春天来了,满大街的共享单车在奔跑,不禁让人想起小时候第一次学骑车的紧张。如果那时候有人告诉小编,前进的自行车不会倒,我学会骑车的时间应该更早。首先自行车这种机械上的东西是先有技术和产品,后才有理论,而且目前为止关于自行车的理论仍然在发展。最早的解释是想利用陀螺效应解释自行车的问题,主要涉及轮子的转动和力矩操控。
但是实际上这样的因素不是主要原因,在1970年《今日物理》杂志上就报导了一辆自制的没有前轮陀螺效应的自行车照样能够稳定行驶的现象。文章的作者提出了“前轮尾迹”的理论,即行驶的自行车有一个倾斜角时,自行车的前轮由于“前轮尾迹”的缘故,会自动向倾斜的一侧产生一个偏转角。正是这个偏转角产生的离心作用使自行车能够把自己扶正。因此即使没有人驾驶,在一定的速度之下,直行的自行车运动也是稳定的。
这种理论主导了科学界很多年,直到2011年《science》上发表了一篇文章,论证了在没有陀螺效应也没有前轮尾迹的条件下,自行车照样可以行驶得很稳定。他们对该模型进行了理论求解,说明在一定的质量分布下,自行车的结构实际上是一种不能够自动控制其行驶稳定的交通工具,而不需要特定的效应作为主导。
感兴趣的读者可以查看《 A bicycle can be self-stable without gyroscopic or caster effects》(J. D. G. Kooijman, J. P. Meijaard, Jim M. Papadopoulos, Andy Ruina,and A. L. Schwab Science 15 April 2011: 339-342. [DOI:10.1126/science.1201959] )。