به نظر شما, تمام قسمت های چرخ دوچرخه یا ماشین در حال حرکت، با یک سرعت حرکت می کنند؟
چرا وقتی که دوچرخه سواری را در حال حرکت می بینیم, پره های بالایی چرخ دوچرخه اش را نمی توانیم تشخیص دهیم؛ ولی پره های پایینی چرخ را به راحتی و تک تک می بینیم؟ به نظر می رسد که بالای چرخ سریع تر از پایین آن حرکت می کند. آیا واقعاً همین طور است؟ اگر جوابتان مثبت است, چه طور می شود آن را توضیح داد؟ آیا این پدیده ای عادی است یا یک شعبده و چشم بندی است؟
همان طور که می دانید محیط اطراف ما از قوانین خاصی پیروی می کند که به آن اصطلاحاً قوانین فیزیک می گوییم. می توان معمای چرخ دوچرخه را به آسانی با قوانین فیزیک توضیح داد و فهمید که هیچ چیز غیر عادی در این پدیده وجود ندارد.
ابتدا برای این که بفهمیم که آیا واقعاً قسمت بالایی چرخ، سریع تر از قسمت پایینی حرکت می کند, یک تکه کاغذ رنگی را از پهلو به چرخ (به لاستیک رویی چرخ) می چسبانیم و وقتی دوچرخه حرکت می کند به کاغذ نگاه می کنیم. بله! وقتی کاغذ در قسمت پایین چرخ حرکت می کند, خیلی خوب و واضح دیده می شود، ولی وقتی به بالای چرخ می رسد, با چنان سرعتی حرکت می کند که حتی نمی توانیم آن را ببینیم. پس این پدیده واقعاً اتفاق می افتد, ولی علت آن چیست؟
حال با آزمایش دیگری وجود این پدیده را ثابت می کنیم. در زمانی که چرخ حرکت نمی کند، تکه چوبی را ایستاده در کنار آن توی زمین فرو می کنیم, به طوری که چوب به موازات محور چرخ قرار گیرد. سپس با گچ یا زغال در بالا و پایین چرخ، دو علامت می گذاریم که درست مقابل چوب باشند. بعد کمی چرخ را به سمت راست حرکت می دهیم تا محور آن چند سانتی متر از چوب دور شود. حالا علامت هایی که تغییر مکان داده اند را می بینیم. معلوم است که علامت بالایی، مقدار زیادی به سمت راست جا به جا شده است, در صورتی که علامت پایینی، خیلی کم تر از علامت بالایی به سمت چپ تغییر مکان داده است.
اما چه طور این پدیده را می توان توضیح داد؟ خیلی ساده. قسمت بالایی چرخ واقعاً سریع تر حرکت می کند و این بسیار باورنکردنی به نظر می رسد. با کمی تفکر می توان پاسخ معما را یافت. هر نقطه از چرخ یک دوچرخه یا ماشین در حال حرکت, در هر لحظه دو حرکت انجام می دهد:
۱- به دور خودش می چرخد.
۲- به سمت جلو می رود.
و این دو حرکت با هم جمع می شوند که به آن ترکیب حرکت های انتقالی و دورانی می گویند؛ چون هر چرخی در هر لحظه، هر دو حرکت را با هم انجام می دهد.
در قسمت بالایی چرخ, حرکت دورانی با انتقالی جمع می شود؛ چون جهت هر دو حرکت به یک طرف است. در صورتی که در قسمت پایین, حرکت دورانی در جهت عکس حرکت انتقالی بوده و از آن کم می شود. به این دلیل است که قسمت بالایی چرخ از قسمت پایینی چرخ نسبت به ما که آن را می بینیم, سریع تر حرکت می کند.
به این ترتیب همه ی نقطه های چرخِ دوچرخه ی در حال حرکت با سرعت مساوی تغییر مکان نمی دهند. نقاطی از چرخ که در لحظه ی معین با زمین تماس دارند, از دیگر نقاط آن کندتر حرکت می کنند. دقیقاً این نقاط در لحظه ی تماس با زمین، بی حرکت هستند. همه ی مطلبی که گفته شد، فقط درباره ی چرخی است که روی زمین حرکت می کند, نه درباره ی چرخی که دور خود می چرخد و روی زمین قرار ندارد.
سیامک نیک طلب
