為什麼自行車停著沒有走著穩 ?

走著好掌握平衡,所以穩。因為有慣性呀!一、車輪的轉動,對“自行車不容易倒” 的作用不能忽略。
討論中有一種意見認為,自行車不倒,是因為騎車的人在車產生傾斜時,下意識地把車把向傾斜方向轉動,使車向傾斜方向作曲線運動,從而產生一個作用在整車重心上的離心力,這個離心力相對於地面支點的力矩而使車不倒。這個解釋對自行車的“平動”是合理的。但這種觀點卻忽略了車輪轉動的作用。那麼,車輪的轉動對自行車的不易傾倒到底有沒有作用呢?我們設想,把車輪制動,讓熟練的車手騎在上面,並想法使車輪與地面減少摩擦,使之易於滑動,然後用外加設備拖動自行車前進,且不妨礙
車手對車的操縱(這是完全做得到的)。我們可以肯定,
不管車手多麼熟練,自行車都會很快倒下。因為這時缺
少了車輪轉動所起的穩定作用。
二、車輪轉動為什麼可以使自行車不容易倒?
行進中,自行車車輪的運動可以分解為繞軸的轉動
和隨整車前進的“平動”。這裡只分析車輪繞軸轉動對
自行車發生傾倒的影響。
如右圖所示,車輪繞軸逆時針轉動,當外界干擾力
矩使車輪向左發生一定的偏倒時,車輪到底怎樣運動呢?
我們來考察車輪最上面一點的運動狀態。車輪的偏轉,使它產生了一個垂直於旋轉平面的軸向速度;由於車輪的轉動,它還具有位於旋轉面內的圓周切向速度;該點的實際速度是這兩個速度的向量和。這個合速度顯然緩解了車輪的傾倒。輪子的轉速越大,其合速度越靠近旋轉平面,車輪也就越穩定。一般情況下,圓周切線速度都比使車傾倒的軸向速度大得很多,因而車輪的高速轉動能有效地抵禦干擾力矩的作用。
需要說明的是,以上這種解釋只能說是一種靜態的、粗淺的理解,它沒有完全說明旋轉的車輪不容易倒的本質原因。要全面科學地理解其本質原因,還必須憑藉“陀螺原理”。也就是,當受到外力干擾時,車輪轉軸方向發生變化,在轉軸方向變化的過程中,車輪將產生附加的旋轉分量(進動、章動)。其中某部分旋轉量具有抵抗外力干擾的作用。車輪原有慣性旋轉速度越快,即相應品質的動量矩越大,反抗干擾的能力就越大,車輪就越穩定。因為涉及到向量疊加、動量矩方向、動量矩轉化和守恆等數學力學知識,推導也較繁複,不能在此展開。
三、騎車人在維持自行車不倒中的作用。
命題中“運動中的自行車”當然是包含了騎車人在內,所以段青老師是用系統的觀點來論述這個問題的,即人和車組成了一個自組織系統。她提到了人的加入,給系統輸入能量,讓車動起來,並通過人的調節,使系統的重心落在車輪與地面接觸的範圍內。但因對此命題的力學本質未能充分揭示,故顯得說服力不夠。“GT”又是在忽略了車輪轉動的情況下來闡述騎車人的作用的,也有不全面之嫌。綜合上面兩種看法,我認為騎車人的作用有如下一些:
1.讓車輪轉動,使之具備“陀螺效應”,從而給自行車奠定了不易傾倒的力學基礎;
2.騎車人的作用之一就是通過對自行車姿態的控制或騎車人本身姿態的調節,使干擾始終維持在臨界值之內;
3.調節自行車姿態,使之具有更好的穩定性,如加大車輪轉速,適當改變車的方向等;
4.調節整體姿態,以抵消干擾。如因地面或側風使車始終向一邊傾斜,而行車路線又不允許轉彎時,則需調整姿態,抵消干擾,保持車的不倒狀態。
四、“前叉後傾”的學問。
在討論“運動中的自行車為什麼不容易倒?”時,還必須充分注意到自行車結構中的自穩定因素,這就是“前叉後傾”的結構安排。
如右圖所示,自行車前輪的轉向是由“前叉”控制的。也就是說,前叉操縱前輪轉彎時,前輪的轉動是以前叉所在的直徑為轉軸的。(圖中紅色直徑)
當干擾力矩使車向左傾斜,前輪也將隨之向左轉彎。這時,在前輪與地面的接觸點A處必將產生一個向右的運動趨勢,因而地面也就必將產生一個向左的摩擦力,這個摩擦力有兩個作用。一是它對前後輪中心連線所形成的力矩,反抗車身向左的傾斜;二是它對前叉軸線形成的力矩迫使前輪恢復到原來的方向。
一些騎車高手之所以能“撒把”騎行,其功勞應 歸於後傾的前叉。如果用繩將前叉固定,他就不可能如此瀟灑了。
法國人西弗拉克最初發明的自行車,沒有“龍頭”,速度很低,經常摔倒,只有在自行車裝上了後傾的龍頭之後,騎車才變得更加安全。

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