為什麼走起來,自行車就容易維持平衡是很容易解答的,根本就不是什麼難題_風聞
老派作风-2022-10-03 07:55
【本文來自《歷經1935960小時,我們破解了自行車平衡的奧秘》評論區,標題為小編添加】
首先雜技演員就可以在靜止的自行車上保持平衡,所以騎車人的主動調整才是自行車能維持平衡的決定性因素,我們所要討論的問題應該只是為什麼自行車走起來更容易保持平衡。
陀螺效應在維持自行車平衡中起主要作用是一個傳播了很長時期的錯誤概念,如果自行車車輪的陀螺效應足夠大,那麼對控制自行車來説是很危險的。這一點是很容易用實驗來證實的。用一個一拉就能高速旋轉的陀螺玩具,轉動起來之後順着轉動的方向讓其滾動,就會發現陀螺立即就會開始扭動,和高速摩托車失控時的扭動極其相似。這就是陀螺進動效應的作用。所以自行車輪的陀螺效應是不可能做得很大的。當然,如果自行車永遠是走直線,而且車輪的進動可以被和地面的摩擦力所限制,那麼在車輪高速轉動時是會提供一定抗傾斜力量的,這很可能就是有些運動員可以在滾筒上練騎行的原理,但控制平衡的難度應該比一般騎行高,而且和普通騎行的感覺應該是不一樣的。
在路上有時可以看到一種輪子非常粗的自行車,平衡應該會容易一些,但轉彎肯定不方便,做高速轉彎時車輪的進動效應估計會引起問題。
一般的走起來容易保持平衡和陀螺效應原則上沒什麼關係,最典型的例子是滑水冰,冰鞋上根本就沒有輪子,但也是速度越慢越難保持平衡。
雜技演員定車時是依靠身體變形來調整重心來保持平衡的,而一般人大多是不行的(其實雜技演員在做定車表演時往往前輪是轉到最大角度的,這也是為了增大支撐寬度的技巧)。
普通人騎自行車主要是依靠轉彎產生的離心力來維持平衡的(車輪的陀螺效應在低速時應該很小),這比騎車人依靠身體變形來調整重心要容易的多,多數人都可以做到。具體來説,一旦車開始左傾,騎車人就會開始向左轉彎,然後離心力就會使得車子向右傾。和所有控制環路的工作原理類似,這種反饋校正是不會在車子通過平衡點之後立即停止的,總會矯枉過正,使車子接着產生右傾的,這時車就會被控右轉,車子就是在這種連續調整下保持平衡的。這也就是説,即使是在直行時,自行車實際上也總是在轉彎的,只是由於這種校正的幅度是很小的,所以不專門注意就不會被察覺到而已。如想驗證這一點,可以試試在騎車時一直壓着路上一條直線騎行,就會發現那是很不容易做到的。人學騎車的過程其實就是掌握用轉彎來控制平衡技巧的過程。
至於為什麼這樣容易保持平衡的原因是隻要前行速度足夠高,就很容易只做微小轉彎便可產生足夠大的離心力,這相當於使得控制環路增益被提高了。走鋼絲的雜技演員手裏往往都會有一根長棍子,這樣微小的傾斜就會產生較大的重心偏移,也是為了提高控制環路增益的。
前輪後傾有助於保持平衡,其原理是一旦車子出現傾斜,則由於前輪後傾使得車子會自動向傾斜的那側轉向,而轉向產生的離心力則和傾斜方向是相反的,這就減輕了騎車人調整平衡的負擔,所以其實也是靠轉彎來調整平衡的。前輪如果不後傾,保持平衡的難度會增大,但也不是不能騎,就像有的讀者已經指出的那樣,獨輪車也是一旦走起來就容易保持平衡的,就是完全依靠騎車人主動轉彎來做到的。
會騎自行車但沒騎過三輪車的人往往在頭一次騎三輪車的時候控制不住方向,其原因就是當車子有微小轉向時,騎車人會本能地以為這是在維持平衡,因此不敢直接用手去修正轉向。但習慣了以後就會發現其實騎三輪車比騎自行車要容易,沒有平衡問題,方向偏了直接把龍頭扳正就完了。
總之,對近代力學來説,為什麼走起來自行車就容易維持平衡是很容易解答的,根本就不是什麼難題,即使是對陀螺原理也是早已研究透透的了。這篇文章如果真是物理所寫的那可真是有點丟臉了。
