记号的变化，我们会发现A点移动的距离远大于B点。

图7　通过比较车轮（右）上点A和点B的距离，可以看出车轮顶部比底部移动得快