骑行不倒原理分析 公路自行车骑行为什么不会倒

只有两个轮子的自行车,静止时必须依靠脚撑才能停稳,为什么骑起来反而不会倒呢?看似简单的生活常识,你思考过原因吗?在我们揭晓答案之前,我们先来看看现在网上流行的几种错误的观点,其实所谓“骑行不倒”的原理,不过就是高中物理知识就能解释,说是困扰科学家几百年之久的“世界难题”实在是无稽之谈 。

骑行不倒原理分析 公路自行车骑行为什么不会倒

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一、“骑行不倒“只因陀螺效应”?第一种流行的说法,“自行车骑行不倒”是因为所谓的“陀螺效应”,你应该见过旋转的陀螺,头重脚轻的陀螺一旦旋转起来,就能长时间保持旋转,好像重力不存在似的,哪怕是你轻轻碰它一下,也不容易被撞倒,从陀螺的特性我们可看出,物体一旦旋转起来,惯性会让旋转的物体保持稳定的运动状态,这就是陀螺效应 。

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按照这个理论,旋转起来的自行车轮,也就像一个陀螺,可以保持车轮稳定旋转,除非是遇上较大的外力干扰,比如撞上大石头或者路面大坑之类,而在路面光滑的情况下,可以骑行很远 。
这种说法听起来似乎很有道理,但通过实验很容易就能推翻,研究者设计了一种没有陀螺效应的自行车,照样可以骑行不倒!来看下面这张图 。

骑行不倒原理分析 公路自行车骑行为什么不会倒

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车的前后轮都换成了上下双层的小轮子,小轮子直径仅有5厘米左右,两个小轮子就像相互咬合的两个齿轮一样,当下层小轮子在地面上转动前进的时候,会带动上面的小轮子一起转动,这样,上下两个小轮子转动的方向就会相反(一个顺时针,一个逆时针),那么上下两个小轮子转动所产生的陀螺效应就会相互抵消,可奇怪的是,没有“陀螺效应”的自行车照样可以“骑行不倒”,甚至比以前更稳定 。
二、车把转向轴倾斜角 削弱倾向力?第二个说法,跟车把手的倾斜角度有关,一般自行车的后轮处,都安装有车架、车链、脚蹬、车座等部件,这样一来,就会导致后轮处的重心比前轮低,因此,自行车的前轮更容易受到重力影响而具有倾倒的倾向,但这种倾向通过车把传给后轮时,由于车把转向轴与重力作用线有一个夹角,根据三角关系计算,这个夹角越大,传给转向轴的作用力越小,因此,自行车的车把转向轴与前轮的重力线一般都有一个夹角,这可以削弱自行车倾倒的倾向 。

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“陀螺效应”加上“车把转向轴倾斜角”,多年来一直被很多人认为是自行车“骑行不倒”的主要原因,推翻这个理论,还是要看刚才那张新型自行车的设计图,不知你发现了没有,这种新型自行车甚至连车把转向轴都没有!更没有车把!前后轮胎之间仅有一根金属杆相连 。

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新自行车设计上最重要的一点是,后轮处坠了一块很重的铁块,铁块固定在后轮处上下两个小轮子之间的位置上,比较贴近地面,这重重的铁块大大降低了自行车整体的重心,也使整体的重心位于后轮处 。
就是这种没有陀螺,没有车把转向轴的自行车,竟然照样可以稳稳地行驶,这说明,”陀螺效应”以及车把转向装置,这些并非自行车“骑行不倒”的关键原因 。
三、骑行不倒 源于惯性力“维稳”我们来仔细分析一下自行车骑行过程的物理学模型,骑自行车在水平弯道转弯时,车身 需向弯道内侧倾斜,倾斜的角度、车速及转弯半径三者需满足一定的关系 。


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