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静止就倒、动则稳行!自行车平衡背后的三重科学逻辑
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每天下班推自行车,停在路边稍不注意就倒,可一骑起来哪怕单手扶把都稳得很。
这事我琢磨好多年,直到查了些资料才明白,这俩轮子的家伙身上藏着不少力学门道。
自行车静止时像个“傲娇的主儿”,非得靠着点东西才肯站着,我试过好几次,把车停在平地上,转身买瓶水的功夫它就躺地上了。
后来才知道,问题出在支撑结构上,自行车就俩轮子着地,这俩点几乎在一条直线上,不像家里的桌子,四条腿撑着稳当,也比不上三轮车,三个轮子构成三角支撑,它的重心还偏高,稍微有点倾斜,重心就跑出支撑范围了。
从力学角度说,静态平衡得满足合力、合力矩都为零,重心还得在支撑面投影里,自行车这三点很难同时做到。
我之前想,是不是能给自行车加个小支撑轮解决问题?后来发现市面上还真有儿童辅助轮自行车,不过那毕竟是给小孩用的。
对成人自行车来说,加辅助轮会破坏骑行灵活性,并非明智之举。
如此看来,自行车静止时难平衡,压根就是设计上的“先天属性”,它本就不是为长时间静止待命而生的。
既然静止不行,那动起来为啥突然就稳了,很多人觉得是车轮转起来的“陀螺效应”,我一开始也这么想,毕竟小时候玩陀螺,转得越快越不容易倒。
但科学家做过实验,造了辆特殊自行车,让两个前轮反向旋转,抵消了陀螺效应,本来想这车子肯定骑不了,结果它居然能自己跑一段还不倒下,这说明陀螺效应顶多算个“辅助选手”,真正的“主力”是“转向自稳机制”。
这机制全靠自行车前叉的设计,你仔细看,自行车前叉不是垂直插在车架上的,而是往前倾一点,这就导致前轮着地的点,在车把转向轴前面,形成个叫“拖曳距”的距离。
骑车时身体稍微左倾,前轮会跟着向左偏,车子就走个小左弯,产生的离心力能把重心“拉”回正中间。
整个过程不用你刻意去调,身体甚至都没察觉,它自己就完成了平衡修正。
我骑车上坡时发现,速度慢的时候得双手紧紧抓着车把,稍微晃一下就慌,速度提起来后,反而不用那么紧张。
这就是转向自稳机制在起作用,速度够了,它的修正效果就更明显,不得不说,当年设计自行车的人,能想到这么巧妙的结构,是真有智慧。
虽说自行车自身有平衡本事,但人在上面可不是光坐着就行。
我初学骑车那会,摔了好几次,总觉得是车不好,后来才发现,是自己身体的调节没跟上。
咱们的小脑专门管平衡,骑车时它会接收眼睛看到的、耳朵里平衡器官感受到的信号,还有肌肉关节的感知,然后指挥身体做微调。
比如感觉车要往右倒,手会下意识右转车把,身体也会往左挪一点,这些动作快得很,根本不用大脑慢慢想。
我问过骑了十几年车的老同事,他说现在骑车就跟走路似的,不用刻意操心平衡。
这其实就是小脑把骑车平衡的技能“记”下来了,形成了自动化反应。
而且现在的山地车,还专门优化了前叉角度和拖曳距,在坑坑洼洼的路上也能更稳。
上次我骑朋友的山地车去郊外,过碎石路时明显感觉比自己的普通自行车稳,这就是技术优化带来的好处。
说到底,自行车能保持平衡,不是某一个因素在发力。
静态时的支撑短板,被动态下的转向自稳机制弥补,再加上人身体的调节配合,三者凑到一起,才让这俩轮子的家伙既灵活又稳定。
下次骑车时,不妨留意下自己身体的微调,还有车轮转动时的状态,说不定能发现更多有意思的小细节。
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