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自行车的诞生

有人会说,自行车行驶的时候,不是人保持的平衡吗?一个人如果不会骑自行车,那么他就会摔倒。

然而通过对自行车的研究,科学家们发现,骑车者只能决定车在静止时候的平衡,自行车在行驶的情况下,平衡并不是骑车者在保持。

《科学》杂志更是在2011年发表文章表示,目前并没有一个合理的物理知识能够解答自行车的平衡之谜,因此只存在一些假说。

自行车的设计和建造,主要是当初工程师们依靠经验总结,并没有系统的自行车动力学诞生。

今天自行车的雏形则是在1874年在英国出现的,因为自行车第一次有了链条。

只不过这个时候的自行车依然长得和今天不一样,它的后轮大,前轮非常小,看起来像奇特的“独轮车”。

1875年法国科学院就设立了专门的奖项用于鼓励人们发现自行车中的物理知识,从而让自行车更快地发展。

200多年的时间过去了这个奖依然没人拿,原因很简单,没有物理学家能够参透自行车行驶过程中的物理原理。

但是他们做了一个无人自行车实验,自行车在行驶过程中即便没有人骑在上面它也能正常行驶。

可以把自行车的前轮想象成一个高速旋转的陀螺,只要保持一定的速度那么就能保持平衡。

英国的一位物理学家大卫·琼斯( David E.H. Jones)设计了一款自行车。

它的前轮有两个,两个前轮的旋转方向相反,目的就是为了抵消掉陀螺仪的影响。

这是因为他在骑车的过程中发现,如果人的身体跟随自行车的摆动幅度而动,那么人和车会一起被扶正。

大卫的这个理论和1948年提出的离心力效应有点相似,提出者S.P.铁木辛柯和D.H.杨同样认为自行车的平衡是离心力摆正的。

随着电脑技术的发展,人们可以利用它设计很多模型,通过建立自行车的行驶模型,来判断它的受力方向。

那就是陀螺仪、离心力、脚轮效应在自行车行驶的过程中都有起到平衡的作用,可它们不是唯一。

总的来说就是当自行车具有速度之后,两边倾斜的动能会小于自身速度产生的动能。

这个时候只要人别捣乱在上面乱动,它就能一直保持平衡,人们所说的不会骑自行车其实就是在破坏自行车的平衡。

当自行车的速度减小到无法抗衡倾斜动能的时候,自行车的平衡系统也会被打破,所以需要加速,也就是使劲蹬踏板。

其实,我们的生活中不单是自行车的原理没有搞明白,还有飞机如何起飞的人类也不知道。

物理学家至今无法科学解释飞机的起飞原理,因为发明飞机的莱特兄弟在设计飞机的时候,不是从物理原理入手的。

莱特兄弟两人是机械工程师,他们并不是第一个想要发明飞机的人,在他们之前人类就想要持续飞行了。

飞机诞生之前,人类的飞行采用的是飞艇,莱特兄弟吸收了前人的经验经过不断改良才设计出了飞机。

科学是将一种自然现象通过系统性的解释表现,比如大家熟知的万有引力,牛顿通过公式将万有引力具象化。

技术依靠科学却又不完全依靠科学,它还可以依靠经验,前面提到的自行车和飞机,它们的发明算是一种技术,没有科学理论。

所以有的时候一些技术会和科学会产生一定的分裂感,比如埃及金字塔一直被认为是外星人的杰作。

金字塔是古埃及的建筑师在各种经验的基础上建造出来的,他没有留下所谓的建筑图纸及其建筑原理。

这些未解之谜也侧面反映出,人类的科学发展并没有我们想象中的那么全面,很多东西的诞生还是依靠了前人的智慧。

但是这个物理属于经验物理,通过总结身边所发生的现象,得到一定的结论,不过这个结论很有可能是错的。

经验物理统治了2000多年的时间,某种程度上它还禁锢了一段时期的物理发展。

由此可见发明出一件东西的难度,没有创立一套理论难,这也是科学发展很缓慢,但是技术发展却很快的原因。

经验传承比学术传承更加容易,也更容易学会,但是一个科学理论可以诞生出上百种技术。

人们通过将科学和技术结合,诞生了科技这个概念,如果二者能够相辅相成,那么人类的未来会更加美好。

或许有一天,我们会在教科书上看见自行车是如何保持平衡的,后来接上一大段物理学公式。

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