人騎自行車為什麼不會倒,人騎自行車為什麼不會倒?

2023-01-22 18:15:56 字數 4724 閱讀 1342

1樓:匿名使用者

自行車只有2個輪子,卻為什麼可以保持平衡呢?甚至,高手在騎車的時候,可以雙手離開車把,任由車子向前走而不擔心摔倒(但要擔心前面呼嘯而來的汽車)。物理學家拿出一個陀螺,放在地上轉一下,並開始用鞭子使勁抽打它,隨著陀螺越轉越快,陀螺也像不倒翁一樣,雖然只有一個尖著地,卻左右搖擺而不肯倒下。

這就是陀螺效應:旋轉的物體有保持其旋轉方向(旋轉軸的方向)的慣性。

陀螺只有一個旋轉方向,已經很穩定了。而自行車有2個輪子,顯然自行車輪子在高速旋轉的時候,會使自行車更穩定。因此,騎車人撒開車把也不會倒下。

但遺憾的是,這並非一個合理的解釋。

陀螺效應在保持自行車穩定中也許起到不可忽略的效果,但是,如果自行車單單憑藉陀螺效應保持穩定,那麼,初學者也應該在高速騎車時不會倒下。但是,2個陀螺似乎並不足以支撐騎車人重達幾十公斤的身體的傾斜。剛學習騎車往往會摔得很慘。

從另一個方面看,騎獨輪車的雜技演員由於車速很低,甚至車輪完全停止轉動,則基本無法依靠陀螺效應保持平衡。

自行車的平衡首先來自於騎車人腰部的肌肉。熟練的騎車人,其身體形成自動的條件反射,當自行車稍微傾斜倒下時,人的身體會感受到,腰部肌肉會自動動作,把身體拉向另一側,形成的反向力矩促使車身抬起。我們學習騎自行車,也就是訓練身體的肌肉完成這種條件反射,而一旦學會,這個控制迴路就保持在小腦中,隨時可以啟用,許多年也不會忘記。

但是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定,這又是為什麼呢?

自行車本身的平衡機制,來自於前叉後傾。我們可以觀察到,幾乎每輛自行車的車把軸,都不是與地面完全垂直,而是後傾的。由於前輪是固定在車把的前叉上,因此又叫前叉後傾。

前叉後傾,使車輛轉彎時產生的離心力其所形成的力矩方向,與車輪偏轉方向相反,迫使車輪偏轉後自動恢復到原來的中間位置上。這樣,車子就有了自動回正的穩定性。車速越快,所造成的恢復力矩越大,騎車人就越感到穩定。

這就是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定的原因。

一般而言,車子前叉越後傾,車子越穩定,但轉動車把越費勁;而後傾角度小,轉把較容易,但車子的穩定性不夠。但如果自行車完全沒有前叉後傾,那麼,騎自行車會是一件很痛苦的事情。

自行車其實是相當複雜的力學體系,而汽車的前輪定位更加複雜。有主銷內傾、主銷後傾、前輪外傾和前輪前束,這保證開車的時候車子儘可能穩定,但又減少輪胎的磨損。

2樓:及鑫鵬

呵呵! 你好...

自行車只有2個輪子,卻為什麼可以保持平衡呢?甚至,高手在騎車的時候,可以雙手離開車把,任由車子向前走而不擔心摔倒(但要擔心前面呼嘯而來的汽車)。物理學家拿出一個陀螺,放在地上轉一下,並開始用鞭子使勁抽打它,隨著陀螺越轉越快,陀螺也像不倒翁一樣,雖然只有一個尖著地,卻左右搖擺而不肯倒下。

這就是陀螺效應:旋轉的物體有保持其旋轉方向(旋轉軸的方向)的慣性。

陀螺只有一個旋轉方向,已經很穩定了。而自行車有2個輪子,顯然自行車輪子在高速旋轉的時候,會使自行車更穩定。因此,騎車人撒開車把也不會倒下。

但遺憾的是,這並非一個合理的解釋。

陀螺效應在保持自行車穩定中也許起到不可忽略的效果,但是,如果自行車單單憑藉陀螺效應保持穩定,那麼,初學者也應該在高速騎車時不會倒下。但是,2個陀螺似乎並不足以支撐騎車人重達幾十公斤的身體的傾斜。剛學習騎車往往會摔得很慘。

從另一個方面看,騎獨輪車的雜技演員由於車速很低,甚至車輪完全停止轉動,則基本無法依靠陀螺效應保持平衡。

自行車的平衡首先來自於騎車人腰部的肌肉。熟練的騎車人,其身體形成自動的條件反射,當自行車稍微傾斜倒下時,人的身體會感受到,腰部肌肉會自動動作,把身體拉向另一側,形成的反向力矩促使車身抬起。我們學習騎自行車,也就是訓練身體的肌肉完成這種條件反射,而一旦學會,這個控制迴路就保持在小腦中,隨時可以啟用,許多年也不會忘記。

但是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定,這又是為什麼呢?

自行車本身的平衡機制,來自於前叉後傾。我們可以觀察到,幾乎每輛自行車的車把軸,都不是與地面完全垂直,而是後傾的。由於前輪是固定在車把的前叉上,因此又叫前叉後傾。

前叉後傾,使車輛轉彎時產生的離心力其所形成的力矩方向,與車輪偏轉方向相反,迫使車輪偏轉後自動恢復到原來的中間位置上。這樣,車子就有了自動回正的穩定性。車速越快,所造成的恢復力矩越大,騎車人就越感到穩定。

這就是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定的原因。

一般而言,車子前叉越後傾,車子越穩定,但轉動車把越費勁;而後傾角度小,轉把較容易,但車子的穩定性不夠。但如果自行車完全沒有前叉後傾,那麼,騎自行車會是一件很痛苦的事情。

自行車其實是相當複雜的力學體系,而汽車的前輪定位更加複雜。有主銷內傾、主銷後傾、前輪外傾和前輪前束,這保證開車的時候車子儘可能穩定,但又減少輪胎的磨損。

參考資料

3樓:一切屬於我我

科學的只有一句話,沒有騎自行車不倒的人

為什麼在騎自行車的時候車不會倒

4樓:匿名使用者

一、車輪的轉動,對「自行車不容易倒」 的作用不能忽略。

討論中有一種意見認為,自行車不倒,是因為騎車的人在車產生傾斜時,下意識地把車把向傾斜方向轉動,使車向傾斜方向作曲線運動,從而產生一個作用在整車重心上的離心力,這個離心力相對於地面支點的力矩而使車不倒。這個解釋對自行車的「平動」是合理的。但這種觀點卻忽略了車輪轉動的作用。

那麼,車輪的轉動對自行車的不易傾倒到底有沒有作用呢?我們設想,把車輪制動,讓熟練的車手騎在上面,並想法使車輪與地面減少摩擦,使之易於滑動,然後用外加裝置拖動自行車前進,且不妨礙

車手對車的操縱(這是完全做得到的)。我們可以肯定,

不管車手多麼熟練,自行車都會很快倒下。因為這時缺

少了車輪轉動所起的穩定作用。

二、車輪轉動為什麼可以使自行車不容易倒?

行進中,自行車車輪的運動可以分解為繞軸的轉動

和隨整車前進的「平動」。這裡只分析車輪繞軸轉動對

自行車發生傾倒的影響。

如右圖所示,車輪繞軸逆時針轉動,當外界干擾力

矩使車輪向左發生一定的偏倒時,車輪到底怎樣運動呢?

我們來考察車輪最上面一點的運動狀態。車輪的偏轉,使它產生了一個垂直於旋轉平面的軸向速度;由於車輪的轉動,它還具有位於旋轉面內的圓周切向速度;該點的實際速度是這兩個速度的向量和。這個合速度顯然緩解了車輪的傾倒。

輪子的轉速越大,其合速度越靠近旋轉平面,車輪也就越穩定。一般情況下,圓周切線速度都比使車傾倒的軸向速度大得很多,因而車輪的高速轉動能有效地抵禦干擾力矩的作用。

需要說明的是,以上這種解釋只能說是一種靜態的、粗淺的理解,它沒有完全說明旋轉的車輪不容易倒的本質原因。要全面科學地理解其本質原因,還必須憑藉「陀螺原理」。也就是,當受到外力干擾時,車輪轉軸方向發生變化,在轉軸方向變化的過程中,車輪將產生附加的旋轉分量(進動、章動)。

其中某部分旋轉量具有抵抗外力干擾的作用。車輪原有慣性旋轉速度越快,即相應質量的動量矩越大,反抗干擾的能力就越大,車輪就越穩定。因為涉及到向量疊加、動量矩方向、動量矩轉化和守恆等數學力學知識,推導也較繁複,不能在此。

三、騎車人在維持自行車不倒中的作用。

命題中「運動中的自行車」當然是包含了騎車人在內,所以段青老師是用系統的觀點來論述這個問題的,即人和車組成了一個自組織系統。她提到了人的加入,給系統輸入能量,讓車動起來,並通過人的調節,使系統的重心落在車輪與地面接觸的範圍內。但因對此命題的力學本質未能充分揭示,故顯得說服力不夠。

「gt」又是在忽略了車輪轉動的情況下來闡述騎車人的作用的,也有不全面之嫌。綜合上面兩種看法,我認為騎車人的作用有如下一些:

1.讓車輪轉動,使之具備「陀螺效應」,從而給自行車奠定了不易傾倒的力學基礎;

2.由於在某一轉速下,車輪抗干擾的能力是有限的。騎車人的作用之一就是通過對自行車姿態的控制或騎車人本身姿態的調節,使干擾始終維持在臨界值之內;

3.調節自行車姿態,使之具有更好的穩定性,如加大車輪轉速,適當改變車的方向等;

4.調節整體姿態,以抵消干擾。如因地面或側風使車始終向一邊傾斜,而行車路線又不允許轉彎時,則需調整姿態,抵消干擾,保持車的不倒狀態。

四、「前叉後傾」的學問。

在討論「運動中的自行車為什麼不容易倒?」時,還必須充分注意到自行車結構中的自穩定因素,這就是「前叉後傾」的結構安排。

如右圖所示,自行車前輪的轉向是由「前叉」控制的。也就是說,前叉操縱前輪轉彎時,前輪的轉動是以前叉所在的直徑為轉軸的。(圖中紅色直徑)

當干擾力矩使車向左傾斜,前輪也將隨之向左轉彎。這時,在前輪與地面的接觸點a處必將產生一個向右的運動趨勢,因而地面也就必將產生一個向左的摩擦力,這個摩擦力有兩個作用。一是它對前後輪中心連線所形成的力矩,反抗車身向左的傾斜;二是它對前叉軸線形成的力矩迫使前輪恢復到原來的方向。

一些騎車高手之所以能「撒把」騎行,其功勞應 歸於後傾的前叉。如果用繩將前叉固定,他就不可能如此瀟灑了。

法國人西弗拉克最初發明的自行車,沒有「龍頭」,速度很低,經常摔倒,只有在自行車裝上了後傾的龍頭之後,騎車才變得更加安全。

5樓:冬雪

騎自行車是不穩定平衡。

騎自行車的時候車將倒時通過轉把改變重心位置,從而使車平衡。

騎自行車熟練的時候騎車人會隨時調整重心位置使車不會倒。

6樓:匿名使用者

會騎車的人是能掌握平衡的,再加上騎車時有不斷的慣性向前衝,所以就不會倒了

7樓:匿名使用者

物體在運動的時候有慣性,即有保持自己運動方向的趨勢.

自行車在騎行時,車子整體在向前運動,車輪自身也在轉動,轉動的物體會自主地保持其轉動軸的方向不變, 正常不倒時,車輪的轉動軸平行於地面,如果傾斜, 則車輪的轉動軸就斜交於地面, 騎車時轉動的車軸會自動地保持其軸平行於地面, 所以不會倒.

自行車怎麼騎,自行車怎麼騎啊?

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