逆向而行

有一个很有趣的问题：一列从圣彼得堡到莫斯科的火车上，是否有一些点，相对于火车轨道来说，是朝反方向运动的呢？答案是肯定的。实际上，每个火车车轮在任一瞬间都有这种向反方向运动的点，它们位于每个车轮边缘上凸出部分的底部，当火车前进的时候，这些点向后移动。有个简单的小实验会向你证明这一切是怎么发生的。如图8所示，沿着一枚硬币的半径黏上一根火柴，确保火柴有一节是露在外面的，再把硬币放在尺子边上，在接触处标记C点，从右至左滚动硬币，可以看到火柴上的点F、E、D不但没有随硬币向前移动，反而向后退，火柴上离硬币边缘越远的点（如D点），倒退现象越明显。

图8　硬币从右向左滚动时，火柴上的F、E、D点向后运动

火车车轮上凸出的部分也如同实验中演示的那样，当火车向前运动的时候，那些部分向着后面移动。现在你应该明白了吧。当然，这种向后的运动持续时间非常短，不到1秒，但是这与我们的日常认知有点不一样，图9和图10可以很好地解释这个结论。

图9　当火车车轮向左滚动时，轮缘的下半部分向反方向滚动

图10　本图上方为车轮上的点前行时的滚动轨迹（即为摆线），下方为火车车轮凸出部分各点前行时的运动轨迹