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標題: 自行車平衡原因太復雜 [打印本頁]

作者: laodongbeiren 時間: 2011-6-20 09:50
標題: 自行車平衡原因太復雜
本帖最后由 laodongbeiren 于 2011-6-20 11:06 編輯

自行車為什么能平衡地前進呢？這看似無比簡單。
車頭是大部分人調整自行車的工具。騎自行車時，人們會隨時調整車頭，一旦車子看著要往某邊傾斜，我們便會調整車頭讓其重新回到軌道上來。

但也有人可以瀟灑地不扶車把騎車，他們利用身體的傾斜度調整來控制自行車的平衡。

不過，哪怕沒有人騎，自行車自己也可以調整平衡：把一輛自行車推一下，它會自動向前行駛一段路，直到倒下，這個過程被稱為“自我平衡”或“自我穩固”。這個特征，曾經在過去的一百多年中困惑了很多人。

“為什么自行車會在需要的時刻自己掌舵，我們目前還沒有簡單的物理學解釋。”研究論文中寫道。

不過，這群把物理天賦用在自行車而不是宇宙大爆炸上的物理學家們，還是找到了一些研究線索。雖然我們還是不知道自行車到底怎么保持自我平衡，但至少他們把原因縮小到幾個方面。
利用仿生學的自行車，可根據人體高度自行調節。

對于自行車的自我平衡能力，目前有不同的解釋。

在獲過諾貝爾獎提名的物理學家阿諾德·索菲爾德參加的一篇研究論文中提到，自行車能夠自我平衡是類似“陀螺”的一種表現。陀螺會產生自旋，隨著能量消減而停下來，自行車也有同樣的作用。陀螺儀作用在導航定位系統中起了很大的作用，而阿諾德等人也認為，在自行車的平衡力上，陀螺也發揮了關鍵作用。

此外，一些科學家認為，自行車主要是由于“輪腳作用”而能夠保持一定程度上的平衡。所謂“輪腳”作用，即自行車的前輪可以像超市購物車的前輪一樣起到方向控制作用。
不過，在這次新的研究中，這群自行車科學家們則提出，自行車可以既不像陀螺，又不像超市購物車前輪那樣實現自我平衡。此前的理論并不一定適用，很多依此增加了車輪陀螺作用或主動駕駛能力的自行車，穩定性并沒有增加多少，而且一旦速度提高，就失去了陀螺效應，反而平衡能力減少。

可折疊輕便自行車，可折疊到車輪大小。

為了證明這點，這群科學家們從反常規入手，設計了一輛排除了陀螺或輪腳作用的自行車。

這輛自行車只帶兩個小輪，最大限度地減少了車輪的自旋轉動量。為了進一步減少陀螺效應，他們還給自行車前輪增加了反自旋輪，用相反方向的旋轉消減車輪的自旋。而兩個輪胎的設計類似冰鞋，前輪的觸地點比駕駛軸略微提前了一點，使得輪腳作用幾乎為負。

“雖然我們的實驗車看上去像是輛折疊踏板車，但它依然是一輛自行車，帶兩輪，兩個車輪架，三個軸。”研究者寫道。
在荷蘭達爾福特大學的停車場和籃球館，這群科學家以每小時8千米的速度把這輛小車向外推了出去，它自己行駛了相當長的距離，如同任何一輛傳統自行車一樣，它能夠平衡自己。研究者甚至還在自行車自我行駛過程中略微推了它一下，很快，這輛小車又自己調整到直線軌道。“沒人知道這是為什么。”參與研究者瑞納說。

“這輛自行車證明，自我平衡還無法用任何簡單的詞來解釋。”另一名達爾福特大學的科學家阿諾德·舒瓦特在展示視頻中說道。

科學家用作試驗的排除陀螺或輪腳作用的自行車，樣子像個折疊踏板車。

除了否定陀螺和輪腳作用的關鍵性之外，他們的實驗還顯示，自行車重量分布可能對平衡起到很大的作用，特別是自行車前部重量中心的位置，可能極大影響了自行車穩定性。

雖然科學家依然沒有得出自行車的完美數學公式，但是，至少他們得到了一些啟發——陀螺、輪腳作用和自行車前部重心位置這三點，雖然不會各自對平衡力起決定性作用，但可能三者有一股微妙的交互關聯，影響自行車的平衡力。研究論文中提到，他們發現當對這三點調整失誤后，反而會令自行車更為不穩定。

研究者還提到，決定一輛自行車的穩定性還有其他很多因素，比如駕駛軸的幾何原理，兩輪之間的距離或更重要的車體重量分布。
“自行車演化到今天，都是現行常規的設計，但在設計空間上，還有很多地方有著開發潛能。”論文中寫道。這群科學家，希望自己的理論研究，能讓人們打開思路。

雖然在一個多世紀中，人們嘗試著給自行車寫出一道完美的力學公式卻沒能如愿，但是，或許只有懂點數學，才能造出更好的自行車

作者: 狼822 時間: 2011-6-20 10:47
這個……有點意思

作者: laodongbeiren 時間: 2011-6-20 11:05
以每小時8千米的速度把這輛小車向外推了出去，它自己行駛了相當長的距離，如同任何一輛傳統自行車一樣，它能夠平衡自己。研究者甚至還在自行車自我行駛過程中略微推了它一下，很快，這輛小車又自己調整到直線軌道

我以為-------------前叉的傾角使的自行車具有自穩定性（類似碗里的球體一樣），汽車的前輪也有類似的傾角，作用也相仿：能自動扶正方向盤（回輪）。怎么用數學來表達？請樓下來做吧

作者: inspira 時間: 2011-6-20 12:05
自行車的平衡是由其力矩組成的一個平衡，很多學者對這方面做過分析，下次給大家傳幾個典型的自行車力矩分析看看

作者: linda112 時間: 2011-6-21 21:27
啟發很大的文章。

作者: wangfugen85 時間: 2011-7-2 22:54
哈哈。沒有什么準確的定義

作者: 老屈 時間: 2011-7-8 16:13
自行車本身的平衡不具備持久性，因為速度在降低。只有維持一定的速度才會進行下去。
我理解的平衡一個靜止一個是勻速。

作者: ciker 時間: 2012-2-20 16:05
這么簡單的問題還用得到科學家？騎手保持平衡主要靠兩個原理：
1，離心力原理，不用解釋吧；
2，重心主動調整，兩個輪子跟地面的兩個切點與重心在地面的投影形成一個三角形，調整龍頭就是調整重心位于兩個切點連線的左側還是右側。
陀螺效應以及頭管傾角和漂移量都只是輔助作用。

作者: wangnanxiang 時間: 2012-2-22 20:10
很深奧，

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