自行车不倒的科学原理

人坛商务专员

我们经常骑自行车，但是您思考过自行车只有2个轮子，却为什么可以保持平衡吗？甚至，高手在骑车的时候，还可以双手离开车把，任由车子向前走而不担心摔倒（但要担心前面呼啸而来的汽车），这是为什么呢？

       物理学家做过一个试验：拿出一个陀螺，放在地上转一下，并开始用鞭子使劲抽打它，随着陀螺越转越快，陀螺也像不倒翁一样，虽然只有一个尖着地，却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。
　　
　　陀螺只有一个旋转方向，已经很稳定了。而自行车有2个轮子，显然自行车轮子在高速旋转的时候，会使自行车更稳定。因此，骑车人撒开车把也不会倒下。
　　
　　但遗憾的是，这并非一个合理的解释。
　　
　　陀螺效应在保持自行车稳定中也许起到不可忽略的效果，但是，如果自行车单单凭借陀螺效应保持稳定，那么，初学者也应该在高速骑车时不会倒下。但是，2个陀螺似乎并不足以支撑骑车人重达几十公斤的身体的倾斜。刚学习骑车往往会摔得很惨。从另一个方面看，骑独轮车的杂技演员由于车速很低，甚至车轮完全停止转动，则基本无法依靠陀螺效应保持平衡。
　　
　　自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人，其身体形成自动的条件反射，当自行车稍微倾斜倒下时，人的身体会感受到，腰部肌肉会自动动作，把身体拉向另一侧，形成的反向力矩促使车身抬起。我们学习骑自行车，也就是训练身体的肌肉完成这种条件反射，而一旦学会，这个控制回路就保持在小脑中，随时可以启用，许多年也不会忘记。
　　
　　但是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定，这又是为什么呢？
　　
　　自行车本身的平衡机制，来自于前叉后倾。我们可以观察到，几乎每辆自行车的车把轴，都不是与地面完全垂直，而是后倾的。由于前轮是固定在车把的前叉上，因此又叫前叉后倾。前叉后倾，使车辆转弯时产生的离心力其所形成的力矩方向，与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。这样，车子就有了自动回正的稳定性。车速越快，所造成的恢复力矩越大，骑车人就越感到稳定。这就是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定的原因。
　　
　　一般而言，车子前叉越后倾，车子越稳定，但转动车把越费劲；而后倾角度小，转把较容易，但车子的稳定性不够。但如果自行车完全没有前叉后倾，那么，骑自行车会是一件很痛苦的事情。
　　
　　自行车其实是相当复杂的力学体系，而汽车的前轮定位更加复杂。有主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束，这保证开车的时候车子尽可能稳定，但又减少轮胎的磨损。

赖皮小鳄鱼

文武双全

我怎么一骑就倒！

断线的风筝

都知道骑车不会倒，就是很少有人有人去研究这些。

流浪小妹

原来是这样啊，原来什么都能沾上科学的边。

痴情猪

科学很重要 可惜我不懂科学

姜堰朋朋

原来要骑快才不会倒

炫动体育

我双手不带龙头自动拐弯！

wangyzmf

炫体运动 发表于 2011-4-27 11:52
我双手不带龙头自动拐弯！

  牛

独孤求败

炫体运动 发表于 2011-4-27 11:52
我双手不带龙头自动拐弯！

你是指小便的龙头吧？