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为什么自行车行进时能保持平衡?

2020-01-22 19:18:54 作者 : admin 来源 : 本站

很早以前,我便对此产生了疑惑:为什么自行车行进时能保持平衡?然而,自行车静止时却无法保持平衡。 也许你会说:行进中的自行车也会失去平衡。的确没错,可是你只说对了一点,其他的还是由我解释吧,因 为要想解释这个问题确实并非易事。

科学家们绞尽了脑汁、抓破了头、咬平了指甲才想出这一问题的答案。答案很简单,但不容易解释清楚。

最早的解释认为,自行车与陀螺仪一样,是由于离心力的作用而保持平衡的。陀螺仪类似金属轮子,它以非 常快的速度绕着中心轴旋转,它的中心轴方向很难受到外力的影响而改变。飞机、轮船、高端GPS以及人造 卫星上都装有陀螺仪,甚至自动平衡车上也有陀螺仪。我们并不是很清楚自动平衡车是如何做到维持自身平 衡的,总之,陀螺仪再加上行车电脑和几个能够驱动平衡车全速前进的动力装置,便能使平衡车平稳前行。

但是,普通的自行车既没有行车电脑 也没有动力装置,它们又是如何保持平衡的呢?

我们来做个实验:让自行车的两个轮子按相反方向旋转(注意不能让两个轮子都接触地面,否则便无法旋转 )。假如载着人的自行车,或更确切地说是保持平衡中的自行车是靠着陀螺仪原理才得以不偏不倚地往前行 驶的,那么自行车就会无法保持平稳,变得难以驾驭,因为两个轮子的陀螺效应互相抵消。而真实的情况是 ,车轮反向旋转的自行车和普通的自行车一样平稳。因此,所谓的自行车(助动车也是如此)必须借助离心 力才能保持平稳的说法不攻自破。于是,又有人将目光转向了车的形状。大家大概已经注意到了男式车和女 式车的差异。男式车的三角架通常都有一根横杠,这根横杠增加了车身的稳固性,使车身不易变形。然而,男式车通常也比较重,骑起来比较费力。不过 这并不是自行车维持平衡的原因所在,大部分的功劳还得归于车前叉。你是否曾思考过车前叉为何是弯的而 非直的?这正是问题的关键。车前叉的形状及其支撑车轮的方式是精心设计过的。试着在脑中想象,或用一 根绳子将车前叉的曲线延长到地面,你一定会发现这条线与地面的交点在车轮的前方。线与轮胎之间有一两 根手指的宽度。这是人们花费了大量时间,经过无数次实验才获得的经验,也是一个不容忽视的小窍门。一 般来说,如果轮胎位于车前叉延长线之前,自行车将较难控制。只是有点难以控制而已,但还是可以骑的, 不是吗?

自行车平衡的真正原因在于骑车人自身。当我们学习骑自行车时,就是在试图寻找平衡感。这一过程可能仅 需几小时,也可能需要几天、几周甚至几个月的时间。有一次,我碰到一个50多岁的男士,他在公司的团 队活动中骑着电动自行车竟然还落在其他人后面。显然,此人并不擅长骑车,据说他的父亲在自己骑车出了 事故后便禁止他学车!大家都知道,骑车需要练习,而不是一项生来即可拥有的禀赋。所以能让车身保持平 衡的-个重要因素显然就是骑车者本人。

人类和其他动物一样,能够灵活地掌握平衡。为什么我要在这里提到动物呢?这是因为在马戏团里,我们常 能看见会骑自行车的猴子、小狗等动物,有的甚至还能骑独轮车。一旦掌握了骑车技巧,不管是人还是动物 都能够靠着直觉骑车前行,并能在车身倾斜时适当地调整身体的姿势以确保自己不会摔倒。有什么证据能够 证明自行车会发生倾斜?如果让自行车笔直往前走,你会觉得自行车根本不可能倾斜。但如果你在自行车赛 场内行驶,车道的弧度就能令车身为了保持平衡而向一侧倾斜。这才是真正的离心力作用,不过离心力是导 致车身倾斜而不是保持自行车平衡!推而广之,除了自动平衡车之外,所有两轮的交通工具,不论是否带有 动力装置,其实都与自行车一样,依靠人的身体保持平衡。这不,我儿子已经跨上自行车准备出行了。知道 为什么吗?因为他会骑摩托车,摩托车不就是装上发动机的自行车吗?

关键词 : 自行车