150多年了,自行车依然是个科学未解之谜!

创建时间:2015-11-04

燃动激情 火力全开大促


曾在2011年,一个国际研究小组突然“投下一颗重磅炸弹”,声称尽管已经分析了150多年,但世界上还没有人真正弄懂为什么自行车在行驶中不会倒下。


估计世界上许多自行车骑手听到这个消息后会立刻下车,并不可思议地盯着他们的自行车——多年来他们一直在做的事情,竟然是一件科学无法解释的现象!

不过准确地来说,科学家不知道的是,能使自行车保持稳定的最简单的充分必要条件是什么。

自行车的研制,主要依靠的是不断试验,使自行车在行驶中更不易倒下,但是要想解释背后的原理就比较麻烦了。

研究人员开始发现,要想解释自行车是如何工作的,数学上需要大约25个变量,例如自行车的前叉相对于路面的角度,质量的分布以及车轮的大小等等。

之后,研究人员把自行车保持稳定的条件变量简化为两个:一个叫“迹”的大小,指的是前轮触地的位置到前叉延长线与地面相交的位置之间的距离;另一个则是可以保持旋转的车轮直立的陀螺恢复力(一种令旋转物体恢复平衡的力,陀螺最为典型,故以陀螺命名)。

不过在2011年,那个国际研究小组不仅对这个理论重新分析了一遍,而且还把一辆自行车中的“迹”和陀螺恢复力弄歪,使得它在理论上无法保持稳定,但结果令人大感意外,这辆自行车在行驶中仍可以稳定地前行。


虽然这个问题没有得到解决,但是在2014年,来自美国康奈尔大学的研究人员已经发明出了一种无论怎么倾斜也不会倒下的车子。


们的发明看起来像是自行车与三轮车的合体,而外侧的两个车轮由一个弹簧来调节。如果弹簧完全松开,它跟普通自行车没什么区别,骑手可以通过倾斜和扭转车把
来操控。如果弹簧完全绷紧,它就成了一辆三轮车,骑手只能通过扭转车把来操控。而当弹簧处在某个中间的临界点时,这辆车不管怎么倾斜也都倒不了,而且倾斜
也不会影响车子的运动情况。

另外,骑手试图扭转车把来转向时,却只会造成车子发生倾斜。结果是完全无法操控这辆车子,它只能沿着直线行驶。

研究人员希望借此研究出骑手究竟是如何操控自行车并保存稳定的,并能研制出更易操控的自行车。


但这仍是一场艰难的研究。一些研究人员认为,要想理解自行车为什么不倒,不只是要考虑力学问题,也许还要考虑脑科学。

人类能用很复杂的但却很直观的方式使得自行车保持稳定,例如在非常低的速度下,我们很容易就意识到,扭转车把没多大用处,相反我们会通过膝盖运动来操控自行车。

我们为什么会这么做?没人知道。自行车的谜团将会继续困扰我们。

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