自行車騎起來為啥不倒?科學家想了200年,至今仍是未解之謎

天空之城 2020/07/16 檢舉

雖然人類在科學的説明下認識了世界,瞭解了宇宙中諸多的奧秘,但是科學也並不是萬能的,在我們的日常生活中,就有許多常見的物理現象科學根本無法解釋,例如一個非常「簡單」的問題——自行車為什麼騎起來不會倒。

可能許多人會對此感到非常詫異,要知道自行車都發明兩百年了,怎麼會不知道其中的原理呢?然而事實就是如此,這個「簡單」的問題科學家們已經思考了200多年,可至今仍然是個未解之謎。

 

就連世界最權威的學術期刊之一《科學》(Science)雜誌上,都刊載了好幾篇關於這個問題的論文。

當然了,雖然沒弄明白自行車騎起來不會倒的確切原因,但是這群連宇宙大爆炸都能搞明白的科學家們,還是將可能的原因縮小到了有限的幾個方面。

 

第一種可能是「陀螺效應」。在對自行車穩定性的解釋中,這種說法流傳得最為廣泛,許多科普讀物中都喜歡用這種方法,來解釋自行車騎起來為什麼不會倒的問題。

簡單來說,當自行車的前輪轉動的時候,其自身的離心力會讓它自身保持平衡,這就像高速轉動的陀螺一樣。

陀螺在高速旋轉的過程中,會始終圍繞著它的自轉軸,保持旋轉方向的慣性,從而能夠在受到外力的情況下一直旋轉。

第二種可能是「離心力效應」。1948年,著名力學專家 S.P.鐵木辛柯和D.H.楊,在其合著的《高等動力學》一書中,也曾對自行車能保持自我平衡的問題進行了探究。

中間為S.P.鐵木辛柯

他們認為,當自行車向某個方向傾斜時,騎車的人就會將前輪向傾斜的一側轉,由於前輪方面變了,但是前進的動能還在,自行車就會沿著前輪所在的傾斜圓周進行運動,此時產生的離心力就會將自行車扶正,從而保持自身的平衡。

第三種可能則是「腳輪效應」。1970年,英國化學家、作家大衛·駿斯( David E.H. Jones),在當時一個普通的科學雜誌上發表了一篇文章,文中稱自己發明了一輛沒有用到「陀螺效應」的自行車,而這輛自行卻能夠正常的行駛,且保持自身的平衡。

大衛·駿斯的方法很巧妙,他在普通自行車的前輪邊上,增加了一個大小粗細都相同的輪子,在運動的過程中,這個後加上去的輪子和原本的輪子旋轉方向相反,但是旋轉速度卻是相同的,這樣就從根本上抵消了「陀螺效應」帶來的平衡性。

他的這一巧妙設計,對後來研究者的啟發很大,因為他用事實從根本上證明了,自行車之所以能夠保持自我平衡,和單純的「陀螺效應」沒有任何關係,或者說不是主要原因。

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