「就像學騎自行車一樣」這句話經常用在你永遠不會真正忘記課程的情況下。一旦你知道如何騎自行車,你就知道了。
但是,雖然您可能本能地知道如何騎自行車,但您可能不知道它的物理原理。例如,您可能沒有註意到,當您騎自行車時,要左轉必須先右轉,要右轉必須先左轉。
首先,儘管我們對自行車的工作原理了解不少,但我們並不了解完整的故事。一時間,繼第一次數學分析後1910年,陀螺效應被認為可以使自行車保持直立,並解釋了為什麼自行車可以在沒有騎手的情況下繼續行駛一段時間。一個世紀後,一個團隊不辭辛勞地製造了一輛可以抵消這種效應的自行車,以便對其進行測試。
「普遍的觀點是,這種自轉向是由前輪的陀螺儀進動引起的,或者是由像轉向軸後面的腳輪一樣拖尾的車輪接觸引起的,」該團隊在他們的論文中寫道。紙。 「我們證明,這兩種效應對於自穩定性來說都不是必需的。以線性穩定性計算為指導,我們製造了一輛帶有額外反向旋轉車輪(消除車輪旋轉角動量)的自行車,並且其前輪地面接觸向前轉向軸(使尾隨距離為負值)。
那麼是什麼讓自行車保持直立並在直線道路上行駛呢?簡而言之,我們並不確切知道,但我們知道它很複雜。
「似乎不可能做出簡單的解釋,」一位主題回顧解釋說,「因為傾斜和轉向是由多種效應組合而成的,包括陀螺儀進動、前輪地面接觸點處的橫向地面反作用力,尾隨轉向軸、重力和來自具有中心的前組件的慣性反作用力。
現在我們來談談轉向。即使在這樣做時您可能也沒有註意到,但是為了向左轉,您首先將車把向右轉動。
如果您向前騎行,然後突然將車把向一側扔並保持在那裡,您可能會期望朝那個方向轉彎。然而,如果你這樣做,你很快就會走向「地面」方向。
“如果你在沒有先將自行車傾斜到轉彎處的情況下將車把轉向所需轉彎的方向,離心力將使你的自行車側翻。”紙解釋說。 “事實上,自行車事故通常是由鐵軌或下水道格柵等道路障礙物突然轉動前輪和車把造成的。”
相反,人們在沒有意識到的情況下,首先向相反的方向做了一個小的「反向轉向」。
「建立適當傾斜的一種方法是反向轉向,即明確地將車把轉向所需的轉向,從而產生使自行車適當傾斜的離心扭矩,」該論文解釋道。 “將自行車傾斜到轉彎處可以使重力平衡離心力,從而實現受控且穩定的轉彎。”
本文列出了在轉彎時保持自行車穩定的其他方法,包括臀部推力、傾斜以及用力踩踏一個踏板。然而,他們也得出結論,該機制在物理上相當複雜。
他們寫道:“無論如何,陀螺力在使自行車傾斜方面發揮的作用很小,但它們確實有助於設定轉向角度。” “論文和教科書中經常重複的陀螺力是自行車行為核心的吸引人的觀點是不正確的。”