Номер 5, страница 60 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Буховцев

Почему при быстром вращении велосипедного колеса мы видим отдельные спицы только около оси вращения?

Это явление объясняется двумя основными факторами: особенностями вращательного движения и инерционностью (персистенцией) человеческого зрения.

Во-первых, при вращении твердого тела все его точки движутся с одинаковой угловой скоростью ($ω$). Однако линейная скорость ($v$) каждой точки зависит от её расстояния ($r$) до оси вращения. Эта зависимость выражается формулой:

$v = ω \cdot r$

Из формулы видно, что чем дальше точка находится от центра (оси) вращения, тем выше её линейная скорость. Таким образом, части спиц, расположенные у обода колеса, движутся намного быстрее, чем части, находящиеся у втулки (около оси).

Во-вторых, человеческое зрение обладает свойством инерционности. Изображение, попавшее на сетчатку глаза, сохраняется в сознании примерно 0,1 секунды. Если за это время один объект успевает смениться другим, то их изображения сливаются.

Когда велосипедное колесо быстро вращается, внешние части спиц движутся с очень высокой скоростью. Они пролетают мимо нашего глаза так быстро, что следующая спица появляется на месте предыдущей раньше, чем её образ успевает исчезнуть из нашего восприятия. В результате этого спицы на периферии сливаются в сплошной, размытый диск.

Напротив, части спиц у оси вращения движутся с очень маленькой линейной скоростью. Они проходят через поле зрения достаточно медленно, и глаз успевает зафиксировать как саму спицу, так и промежуток до следующей. Поэтому в этой области мы можем различить их по отдельности.

Ответ: Мы видим отдельные спицы только около оси вращения, потому что в этой части их линейная скорость мала, и человеческий глаз, обладающий инерционностью, успевает зафиксировать их как отдельные объекты. Части спиц у обода колеса движутся со значительно большей скоростью, из-за чего их изображения сливаются для наблюдателя в сплошной диск.