第三章圓周運(yùn)動(dòng) 3.8在“魔”球里

　　有一個(gè)公園，為了供游人消遣，建造了一個(gè)極有趣而且有教育意義的轉(zhuǎn)盤。那是一個(gè)旋轉(zhuǎn)著的球形屋子。來到這里的人都會(huì)感到一種異常的感覺，這種感覺我想恐怕只有在夢里或者在神怪故事里才可能有。

　　先讓我講一下站在轉(zhuǎn)得很快的圓形平臺(tái)上的人所得到的感覺。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要把人拋向外面去；你站的地方離中心越遠(yuǎn)，使你傾斜和把你向外拉的力量就越大。如果閉上眼睛，你就似乎覺得并不是站在水平的臺(tái)面上，而是站在一個(gè)斜面上，并且很難使身體保持平衡。為什么會(huì)這樣？看一下這時(shí)候有哪些力量作用在你身上，就會(huì)明白。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)把我們的身體向外拉，而重力把我們的身體向下拉。這兩個(gè)力量按照平行四邊形規(guī)則合在一起，使我們受到一個(gè)向下傾斜的合力。平臺(tái)轉(zhuǎn)得越快，這個(gè)合成運(yùn)動(dòng)也就越大，傾斜度也越大。

　　現(xiàn)在設(shè)想這個(gè)平臺(tái)的邊緣是向上彎的，并且你是站在這個(gè)傾斜的邊緣上。如果平臺(tái)不動(dòng)，你在這種地方就站不住腳，要溜滑或者甚至?xí)�跌倒。如果平臺(tái)是在旋轉(zhuǎn)的，那就是另外一回事了。這時(shí)候，在一定的速度下，這個(gè)傾斜面對你就會(huì)象是一個(gè)水平面，因?yàn)槟莾蓚�(gè)作用在你身上的力的合力所指的方向也是傾斜的，并且恰好同平臺(tái)的傾斜的邊緣成直角①。

　　如果旋轉(zhuǎn)著的平臺(tái)是這樣的一個(gè)曲面，它的表面在一定的速度下處處都跟合力垂直，那末站在平臺(tái)上所有這些點(diǎn)上的人，都會(huì)覺得自己是站在水平的平面上。用數(shù)學(xué)可以計(jì)算出，這樣的曲面是一種特別的幾何體拋物體的面。如果把一個(gè)裝著半杯水的玻璃杯，繞著一個(gè)豎直軸很快地旋轉(zhuǎn)，就可以得到這樣的表面：這時(shí)候玻璃杯邊上的水高了起來，中心的水低了下去，于是它的表面就成了拋物面。

　　如果不用水，而是在玻璃杯里盛上一些熔化了的蠟，不斷旋轉(zhuǎn)杯子，直到杯里的蠟?zāi)�結(jié)成固體為止，那時(shí)候這個(gè)凝結(jié)成的表面就會(huì)是一個(gè)很精確的拋物面。這樣的表面在一定的旋轉(zhuǎn)速度里，對于重的物體就好象是一個(gè)水平面：放在它上面的任一點(diǎn)上的小球，都會(huì)留在那里，不會(huì)滾下來。

　　現(xiàn)在就很容易理解“魔”球的構(gòu)造了。

　　“魔”球的底是一個(gè)很大的可以旋轉(zhuǎn)的臺(tái)，它的面正是一個(gè)拋物面。臺(tái)的下面隱藏著機(jī)件，使它旋轉(zhuǎn)得非常平穩(wěn)。雖然這樣，如果不使周圍的物體跟著人一起移動(dòng)，臺(tái)上的人還是會(huì)覺得頭暈的。為了使臺(tái)上的人感覺不出自己是在運(yùn)動(dòng)，就得在這個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)的外面，罩一個(gè)用不透明的玻璃做的大球，并且讓大球跟臺(tái)轉(zhuǎn)得一樣快。

　　這個(gè)名字叫做“魔”球的轉(zhuǎn)盤的構(gòu)造就是這樣。你要是站在這個(gè)“魔”球里面的臺(tái)上，你會(huì)有怎樣的感覺呢？它一旋轉(zhuǎn)，在你腳下的地面就成了水平的。不管你是站在這個(gè)臺(tái)的曲面上哪一點(diǎn)臺(tái)軸附近（在這里臺(tái)面的確是水平的）也好，臺(tái)的邊緣（這里是45°的斜坡）也好，你都會(huì)覺得它是水平的。在你的眼睛里，這個(gè)臺(tái)很明顯是個(gè)曲面，可是你肌肉卻感到你是站在平坦的地方。

　　兩種感覺彼此發(fā)生著非常顯著的矛盾。如果你從臺(tái)的這一邊走向臺(tái)的那一邊，你就似乎覺得整個(gè)大球好象跟一個(gè)肥皂泡一樣輕，跟著你身體的重量往那一邊移它就往那一邊側(cè)：因?yàn)樵谒�有的各點(diǎn)上，你都覺得自己是站在水平面上。而斜著站在臺(tái)上的別人的位置，在你看來，就一定顯得極不平常：你會(huì)覺得這人簡直象蒼蠅一樣在墻上走。

　　如果把水潑在這個(gè)球的地面上，水就會(huì)沿著球的曲面散開來，鋪成薄薄的一層。在球里的人會(huì)覺得這里的水象是站在自己面前的一堵斜墻。

　　普通的重力規(guī)律在這個(gè)奇異的球里好象是失去效力了。而我們也好象是到了一個(gè)童話里的奇妙的世界里……

　　在空中用極高速度盤旋的飛機(jī)里的飛行員也會(huì)感受到同樣的感覺。舉例來說，如果他用每小時(shí)200公里的速度沿著一個(gè)半徑是500米的曲線飛行，那末，他一定似乎覺得地面是微微傾斜著，成了16°的斜坡①。

　　為了進(jìn)行科學(xué)觀察工作，曾經(jīng)建造了一個(gè)和這相似的旋轉(zhuǎn)實(shí)驗(yàn)室。這是一間圓柱形的屋子，直徑是3米，旋轉(zhuǎn)速度是每秒鐘50轉(zhuǎn)。因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室的地板是平的，所以在它旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，靠墻站著的觀察的人似乎覺得屋子是向后斜著，因此他本人也不得不半倚在斜墻上。

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