我们先把一颗小球用绳子吊起来,让它在水平面上匀速转圈。如果绳子松了,大家通常会觉得它会直接沿着切线飞出去。但实际情况并非如此,我们来看一下。给北卡罗莱纳州海波特大学的这个实验做个介绍,它是怎么做的呢?他们把绳子系在天花板上,另一端拴住小球,通过电机让它在水平面上做匀速圆周运动。当他们突然剪断绳子的固定点时,高速摄像机捕捉到了惊人的画面——小球并没有立刻飞出去。而是先继续转了一小段弧线才慢慢溜出去。 为什么会这样呢?有些人可能会想到彩虹圈的现象。如果你拿一根彩虹圈捏住一端放下来,你会发现底端不会马上掉下来,而是顶端先收缩并把张力传递到末端。这是因为形变波传播得比我们想象的要慢。同样地,绳子松掉的瞬间也是这样:形变还没有完全消失时,张力仍然存在并且提供了向心力。 所以说给大家一个小结:绳子松掉后并没有立刻失去向心力。高中物理课本里写的没错,圆周运动的速度方向就是切线。但这个结论只适用于没有质量且没有形变的理想情况。现实生活中真实的绳子和彩虹圈都有质量并且会发生形变,这些形变需要时间才能清除掉。 在这个过程中张力并没有马上消失掉,它给了小球足够的时间再完成一次圆周运动。等到所有张力消失之后,小球才失去了径向支持并沿切线飞出。 下次遇到类似问题时记得问自己两个问题:“这个绳子有质量吗?形变能瞬间消失吗?”这样答案就清楚了。