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又一大謎團解開 為什么自行車騎起來不會倒?
時間:2017-08-17 12:49   來源:科普中國   責任編輯:沫朵
  原標題:又一大謎團解開 為什么自行車騎起來不會倒? 

  共享單車都騎得很爽啊,有沒有想過,為什么自行車騎起來不會倒呢?

  這可是個懸賞百年,仍無人能解的問題。

百年未解之謎:為什么自行車騎起來不會倒?

  兩個輪子加上一些簡單的支架,組成了日常生活中最常見的交通工具——自行車。

  騎自行車不是什么難事,不過要講清楚行進中的自行車為什么不容易倒,即“自行車穩(wěn)定性”的問題,可沒那么簡單。

  自行車只靠兩個輪子和地面接觸,但只要達到并不太高的速度,它就能夠保持平衡而不會傾覆,有些技術高超的人甚至可以雙手離開車把而不擔心摔倒。

  關于自行車穩(wěn)定性的研究吸引了許多物理學家、力學家乃至數(shù)學家參與討論。1897年,法蘭西科學院還為此特別設立了一個獎項。

  然而,這個看似簡單的問題歷經(jīng)百余年的研究,至今仍然沒有圓滿解決,許多人還在繼續(xù)努力。

  2011年,一個國際研究小組在 的《科學》雜志上發(fā)表論文,介紹了他們的成果,結論聽起來可能有點令人泄氣——“為什么自行車能夠保持自我穩(wěn)定,目前還沒有簡單的物理學解釋。”

  呵呵,這是在逗我嗎?沒有解釋也可以發(fā)《Science》?

  不過,他們發(fā)現(xiàn)了一些有用的線索。簡而言之,就是——“我不知道什么是對的,但我好像知道了什么是不對的。”

百年未解之謎:為什么自行車騎起來不會倒?

  以前的研究將自行車行駛的穩(wěn)定性部分歸因于車輪的陀螺效應,也就是物體轉動時的離心力會使其自身保持平衡。
 
  還有一些科學家認為,自行車能夠保持平衡,主要是由于前叉后傾,即前叉不是垂直于地面,而是向后傾斜。
 
  但是,這篇神論文的作者們對此抱懷疑態(tài)度。他們設計了一輛排除了陀螺效應和前叉后傾的自行車。實驗結果令人大感意外。
 
  研究人員把這輛車推行到一定速度后撒手,它自己穩(wěn)定地行駛了相當長的距離,如同任何一輛傳統(tǒng)的自行車一樣。
 
  研究人員甚至在中途微微推了它一下,它也能很快恢復穩(wěn)定。
 
  實驗說明,陀螺效應和前叉后傾并不是自行車保持穩(wěn)定的關鍵原因。實驗還顯示,質(zhì)量分布可能對自行車的平衡起到很大作用。
 
  此后,他們又繼續(xù)展開研究。2014年,他們又發(fā)明了一種無論怎么傾斜也不會倒下的車子。這種車是自行車和三輪車的混合體,后輪兩側各加裝了一個輔助輪,看起來有些像兒童自行車。
 
  兩個輔助輪由彈簧控制。彈簧松開時,這輛車和普通自行車沒什么區(qū)別,轉彎時騎車人通過傾斜身體來保持平衡;彈簧緊繃時,它就成了一輛三輪車,車輛和騎車人都不需要傾斜,而靠后輪的作用來拐彎;當彈簧處在某個臨界點時,這輛車不管怎么傾斜都倒不了,此時如果騎車人試圖扭轉車把來拐彎就會翻車。
 
  研究人員希望借此研究騎車人究竟如何操控自行車并保持穩(wěn)定,進而研制出更易操控的自行車。
 
  自行車穩(wěn)定性問題確實非常復雜,要徹底解釋清楚,還必須從腦科學角度進行思考。
 
  人類能通過極其復雜的直覺來保持騎行的穩(wěn)定。例如,在速度非常低的情況下,我們很容易意識到,扭轉車把已無法控制方向,于是很自然地通過搖晃膝蓋來操控自行車。
 
  我們?yōu)槭裁磿@么做?到目前為止還沒人能回答。
 
  看來,自行車的謎團將會繼續(xù)困擾我們。

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