Pushing the Pedal


Pushing the Pedal

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题目

你站在自行车右侧,左手扶住车座。右脚踏板处于下方(6点钟位置)。用右手向左推踏板(顺时针,朝7点钟方向)。自行车会前进还是后退?

分析

答案是:自行车会向后。

这个结论看起来非常反直觉。你手感觉是在顺时针推踏板,踏板在车身上看起来又朝前转动,但这正是问题的妙处:你需要区分“相对于自行车”的踏板运动和“相对于地面”的踏板运动。

你站在地面上,用右手把处于6点钟位置的踏板向左推,这个动作在地面参考系中使踏板朝自行车后方移动。对于一辆正常骑行的自行车来说,踏板相对于地面总是向前运动(除非齿比极低、速度极慢),所以如果你感觉踏板在地面上被推向后方,那么自行车本身必须朝后退,才能让踏板相对于车身仍旧是向前的踏动方向。

更具体地说,当你在右侧向左推踏板时,你实际上把力传给了车架,通过曲柄和传动系让后轮受到一个使车体后退的力矩。踏板会相对于自行车向前转动(朝5点钟方向),但这只是车上的相对运动;从地面看,踏板的实际运动方向是后退的,所以自行车也会向后退。

这正是Arnolʹd指出的奇妙现象:尽管你的手感觉是在顺时针推踏板,踏板相对于自行车仍会向前转动,但如果自行车整体后退,那么踏板相对于地面就是向后移动的。

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