地区分站
北京 | 上海 | 天津 | 重庆 | 河北 | 山东 | 福建 | 云南 | 辽宁 | 吉林 | 四川 | 广东 | 广西 | 湖北 | 湖南 | 甘肃 | 河南 | 宁夏 | 青海 | 安徽 | 江苏 | 浙江 | 江西 | 山西 | 贵州 | 新疆 | 陕西 | 西藏 | 海南 | 黑龙江 | 内蒙古
车讯新车快照正文

自行车是怎样保持平衡的?

2019-09-16 11:37:41来源:自行车之家责任编辑:BIKEHOME 点击量:
 
我要评论(
 
)

只要速度够快,哪怕是在布满了石头的崎岖不平的山间小路,自行车也可以自如前行。

自行车是怎样保持平衡的?

自行车可以说是人类发明过的最高效、万能的人力驱动交通工具,也是我们生活中最常见的一种交通工具之一。

差评微信公众号的一篇文章说,很多人可能想不到的是,“自行车到底是怎么保持平衡的”这个问题,至今仍然是个困扰科学界一个多世纪的未解之谜。

自行车是怎样保持平衡的?

自行车可以说是人类发明过的最高效、万能的人力驱动交通工具,也是我们生活中最常见的一种交通工具之一。

差评微信公众号的一篇文章说,很多人可能想不到的是,“自行车到底是怎么保持平衡的”这个问题,至今仍然是个困扰科学界一个多世纪的未解之谜。

要知道,自行车在18世纪末就已经被法国人发明出来了。

而这个可以称得上是世界上的第一辆自行车,没有驱动装置,没有脚踏板,看上去就是个长了两个轮子的长条板凳,要靠脚在地上“行走”才能带动它前进,转向时还要抱着车体换方向。

1817年,德国的森林管理员德莱斯发明了可以控制车子方向的车把,虽然还要靠人脚蹬地来驱动,但好歹不用搬运转向了。

以后的几十年里,自行车的设计经过了欧洲多个国家不断改进,1874年,英国人劳森发明了一种精密的机械结构,利用铰链,前轮可以在后轮的传动下运动,比马背还高的座椅也终于有机会从直径超过一米的前轮上移向更低更靠后的位置。

自行车是怎样保持平衡的?

估计很多人也多多少少体会到了,自行车从一开始就不是依托缜密的物理学、数学理论公式设计出来的。它的诞生,完全依靠人类的生活经验。

科学家们开始倒回去反推它的设计原理,结果发现这玩意儿玄了,居然没法儿用现有的科学理论去解释了。

从19世纪末开始,科学界就发布了各种论文来解释自行车的稳定性,其中最主流的一种观点认为,自行车的平衡原理是“陀螺效应”。

高速旋转状态下的陀螺,不管遇到怎样的外力干涉,平衡都很难被破坏。这是因为物体在快速旋转状态下,会产生一种叫做“角动量”的物理概念。

还是拿陀螺来举例子,当陀螺不转动时,会因为重力倒下,但一旦开始高速旋转,就会产生一个方向唯一的角动量。

生活中有很多现象都遵循“陀螺效应”,比如打水漂、玩飞盘。很多人打水漂失败的原因,多半是因为石头的旋转速度还不足以形成让它保持方向的角动量。飞盘从被扔出去到落回到你的手里,过程中一直遵循角动量方向不变的规律。

自行车当然也一样了,只要轮胎的旋转速度足够高,不管车上是否有人操控,它们都会保持一个几乎恒定的方向平移前进。这也是为什么,速度越快的自行车突然转向,越容易翻车。

自行车是怎样保持平衡的?

这套理论主导了自行车研究界好长一段时间,但在1970年,突然有个叫琼斯的人说,根本不是因为“陀螺效应”。

琼斯不仅说了,还设计出了一个不带陀螺效应的自行车,做了实验发布在一本名为《今日物理》的杂志上。

这辆特制自行车特别之处在于有一大一小两个前轮。大前轮在小前轮的转动下,会以不同的旋转方向转动,也就是说这两个轮子的角动量是完全相反的,并且相互抵消。这辆车成功在理论上消除了“陀螺效应”。琼斯提出了一个新理论——“前轮尾迹”理论。

听上去倒是挺高级的,简单来说就是因为车轮轴心比车的方向把更靠前,当车倾倒时,车头也会朝同一个方向歪掉。这就意味着在自行车行进的时候,倾倒的自行车靠着歪掉的车头,把重心改回到了自行车重心的下方,得以保持平衡。

回想一下,骑车的时候,如果车就要朝着左边倒了,是不是本能地会把车头把向左边,来维持平衡?

这套理论看上去也很有道理。

自行车是怎样保持平衡的?

可是在2011年又有人做出了一个挑战极限的终极版自行车——它不仅挑战了“陀螺效应”,同时也推翻了“前轮尾迹”理论。

这辆自行车的特别之处有两点:它有4个轮子,同时前轮的轴心比车把靠后。前轮、后轮分别由两个轮子组成,而这两个轮子的旋转方向是相反的,也就是说前后轮的角动量都被抵消了。而车把比前轮靠后,意味着靠“前轮尾迹”改变车体重心,保持自行车平衡的理论也站不住脚了。

问题来了,这辆车真的还可以不靠人体掌控,自己保持平衡吗?

答案是:当然可以。

直到今天,依然没有人找出能完美解释自行车保持平衡的原理。

很多人会问,科学家为啥非要和自行车过不去呢?

低下头,盯着自己从家里骑到实验室通勤用的自行车,发现竟然连这么个简单玩意儿都没弄懂。

也许自行车保持平衡的真正原因,就藏在竞技精神里吧!

我要投稿>> 向编辑BIKEHOME提问>>

转载请注明来源及链接:http://www.bikehome.cc/news/20190916/590609_1.html 否则后果自负!
表情

网站介绍 | 广告服务 | 联系我们 | 招聘精英 | 欢迎投稿 | 网站留言 | 网站地图 | 帮助中心 | 积分兑换 | 手机版
Copyright © 2014-2015 bikehome.cc All rights reserved.
自行车之家 版权所有 冀ICP备13022720号  
公安机关备案信息 安全联盟信誉档案
分享信息 收藏文章 评论[
 
]