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袁乃玉的教育博客 【交流使人清醒!】

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【科普知识2】 为什么观察到车轮在倒转?  

2012-03-09 09:48:19|  分类: 德育+美育+体育 |  标签: |举报 |字号 订阅

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  ——与汽车有关的几个物理小常识

【袁乃玉 2012.3.9】

   朋友郑是一个善观察、爱思考的语文教师,前两天坐他的汽车,他提了好几个开车时观察并感觉到困惑的问题,这里根据我学习物理的理解,结合部分网络资源试着解答一下,未必完全科学,仅供开车的朋友们参考:

 

问题一:为什么车速很快时,会看到车轮在倒转?这是一种“视觉暂停现象”。因为,当人眼所看到的影像消失后,人眼仍能继续保留其影像0.1-0.5左右的图像,这种现象被称为视觉暂留现象 在日常生活中,许多现象和视觉暂留有关,例如:我们使用的日光灯每秒钟要熄灭一百次,可是由于人眼有视觉暂留的特性,在一般情况下,我们察觉不到灯光的闪动。 

正是由于视觉暂留现象,才使我们看到活动电影电影银幕上,每秒钟更换24张画面。由于人的眼睛有视觉暂留的特性,一个画面的印象还没有消失,下一个稍微有一点差别的画面又出现在银幕上,连续不断的印象衔接起来,就组成了活动电影。

汽车跑快了,会感觉车轮子是向后转,就是因为车的转速达到了一个值,使我们上一刻的暂留影像与下一刻的间的距离明显小于两跟辐条间的距离,造成错觉.如果转速合适,你甚至可以看到车轮不动或缓缓向前转!!

 

问题二:为什么新手开车,在红绿灯前缓慢刹车时,会感觉到车在后退?我的理解是:人的感觉往往是基于“比较”,比如,同样的室温,如果我们是从寒冷的室外进入,会感觉屋内很暖和,但若是从温暖的被窝出来,则感觉到屋内很冷。

我个人的分析,原因可能有两个方面:其一、缓慢刹车时,人向前运动的惯性导致前倾的现象不明显,更明显的是感觉到“车座位在推自己的后背”,试想如果人的身体“往后退”,是不是也有这样的感觉;其二、车在前行时,眼睛会感觉旁边的护栏“后退”,脑海中潜意识已断定并习惯:“护栏在往后退”,在这个前提下,既然护栏是在后退,那只有车子与护栏等速后退,才会感觉护栏是“静止”的。因此,刹车时,观察到护栏不退了,脑海中短时间内就会做出“车在倒退”的错误判断。

 

    问题三:为什么在高速开车时,会感觉近处的树木在后退,而远处的高山在缓慢前进?这与在月下走路,会感觉“月亮跟人一起走”的奥秘道理是相同的。学过物理知识的人,很自然地会想到以相对运动来解释这一现象。探讨相对运动必须要有参照物,在此现象中,要讨论的对象是月亮,涉及到的物体有三个:月亮、路旁的树木(或与地面相对静止的物体)、行走中的人,这三者之间到底有怎样的关系呢?以谁做参照物呢?

   眼的视觉特性之一就是同样大小的物体离人眼越远,成在视网膜上的像就越小,看起来也就越小。表现在长度(或距离)上,同一长度(或距离)离眼越远,看起来就越短。当人走路时,由于月亮到人的距离很远,人眼实际感觉不到月亮后退的距离。这样,在人眼看来,月亮并未后退,而是跟人相对静止;路旁的树木到人的距离很近,人眼很容易感觉到它们在后退。月亮、路旁的树木、走路的人三者具有以下的关系:月亮与走路的人相对静止,月亮与路旁的树木相对静止,路旁的树木与走路的人相对运动。当人向前走的时候,我们不妨把月亮和路旁的树木作为一个整体,月亮与路旁的树木的连线跟行走的人与路旁的树木的连线形成一个夹角,这个夹角会随着人前进而逐渐,也就是说:月亮、走路的人以路旁的树木为中心发生相对转动。以月亮、路旁的树木这个整体为参照物,则人在向前运动的同时,也以路旁的树木为中心,相对于月亮发生转动。反之,以人为参照物,月亮则在以路旁树木为中心的向前发生转动。人不断向前走过路旁一棵棵树木,月亮则不断以路旁的一棵棵树木为中心相对于人向前转动。这就是我们感觉到月亮跟人一起走的真正原因。准确地说,月亮不是在跟人一起向前,而是在围绕着一棵棵树木向前。人走得快,月亮转得也快;人走得慢,月亮转得也慢;人停下来时,月亮也停下来。在这种现象中比更明显。
  日常生活中,这种并未运动的物体看起来好像运动的现象并不少见。比如,马路有树木、电线杆,远处有高楼,当你在马路上行走时,会看到远处的高楼跟着你走,你快它也快,你慢它也慢,你停它也停。其道理跟月亮跟人一起走的道理相同。又比如,当你坐在高速行驶的摩托车、汽车或火车上时,你会看到田野和远山在围绕看近处的树木、电线杆等向前转动。此时你若换一个角度,就会发现路旁的树木、电线杆、田野等物体也会围绕远山在向后转动。这是因为,虽然树木、电线杆、田野以及远山都相对于人向后运动,但是人眼看到的却是在同一时间内的运动距离:近处的长,远处的短,更远处的几乎为零。以人、远山这个整体为参照物,路旁的树木、电线杆向后退得多,较远处的田野向后退得少,远山则不动,你看到的结果就是路旁的树木、电线杆、较远处的田野围绕着远山向后。这时,假如路旁有与路垂直的田梗或小路时,的感觉就更明显了。
  综上所述,月亮跟人一起走的这类现象,它们有一个共同之处,即人的旁边有两类物体,可以同时被人眼看到。一类基本在眼前,离人很近;另一类离人较远或很远。这样,当人沿着垂直于它们连线的方向运动时,就可以看到远处的物体以近处的物体为中心向前转动,也可以看到近处的物体以远处的物体为中心向后转动,人动它转,人停它停。以相对静止的人和远处的物体这个整体为参照物,则近处的物体向后转;以相对静止的近处物体、远处物体为参照物,则人以近处物体为中心向前转;以人为参照物则远处物体向前转,近处物体向后转。这两类物体缺一不可,如果没有近处物体,则只会感觉远处物体相对静止不动。如果没有远处物体,则只会感觉到近处物体在后退。在月亮跟人一起走的现象中,如果你是走在一片空旷的、无树木、无房屋等近处物体的原野上,你看到的月亮应是相对于人静止的,不会跟人一起走

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