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又一大謎團(tuán)解開 為什么自行車騎起來不會(huì)倒?
時(shí)間:2017-08-17 12:49   來源:科普中國(guó)   責(zé)任編輯:沫朵
  原標(biāo)題:又一大謎團(tuán)解開 為什么自行車騎起來不會(huì)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(huì)倒呢?

  這可是個(gè)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(huì)倒?

  兩個(gè)輪子加上一些簡(jiǎn)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(jìn)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(jiǎn)單。

  自行車只靠?jī)蓚(gè)輪子和地面接觸,但只要達(dá)到并不太高的速度,它就能夠保持平衡而不會(huì)傾覆,有些技術(shù)高超的人甚至可以雙手離開車把而不擔(dān)心摔倒。

  關(guān)于自行車穩(wěn)定性的研究吸引了許多物理學(xué)家、力學(xué)家乃至數(shù)學(xué)家參與討論。1897年,法蘭西科學(xué)院還為此特別設(shè)立了一個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。

  然而,這個(gè)看似簡(jiǎn)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(gè)國(guó)際研究小組在 的《科學(xué)》雜志上發(fā)表論文,介紹了他們的成果,結(jié)論聽起來可能有點(diǎn)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(jiǎn)單的物理學(xué)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(jiǎn)而言之,就是——“我不知道什么是對(duì)的,但我好像知道了什么是不對(duì)的。”

百年未解之謎:為什么自行車騎起來不會(huì)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(yīng),也就是物體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力會(huì)使其自身保持平衡。
 
  還有一些科學(xué)家認(rèn)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(duì)此抱懷疑態(tài)度。他們?cè)O(shè)計(jì)了一輛排除了陀螺效應(yīng)和前叉后傾的自行車。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(dāng)長(zhǎng)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(fù)穩(wěn)定。
 
  實(shí)驗(yàn)說明,陀螺效應(yīng)和前叉后傾并不是自行車保持穩(wěn)定的關(guān)鍵原因。實(shí)驗(yàn)還顯示,質(zhì)量分布可能對(duì)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(huì)倒下的車子。這種車是自行車和三輪車的混合體,后輪兩側(cè)各加裝了一個(gè)輔助輪,看起來有些像兒童自行車。
 
  兩個(gè)輔助輪由彈簧控制。彈簧松開時(shí),這輛車和普通自行車沒什么區(qū)別,轉(zhuǎn)彎時(shí)騎車人通過傾斜身體來保持平衡;彈簧緊繃時(shí),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(dāng)彈簧處在某個(gè)臨界點(diǎn)時(shí),這輛車不管怎么傾斜都倒不了,此時(shí)如果騎車人試圖扭轉(zhuǎn)車把來拐彎就會(huì)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(jìn)而研制出更易操控的自行車。
 
  自行車穩(wěn)定性問題確實(shí)非常復(fù)雜,要徹底解釋清楚,還必須從腦科學(xué)角度進(jìn)行思考。
 
  人類能通過極其復(fù)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(shí)到,扭轉(zhuǎn)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?huì)這么做?到目前為止還沒人能回答。
 
  看來,自行車的謎團(tuán)將會(huì)繼續(xù)困擾我們。

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