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很有意思的转动

2013年09月07日 ⁄ 综合 ⁄ 共 759字 ⁄ 字号 评论关闭

两个相同的硬币,其中一个(设为A)保持不动,另一个(设为B)紧贴着A滚动,问当B围绕A运行一周后,B本身自转了几周(360度为一周)?

比较有意思的是很多人第一感觉是“B自转一周”,理由是两个硬币的周长相等。其实掏两个硬币出来一试,立刻就会知道硬币B其实自转了720度,有的人对B会自转两周这个现象很不理解,认为如果将一块硬币在平地上滚动一周,则它滚过的距离正好是硬币的周长(这是正确的),而硬币B沿着硬币A滚动,道理相同。

动画示意图

其实这是两回事,所谓“硬币在平地上滚一圈,它移动的距离正好是硬币的周长”,这个距离指的是平地上的水平距离,而不是指也就是硬币和地面接触那一点;而硬币圆周上任意一点a,它走过的轨迹,根本不是水平的,而是两条抛物线。

如果中心保持不动的那个圆的直径与动的那个小圆的直径比是1:1,则小圆会转动2圈(720度),如果是2:1,则小圆会转动3圈;如果是3:1,则是4圈,4:1则是5圈……其实是半径相加的关系,如果小圆是贴在大圆内圈转,则是半径相减,呵呵。

比较牛的人会用公式来计算红点的轨迹,我看到就头晕:http://mathworld.wolfram.com/Epicycloid.html


移动的车轮

还有一个也比较有趣的事情,很久以前,画家们就观察到行驶中的马车,车轮上半部和下半部的移动速度好象不一样,当马车跑起来的时候,上半部分的辐条会看不清楚,下半部份的辐条就相对清楚些。所以,画速写的人,在画移动的马车或自行车时,会只勾勒车轮下半部分的辐度。

我头一次听说的时候,也觉得不可思议,专门跑到大街上看自动车,果然是这种情况,后来在纸上画了一下才明白,车轮上每点的线速度肯定是一样的,但每一点相对于观察者来说就有区别了,在同样的时间里,上半部分(相对于路边观察者而言)比下半部分移动的距离长……看以谁为参照物了:

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