自行车骑起来为啥不倒科学家想了200年,至今仍
纵览人类的生活方式,20万年前与10万年前相比,几乎没有太大的改变;600年前与500年前相比,同样没有太大的改变。而如果将现在和100年前相比,那完全可以说是天翻地覆的改变。
为什么会有如此之大的变化呢?其实这得益于科技的帮助。经过近百年的实践总结,人类早已意识到科技是第一生产力,人类的每一次进步,都离不开科技的推动。
然而,科技的发展从本质上看,其实就是科学的发展,因为科技实际上是科学在物质世界中的具体映射。如果将科学和科技看作一辆高速行驶的汽车,那么科学则是这辆汽车的方向盘和发动机,它为科技的发展指明了方向、提供了动力。
虽然人类在科学的帮助下认识了世界,了解了宇宙中诸多的奥秘,但是科学也并不是万能的,在我们的日常生活中,就有许多常见的物理现象科学根本无法解释,例如一个非常“简单”的问题——自行车为什么骑起来不会倒。
可能许多人会对此感到非常诧异,要知道自行车都发明两百年了,怎么会不知道其中的原理呢?然而事实就是如此,这个“简单”的问题科学家们已经思考了200多年,可至今仍然是个未解之谜。
就连世界最权威的学术期刊之一《科学》(Science)杂志上,都刊载了好几篇关于这个问题的论文。
当然了,虽然没弄明白自行车骑起来不会倒的确切原因,但是这群连宇宙大爆炸都能搞明白的科学家们,还是将可能的原因缩小到了有限的几个方面。
第一种可能是“陀螺效应”。在对自行车稳定性的解释中,这种说法流传得最为广泛,许多科普读物中都喜欢用这种方法,来解释自行车骑起来为什么不会倒的问题。
简单来说,当自行车的前轮转动的时候,其自身的离心力会让它自身保持平衡,这就像高速转动的陀螺一样。
陀螺在高速旋转的过程中,会始终围绕着它的自转轴,保持旋转方向的惯性,从而能够在受到外力的情况下一直旋转。
第二种可能是“离心力效应”。1948年,著名力学专家 S.P.铁木辛柯和D.H.杨,在其合著的《高等动力学》一书中,也曾对自行车能保持自我平衡的问题进行了探究。
中间为S.P.铁木辛柯
他们认为,当自行车向某个方向倾斜时,骑车的人就会将前轮向倾斜的一侧转,由于前轮方面变了,但是前进的动能还在,自行车就会沿着前轮所在的倾斜圆周进行运动,此时产生的离心力就会将自行车扶正,从而保持自身的平衡。
第三种可能则是“脚轮效应”。1970年,英国化学家、作家大卫·骏斯( David E.H. Jones),在当时一个普通的科学杂志上发表了一篇文章,文中称自己发明了一辆没有用到“陀螺效应”的自行车,而这辆自行却能够正常的行驶,且保持自身的平衡。
大卫·骏斯的方法很巧妙,他在普通自行车的前轮边上,增加了一个大小粗细都相同的轮子,在运动的过程中,这个后加上去的轮子和原本的轮子旋转方向相反,但是旋转速度却是相同的,这样就从根本上抵消了“陀螺效应”带来的平衡性。
他的这一巧妙设计,对后来研究者的启发很大,因为他用事实从根本上证明了,自行车之所以能够保持自我平衡,和单纯的“陀螺效应”没有任何关系,或者说不是主要原因。
由此相关科学家也提出了一个新的想法,当自行车在运动中产生一个倾斜角时,由于前轮有前轮尾迹,所以后轮同样也会向倾斜方向产生一个类似的倾斜角时,在这种情况下离心力便会将自行车扶正。
也就导致了,即便在没有人操控的情况,直接将自行车推出去,自行车也能保持自我平衡的运动一段时间。
在综合了上面三种可能性之后,便出现了第四种可能性。这种可能性认为,单靠陀螺效应、脚轮效应和离心力是无法让自行车保持平衡的,只有这三种力结合在一起,也就是它们中间有一种微妙的联系,正是这种联系使得自行车能够平衡不会倒。
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