8.了解“魔球”

在美國境內，坐落著一處休閑勝地，那里面有一個能夠讓人身心愉悅的娛樂設施，它是一個形狀猶如轉盤的球形小屋（下稱魔球）。當我們進入這間小屋后，一種古怪的感覺就會油然而生，我們仿佛一瞬間來到了一處夢境或魔幻般的童話故事里。

還記得我們之前談到的轉速很快的圓形平臺嗎？回想一下我們站在那上面是什么感覺？人站在旋轉的平臺上會有一種被向外甩出去的感覺；如果我們向外的傾斜度以及承受的拉力大，就說明我們離中心非常遠。我們現(xiàn)在將雙眼緊閉，就會感覺到我們踩著的地面是一個斜面，而不是一個平面，在這樣的情況下，想要保持平衡是件很困難的事。仔細看一看圖33中向我們展示的人體受力情況，就能理解其中的奧秘了。向外的離心力C和向下的重力G同時作用于我們的身體；在平行四邊形規(guī)則的作用下，這兩個力合并為一個力——向側下方傾斜的力R。隨著站臺旋轉速度的加快，這種合力的力量越來越大，隨之變大的還有傾斜的角度。

假設這個站臺采用的是外圍向上彎曲的結構（圖34），那么想在上面保持平衡，不被自己的腳絆倒幾乎是不可能的。如果我們旋轉站臺的話，就會出現(xiàn)不一樣的情況。當這個傾斜面保持一定的速度時，它在我們眼里就是一個平面，因為力C和力G的合力同樣擁有傾斜的方向，彎曲的站臺邊緣同兩個力的合力方向呈直角。

設想一下，假如我們將站臺變成曲面，它的旋轉速度也達到了我們的要求，讓兩個力的合力方向垂直于站臺的表面，這樣一來，所有站在站臺各點上的人都會產生一種自己站在平面上的假象。我們可以通過計算得出結論，我們假定的這個曲面，是一個拋物體的面，它是一種非常獨特的幾何體。

如果我們將一個盛有半杯水的杯子圍繞一個豎直軸旋轉，然后我們加快杯子旋轉的速度，如果挨著杯壁的水躥起來，而水杯中間的水位卻出現(xiàn)下降的話，那么此時的水面就是一個精確的拋物面。

假如我們將水換成倒入杯里的溶化的蠟，然后讓它在杯子里加速旋轉，等到蠟液完全凝固的時候再停下來，那么完全凝固下來的蠟的表面也會產生一個非常標準的拋物面。如果我們給這樣的表面添加一定的轉速，你會發(fā)現(xiàn)它仿佛變成了一個平面：如果我們在它的上面放上小球的話，它就會停留在上面，而不會從上面掉落下來（圖35）。

現(xiàn)在我再來解釋魔球的構造就變得簡單多了。魔球（圖36）的底部是一個很大的站臺，它是可以旋轉的，呈拋物面的形狀。想讓魔球旋轉起來，我們只需在平臺下安裝一些有動力的機械就行了。話雖這么說，但是我們必須讓圍繞著站臺上的人和物一同旋轉，否則站臺上的人會覺得頭暈目眩。怎樣才能讓平臺上的人意識不到自己處于運動狀態(tài)呢？方法是用一個不透明的大玻璃球將平臺整個覆蓋起來，并且讓玻璃球的旋轉速度和平臺保持一致。

轉盤式魔球就是采用這樣的構造。假如你置身于魔球中的站臺上時，感覺會是怎樣的呢？如果有人旋轉魔球的時候，你會產生一種腳踩著水平的站臺臺面的感覺，不管你站在臺面的哪個位置，臺軸的附近也好（這里的臺面一直都是平面），臺面的邊緣也好（這里是45°的斜面），全都是一樣的情況。這個站臺在你看來，就是一個曲面啊！

但是，你要知道視覺和感覺是不一樣的。如果你從站臺的一端走到另一端，會產生一種飄飄然的感覺，就好像一個肥皂泡在空中飄浮一樣，你走起路來，竟然能夠跟得上站臺的滾動頻率，這樣的假象是由另一種錯覺產生的：無論你站在哪個點上，都會認為自己站在一個平面上。此外，你還會驚訝地發(fā)現(xiàn)，其他傾斜著站在站臺上的人仿佛在墻壁上爬行的蒼蠅一樣（圖37，38）。

假如魔球內的地板上被人灑了水，那么水就會順著球曲面向四周擴散，并且均勻地將地板的表面完全覆蓋起來。對于球里面的人來說，仿佛在他們面前豎起了一堵傾斜的墻壁。

對于這個奇特的球來說，現(xiàn)實生活中的重力定律似乎對它產生不了作用，我們好像被一股神秘力量帶進了一個奇妙的童話世界中……

當飛行員駕駛飛機在空中做出快速旋轉的動作時，也會產生類似的假象。我們不妨設想一下，假如時速200km/h的飛機圍繞一個半徑為500m的曲線進行飛行，此時，飛行員會認為地面是一個擁有16°斜角的斜面。

德國的格丁根市有一個科學觀測實驗室。它的構造跟魔球非常類似。這個實驗室呈圓柱形，能夠旋轉，直徑3m，每秒的轉速能夠達到50轉（圖39）。屋子里的地板非常平整，因此，當實驗室轉動起來的時候，靠著墻站著的觀察人員會產生一種幻覺（圖40）：房間好像在向后面倒下去，他被嚇得趕緊緊貼著他認為向后傾斜的墻壁。