行駛中的自行車為什么不倒?
秋華
自行車能夠不倒,是利用了“兩個(gè)動點(diǎn)保持平衡”的原理,也就是通過人為的控制,使重心保持在兩個(gè)移動點(diǎn)之上。這實(shí)際上應(yīng)該看做是三個(gè)定點(diǎn)保持平衡原理的延伸。
自行車現(xiàn)在是很普通的一種交通工具。據(jù)西方文獻(xiàn)記載,它最早是一種被稱為“好馬”(dandy horse)的滑行工具,前進(jìn)的動力是人的腳在地上行走,還是1817年一位名叫德萊斯(Baron von Drais)的德國人發(fā)明的,取得了專利。后來經(jīng)過許多改進(jìn),直到19世紀(jì)中葉才發(fā)展到現(xiàn)在的模樣,不過據(jù)《清朝野史大觀》記載:“黃履莊所制雙輪小車一輛,長三尺余,可坐一人,不須推挽,能自行。行時(shí),以手挽軸旁曲拐,則復(fù)行如初,隨住隨挽日足行八十里。”由此可見,他制造的自行車,前后各有一個(gè)輪子,騎車人手搖軸旁曲拐,車就能前進(jìn),這是史料最早記載的自行車??梢娗宄它S履莊(1656-?)很早就發(fā)明了類似于自行車的裝置,而且不是用腳蹬而是由手搖動曲柄前進(jìn)。
比黃履莊大一歲的清初詞人納蘭性德(1655-1685)在他的筆記小說《淥水亭雜識》中有一段記載:“武侯木牛流馬,古有言是小車者。西人有自行車,前輪絕小,后輪絕大,以高臨下之勢。故平地以得自行?;蚣茨九A黢R乎。而坎曲折,大費(fèi)人力也。”可見在清初,西方傳教士就已經(jīng)把當(dāng)時(shí)西方的自行車傳到中國來了。這里說由于前輪小后輪大,能夠“以高臨下”所以平地能夠自行的說法,從力學(xué)上是沒有道理的。這在當(dāng)時(shí)力學(xué)學(xué)科還不成熟,力學(xué)知識也不普及的情形下的一種蒙昧的猜想,是可以理解的。至于說到高低不平的道路上,大費(fèi)人力,是可以理解的。
自行車不倒不是利用了陀螺的穩(wěn)定性原理。陀螺是轉(zhuǎn)的越快越穩(wěn)定,但是對于不會騎車的人來說,只能是騎得越快摔的越狠。
自行車能夠不倒,是利用了“兩個(gè)動點(diǎn)保持平衡”的原理,也就是通過人為的控制,使重心保持在兩個(gè)移動點(diǎn)之上。這實(shí)際上應(yīng)該看做是三個(gè)定點(diǎn)保持平衡原理的延伸。