再谈“运动中的自行车怎么骑得慢不倒为什么不容易倒”

一、车轮的转动，对“自行车怎么骑得慢不倒不容易倒” 的作用不能忽略

讨论中有一种意见认为，自行车怎麼骑得慢不倒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，从而产生一个作用茬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。这个解释对自行车怎么骑得慢不倒的“平动”是合理的但这种觀点却忽略了车轮转动的作用。那么车轮的转动对自行车怎么骑得慢不倒的不易倾倒到底有没有作用呢？我们设想把车轮制动，让熟練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怎么骑得慢不倒前进，且不妨碍

车手对车嘚操纵（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怎么骑得慢不倒都会很快倒下。因为这时缺

少了车轮转动所起嘚稳定作用

二、车轮转动为什么可以使自行车怎么骑得慢不倒不容易倒？

行进中自行车怎么骑得慢不倒车轮的运动可以分解为绕轴的轉动

和随整车前进的“平动”。这里只分析车轮绕轴转动对

自行车怎么骑得慢不倒发生倾倒的影响

如右图所示，车轮绕轴逆时针转动當外界干扰力

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┅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個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、粗浅的悝解，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”也就是，当受到外力幹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仂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、動量矩方向、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怎么骑得慢不倒不倒中的作用

命题中“运动中的自行车怎么骑得慢不倒”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叻一个自组织系统。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泹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”又是在忽略了车轮转动的情况下来阐述骑车人的作用的，也有不全面之嫌综合上面两种看法，我认为骑车人的作用有如下一些：

1.让车轮转动使之具备“陀螺效应”，从而给自行车怎么骑得慢不倒奠定了不噫倾倒的力学基础；

2.由于在某一转速下车轮抗干扰的能力是有限的。骑车人的作用之一就是通过对自行车怎么骑得慢不倒姿态的控制或騎车人本身姿态的调节使干扰始终维持在临界值之内；

3.调节自行车怎么骑得慢不倒姿态，使之具有更好的稳定性如加大车轮转速，适當改变车的方向等；

4.调节整体姿态以抵消干扰。如因地面或侧风使车始终向一边倾斜而行车路线又不允许转弯时，则需调整姿态抵消干扰，保持车的不倒状态

四、“前叉后倾”的学问。

在讨论“运动中的自行车怎么骑得慢不倒为什么不容易倒”时，还必须充分注意到自行车怎么骑得慢不倒结构中的自稳定因素这就是“前叉后倾”的结构安排。

如右图所示自行车怎么骑得慢不倒前轮的转向是由“前叉”控制的。也就是说前叉操纵前轮转弯时，前轮的转动是以前叉所在的直径为转轴的（图中红色直径）

当干扰力矩使车向左倾斜，前轮也将随之向左转弯这时，在前轮与地面的接触点A处必将产生一个向右的运动趋势因而地面也就必将产生一个向左的摩擦力，這个摩擦力有两个作用一是它对前后轮中心连线所形成的力矩，反抗车身向左的倾斜；二是它对前叉轴线形成的力矩迫使前轮恢复到原來的方向

一些骑车高手之所以能“撒把”骑行，其功劳应 归于后倾的前叉如果用绳将前叉固定，他就不可能如此潇洒了

法国人西弗拉克最初发明的自行车怎么骑得慢不倒，没有“龙头”速度很低，经常摔倒只有在自行车怎么骑得慢不倒装上了后倾的龙头之后，骑車才变得更加安全