第三章圆周运动 3.8在“魔”球里

第三章圆周运动 3.8在“魔”球里

　　有一个公园，为了供游人消遣，建造了一个极有趣而且有教育意义的转盘。那是一个旋转着的球形屋子。来到这里的人都会感到一种异常的感觉，这种感觉我想恐怕只有在梦里或者在神怪故事里才可能有。

　　先让我讲一下站在转得很快的圆形平台上的人所得到的感觉。旋转运动要把人抛向外面去；你站的地方离中心越远，使你倾斜和把你向外拉的力量就越大。如果闭上眼睛，你就似乎觉得并不是站在水平的台面上，而是站在一个斜面上，并且很难使身体保持平衡。为什么会这样？看一下这时候有哪些力量作用在你身上，就会明白。旋转运动把我们的身体向外拉，而重力把我们的身体向下拉。这两个力量按照平行四边形规则合在一起，使我们受到一个向下倾斜的合力。平台转得越快，这个合成运动也就越大，倾斜度也越大。

　　现在设想这个平台的边缘是向上弯的，并且你是站在这个倾斜的边缘上。如果平台不动，你在这种地方就站不住脚，要溜滑或者甚至会跌倒。如果平台是在旋转的，那就是另外一回事了。这时候，在一定的速度下，这个倾斜面对你就会象是一个水平面，因为那两个作用在你身上的力的合力所指的方向也是倾斜的，并且恰好同平台的倾斜的边缘成直角①。

　　如果旋转着的平台是这样的一个曲面，它的表面在一定的速度下处处都跟合力垂直，那末站在平台上所有这些点上的人，都会觉得自己是站在水平的平面上。用数学可以计算出，这样的曲面是一种特别的几何体抛物体的面。如果把一个装着半杯水的玻璃杯，绕着一个竖直轴很快地旋转，就可以得到这样的表面：这时候玻璃杯边上的水高了起来，中心的水低了下去，于是它的表面就成了抛物面。

　　如果不用水，而是在玻璃杯里盛上一些熔化了的蜡，不断旋转杯子，直到杯里的蜡凝结成固体为止，那时候这个凝结成的表面就会是一个很精确的抛物面。这样的表面在一定的旋转速度里，对于重的物体就好象是一个水平面：放在它上面的任一点上的小球，都会留在那里，不会滚下来。

　　现在就很容易理解“魔”球的构造了。

　　“魔”球的底是一个很大的可以旋转的台，它的面正是一个抛物面。台的下面隐藏着机件，使它旋转得非常平稳。虽然这样，如果不使周围的物体跟着人一起移动，台上的人还是会觉得头晕的。为了使台上的人感觉不出自己是在运动，就得在这个旋转台的外面，罩一个用不透明的玻璃做的大球，并且让大球跟台转得一样快。

　　这个名字叫做“魔”球的转盘的构造就是这样。你要是站在这个“魔”球里面的台上，你会有怎样的感觉呢？它一旋转，在你脚下的地面就成了水平的。不管你是站在这个台的曲面上哪一点台轴附近（在这里台面的确是水平的）也好，台的边缘（这里是45°的斜坡）也好，你都会觉得它是水平的。在你的眼睛里，这个台很明显是个曲面，可是你肌肉却感到你是站在平坦的地方。

　　两种感觉彼此发生着非常显著的矛盾。如果你从台的这一边走向台的那一边，你就似乎觉得整个大球好象跟一个肥皂泡一样轻，跟着你身体的重量往那一边移它就往那一边侧：因为在所有的各点上，你都觉得自己是站在水平面上。而斜着站在台上的别人的位置，在你看来，就一定显得极不平常：你会觉得这人简直象苍蝇一样在墙上走。

　　如果把水泼在这个球的地面上，水就会沿着球的曲面散开来，铺成薄薄的一层。在球里的人会觉得这里的水象是站在自己面前的一堵斜墙。

　　普通的重力规律在这个奇异的球里好象是失去效力了。而我们也好象是到了一个童话里的奇妙的世界里……

　　在空中用极高速度盘旋的飞机里的飞行员也会感受到同样的感觉。举例来说，如果他用每小时200公里的速度沿着一个半径是500米的曲线飞行，那末，他一定似乎觉得地面是微微倾斜着，成了16°的斜坡①。

　　为了进行科学观察工作，曾经建造了一个和这相似的旋转实验室。这是一间圆柱形的屋子，直径是3米，旋转速度是每秒钟50转。因为实验室的地板是平的，所以在它旋转的时候，靠墙站着的观察的人似乎觉得屋子是向后斜着，因此他本人也不得不半倚在斜墙上。

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