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自行车骑起来 为什么不会倒?

关于自行车稳定性的研究吸引了许多物理学家、力学家乃至数学家参与讨论。1897年,法兰西科学院还为此特别设立了一个奖项。然而,这个看似简单的问题历经百余年的研究,至今仍然没有圆满解决,许多人还在继续努力。2011年,一个国际研究小组在著名的《科学》杂志上发表论文,介绍了他们的成果,结论听起来可能有点令人泄气——“为什么自行车能够保持自我稳定,目前还没有简单的物理学解释。”下面我通过几个例子来 探讨下这种原因的可能性!前面几个观点引用现有的解释!
工具/原料

自行车

方法/步骤
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可能性一、陀螺效应在对自行车稳定性的解释中影响比较大的一种说法是自行车前轮的陀螺效应,以至于在许多通俗读物中都以这种观点来解释自行车的稳定性。自行车前轮转动时,它的离心力会帮助保持自身平衡,就像抽动旋转的陀螺时,陀螺会围绕着它的轴保持旋转方向的惯性一样。

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可能性之二:离心力效应1948 年,美国力学家铁木辛科和杨在他们所著的《高等动力学》一书中,对自行车稳定性问题作出了离心力效应的解释。他们认为,当自行车往一侧倾斜时,骑车人就会将前轮转向同一侧,由于前轮转了一个角度,自行车就会沿着倾斜侧的圆周行进,这时离心力向圆周外,就会将自行车扶正。

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可能性之三:脚轮效应1970年,在《今日物理》杂志上,英国人大卫·骏斯( David E.H. Jones)发表了一篇文章,这篇文章对后来的研究影响很大。文章报道了作者自制了一辆没有前轮陀螺效应的自行车,照样能够稳定地行驶,文章用事实证实了陀螺效应对于自行车行驶的稳定性不是主要的。骏斯的办法是,在普通自行车前轮边上,再增加一个平行的轮子,这个轮子通过传动与前轮旋转方向相反,旋转速度相同,这样从整体上说就抵消了前轮的陀螺效应。尽管这样,这辆自行车,仍然能够行驶自如没有任何困难。骏斯计算了前叉点与自行车的倾斜角和前轮偏转角的关系,他称之为“驾驶几何”。国内相关专家指出:“当行驶的自行车有一个倾斜角时,自行车的前轮由于有‘前轮尾迹’的缘故,会自动向倾斜的一侧产生一个偏转角,由于有这个偏转角,自行车靠转弯的离心力便会扶正。因此即使没有人驾驶,在一定的速度之下,直行的自行车,运动也是稳定的。”

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可能性之四:多重效应综合作用陀螺效应、脚轮效应和自行车前部重心位置这 3 点,虽然不会各自对平衡力起决定性作用,但可能三者有一股微妙的交互关联,影响自行车的平衡力。

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事实就是:物体都有保持其运动速度不变的趋势,当速度足够快的时候,向两边倾倒的动能远远小于自身的动能,我们只需要很小的力就可以保持平衡;当转弯的时候此时倾倒的力变成了转弯需要的向心力,从而平衡了自行车。当速度继续减少直至静止,则向心力也无法提供平衡,需要人体的调整来平衡自行车了,只有受过训练的杂技演员才能平衡一辆静止的自行车,为什么动起来的自行车不会倒?原因在于在车上坐着一个会提供平衡的人,否则无论速度多大依旧会倒下!人通过调整握把和身体在车身的左右就可以保持平衡而不会倒下!只是速度快的时候需要的力比较小而已。我们可以拿铁环举个例子,首先当速度很快的时候铁环会一直向前,速度降低的时候就会慢慢倒下,为什么因为上面没有一直会平衡的人!

注意事项

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