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为什么自行车不倒,行进中的自行车为啥不倒呢

来源:整理 时间:2022-06-05 16:56:45 编辑:科技知识 手机版

科学家当然知道骑自行车的原理,否则不可能发明自行车。骑自行车是优秀的人体平衡系统和训练的结果,是人调整姿势让自行车保持平衡。第三,骑车人在保持自行车平衡方面的作用。二、为什么车轮转动能使自行车不容易倒?我们在讨论“为什么运动中的自行车不容易摔倒”。

两个轮的单车为什么不倒?

简单地说有两点,一是自行车的设计与人的骑行坐姿,基本形成一个平面,左右也基本对称,这个面的重心通过2个车轮与地面接触点,组成一个基本稳定的三角,同时重心的重力方向由于骑行人的对前轮方向的转动控制,和身体的左右扭动与这个面都保持基本垂直于地面,形成平衡,这时候如果控制的人水平高,那么这个人就能保持自行车不动、也可以不倒。

这就像有人可以将一块薄的砖竖起来不倒一个道理,第二点,普通人做不到上述这一点,就必须骑到一定速度,这时候这个面重心就形成了一个向前的惯性动量,动量是一个矢量,根据动量守恒定律在没有外力的作用下,动量是守恒的,因此自行车更加不容易倾倒。另外,前后两个轮的转动也会形成一定的转动的角动量,这个角动量也能使自行车保持稳定,

问你个简单的问题:行进中的自行车为啥不倒呢?

一、车轮的转动,对“自行车不容易倒”的作用不能忽略。讨论中有一种意见认为,自行车不倒,是因为骑车的人在车产生倾斜时,下意识地把车把向倾斜方向转动,使车向倾斜方向作曲线运动,从而产生一个作用在整车重心上的离心力,这个离心力相对于地面支点的力矩而使车不倒,这个解释对自行车的“平动”是合理的。但这种观点却忽略了车轮转动的作用,

那么,车轮的转动对自行车的不易倾倒到底有没有作用呢?我们设想,把车轮制动,让熟练的车手骑在上面,并想法使车轮与地面减少摩擦,使之易于滑动,然后用外加设备拖动自行车前进,且不妨碍车手对车的操纵(这是完全做得到的)。我们可以肯定,不管车手多么熟练,自行车都会很快倒下,因为这时缺少了车轮转动所起的稳定作用。

二、车轮转动为什么可以使自行车不容易倒?行进中,自行车车轮的运动可以分解为绕轴的转动和随整车前进的“平动”,这里只分析车轮绕轴转动对自行车发生倾倒的影响。如右图所示,车轮绕轴逆时针转动,当外界干扰力矩使车轮向左发生一定的偏倒时,车轮到底怎样运动呢?我们来考察车轮最上面一点的运动状态,车轮的偏转,使它产生了一个垂直于旋转平面的轴向速度;由于车轮的转动,它还具有位于旋转面内的圆周切向速度;该点的实际速度是这两个速度的矢量和。

这个合速度显然缓解了车轮的倾倒,轮子的转速越大,其合速度越靠近旋转平面,车轮也就越稳定。一般情况下,圆周切线速度都比使车倾倒的轴向速度大得很多,因而车轮的高速转动能有效地抵御干扰力矩的作用,需要说明的是,以上这种解释只能说是一种静态的、粗浅的理解,它没有完全说明旋转的车轮不容易倒的本质原因。要全面科学地理解其本质原因,还必须凭借“陀螺原理”,

就是,当受到外力干扰时,车轮转轴方向发生变化,在转轴方向变化的过程中,车轮将产生附加的旋转分量(进动、章动)。其中某部分旋转量具有抵抗外力干扰的作用,车轮原有惯性旋转速度越快,即相应质量的动量矩越大,反抗干扰的能力就越大,车轮就越稳定。因为涉及到矢量叠加、动量矩方向、动量矩转化和守恒等数学力学知识,推导也较繁复,不能在此展开,

三、骑车人在维持自行车不倒中的作用。命题中“运动中的自行车”当然是包含了骑车人在内,所以段青老师是用系统的观点来论述这个问题的,即人和车组成了一个自组织系统,她提到了人的加入,给系统输入能量,让车动起来,并通过人的调节,使系统的重心落在车轮与地面接触的范围内。但因对此命题的力学本质未能充分揭示,故显得说服力不够,

《GT》解释了骑车人的作用,而忽略了车轮转动,但同样不全面。基于以上两种观点,我认为骑车人的作用如下:1。让车轮转动,使其具有“陀螺效应”,从而为自行车打下不易倾倒的力学基础;2.因为车轮的抗干扰能力在一定速度下是有限的,骑车人的作用之一就是通过控制自行车的姿态或者调整骑车人自己的姿态,使干扰保持在临界值以内;3.调整自行车的姿态,使其更稳定,如提高车轮速度,适当改变自行车的方向;4.调整整体姿势抵消干扰。

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