行驶中的自行车为什么不倒?

秋华

自行车能够不倒,是利用了“两个动点保持平衡”的原理,也就是通过人为的控制,使重心保持在两个移动点之上。这实际上应该看做是三个定点保持平衡原理的延伸。

自行车现在是很普通的一种交通工具。据西方文献记载,它最早是一种被称为“好马”(dandy horse)的滑行工具,前进的动力是人的脚在地上行走,还是1817年一位名叫德莱斯(Baron von Drais)的德国人发明的,取得了专利。后来经过许多改进,直到19世纪中叶才发展到现在的模样,不过据《清朝野史大观》记载:“黄履庄所制双轮小车一辆,长三尺余,可坐一人,不须推挽,能自行。行时,以手挽轴旁曲拐,则复行如初,随住随挽日足行八十里。”由此可见,他制造的自行车,前后各有一个轮子,骑车人手摇轴旁曲拐,车就能前进,这是史料最早记载的自行车。可见清朝人黄履庄(1656-?)很早就发明了类似于自行车的装置,而且不是用脚蹬而是由手摇动曲柄前进。

比黄履庄大一岁的清初词人纳兰性德(1655-1685)在他的笔记小说《渌水亭杂识》中有一段记载:“武侯木牛流马,古有言是小车者。西人有自行车,前轮绝小,后轮绝大,以高临下之势。故平地以得自行。或即木牛流马乎。而坎曲折,大费人力也。”可见在清初,西方传教士就已经把当时西方的自行车传到中国来了。这里说由于前轮小后轮大,能够“以高临下”所以平地能够自行的说法,从力学上是没有道理的。这在当时力学学科还不成熟,力学知识也不普及的情形下的一种蒙昧的猜想,是可以理解的。至于说到高低不平的道路上,大费人力,是可以理解的。

自行车不倒不是利用了陀螺的稳定性原理。陀螺是转的越快越稳定,但是对于不会骑车的人来说,只能是骑得越快摔的越狠。

自行车能够不倒,是利用了“两个动点保持平衡”的原理,也就是通过人为的控制,使重心保持在两个移动点之上。这实际上应该看做是三个定点保持平衡原理的延伸。