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世纪未解之谜:自行车是怎么做到保持住平衡的呢?

只要是速度够快,就算是在满是了石子坑坑洼洼的山间小路上,自行车也能够自在前行(对,在没有人的情况下)。

自行车能够 算是人们创造发明过的最高效率、全能的人力驱动代步工具了,也是大家日常生活中最常见的种代步工具其一。

在荷兰,自行车的人均拥有量曾经一度飙到每一百人就会有一百零九辆自行车的惊人总量。带菜篮买东西用的,室外应对山地用的,能够 载小孩给母亲专门用的,一人备上好几辆,妥妥的车比人多。

只不过差友们也许没想到的是,“自行车到底是如何保持稳定的”这个问题,迄今依然是个困惑科学界1个世纪的“未解之谜”!

要了解,自行车在18世纪末就已经被法国人创造发明出来。而这一能够 称之为是世上首辆自行车的玩意,实际上跟“自行”沒有半分钱关联。

它沒有驱动装置,沒有踏脚板,看起来便是个长了两个车轮的条形板凳,得靠脚在地面上“行走”才可以驱动它前行,而想转弯?好,人先給我下去,抱住车身再换方向吧。

在1817年,来自于德国的森林管理员德莱斯创造发明出了能够 操纵车子方向的车把头。虽说還是得靠人脚踏地来驱动,但好歹也,无需搬运转弯了。

下面的数十年的時间里,自行车的设计通过了欧洲众多国家的人不断改进,代代演变,期間一度变成了非常反人类的造型,比如,下面这一版本的自行车,想坐上去,简直比翻上马背还难。

总算在1874年的那时候被一个英国人劳森改造出了人人都能够使用的正常模样。

劳森创造发明了种精密的机械结构,也就是大家现如今所说的铰链,利用铰链,前轮能够 在后轮的传动下运动,比马背还高的座椅也总算有机会从直径超过一米的前轮上移向更低更靠后的位置。

看到这儿,估计大伙儿也或多或少体会到了,自行车,从一开始就不是依托缜密的物理学、数学理论公式设计出来的。

它的出现,完完全全依靠人类的生活经验!只不过存在即是合理,自行车不光存在了快两个世纪,并且还不断地“进化”,到现在已经可以不依靠人力自个这般了,这般神奇的现象,肯定要有一个能用于解釋它的科学依据吧?

于是,科学家们開始倒回去反推它的设计原理,結果发现,诶?这玩意玄学了,竟然没办法用目前有的科学理论去解釋!

从19世纪末開始,科学界就已经发布了各种论文来解釋自行车的稳定性。在其中最主流的1种观点觉得,自行车的平衡原理是“陀螺效应”。

大家小的时候都玩过陀螺吧?高速旋转情况下的陀螺,无论碰到什么样的外力干扰,它的平衡都不容易被破坏掉。

還是拿陀螺来举个例子。当陀螺不旋转时,它会因为重力倒地,但要是它開始高速旋转,便会形成1个方位唯一的角动量。

在下面这张图中,红色箭头所指的方向便是旋转中陀螺角动量的方向。用右手定则判定角动量方位

角动量方位要是形成,就是难以更改,就是说要是它的方位是往上的,那么就不容易把它更改成朝向右上,或者左上。

上图左下角的陀螺仪沒有旋转时,一松开就掉了;而当它高速旋转时,形成的角动量甚至于能让它战胜重力的影响,持续挂在绳索上旋转。

而这时,要是对这个高速旋转的物体施加外力,仅有两种情况,一,物体会为了能保持角动量的方位而形成平移;二,物体会被迫停止正在进行的运动,直接“飞”出去。

生活里有很多现象都遵循“陀螺效应”,例如打水漂,很多人打水漂不成功的缘故,大多数是由于石头的旋转速度还无法形成让它保持方位的角动量。

以及玩飞盘,飞盘从被扔出到落回到你的手中,过程中一直遵循角动量方位不变的规律性。

自行车自然也是一样的了,只要是轮胎的旋转速度足够高,无论在车上是不是有人操纵,它们都是会保持1个基本上恒定的方位平移前行,(这也是为什么,速度越快的自行车突然转向,越容易翻车)

这套理论是否足够详细,足够说服你——自行车的平衡原理是由于“陀螺效应”了呢?

实不相瞒,我也差不多被说服了,这套理论也主导了自行车研究界好长一段时期,但在1970年,忽然有一个叫琼斯的人突然蹦出来来讲:压根就不是因为“陀螺效应”!琼斯不但讲了,还设计出了1个没有陀螺效应的自行车,进行了试验发表在了1本叫《今日物理》杂志上!

该辆特别制作自行车不同之处就在于它有一大一小两个前轮!大前轮在小前轮的传动下,会以不一样的旋转方向转动,就是说这两个车轮子的角动量是彻底相反的,而且互相抵消,因此 该辆车成功在理论上消除了“陀螺效应”!

听起来倒是挺高級的,简单来讲是由于车轮轴心比车的方向把更靠前,当车倾倒时,车头也会朝相同方向歪掉。

这就意味着在自行车行进的时候,倾倒的自行车靠着歪掉的车头,把重心改回到了自行车重心的下方,得以保持平衡。

大家细心回想下,骑车的情况下,要是车就要向着左侧倒了,是否本能地会把车头把向左侧,来维持平衡?

可在2011年,又有人蹦出来,做出了1个挑战极限的终极版自行车——它不但挑战了“陀螺效应”,另外也推翻了“前轮尾迹”理论。该辆自行车的不同之处有两个方面:它有4个车轮子;另外前轮的轴心比车把靠后!

前轮、后轮分别由两个车轮子组成,而这两个车轮子的转动方向是相反的,就是说前后轮的角动量都被抵消了。

而车把比前轮靠后,代表着靠“前轮尾迹”改变车体重心点,维持自行车平衡的理论也站不住脚跟了。

据说,看过的科学家都哭了。。。而在此之后,直至今日,仍然没人找到能完美解释自行车保持稳定的原理。

是因为这正是他们一生努力的意义所在啊:探寻这一个世界的真相,找出这世界运行的真相。

在这一点上,数百年来咱们都做得很成功,从宇宙运行到微观粒子,科学家都能找出合理的解释。

但低头,看着自己从家中骑到试验室上下班用的自行车,发现自己居然连如此个简单玩意都没搞懂,这对他们来讲可以说如同强迫症在一張整齐的薄纸上看到了1条抹不平的皱褶一样,难受啊。。。

而也正是是因为科学家们那样锱铢必较、上下求索的精神,让我们的科技才得到不断被突破,常议常新,不是吗?

除这些问题,世上也有很多未解之谜。在人类进化的过程中,历史上的时间段存在差异。有一阵子,人们仿佛消失得无影无踪。这些科学家并未提供科学证据

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