-
1 # 歷史一站通
-
2 # 碼能君
受力分析就可以解決了,自己想不明白的問題不要說什麼科學家想了200年還不明白,真是坐井觀天,進入正題。分析腳踏車受到的力,靜止時受重力,地面的支援力,這很好理解,運動時,假設勻速運動的,只考慮人的動力,不考慮內部機械摩擦力,腳踏車受到重力,地面支援力,還有後輪受向後的動力,地面向前的靜摩擦力(這點要是不明白你就不用談了),前輪受向前的推力和向後的摩擦力,此時腳踏車時只線也這些力與車輪是在一個平面的;當車要傾斜側翻時,假設向左側翻,重力與地面不垂直了,重力分解為向左一個水平力,延車身向地面的力,延車身向地面的力分解為垂直地面和平行地面的力,還受地面支援力和靜摩擦力,如圖所示。這時候,腳踏車要倒就是因為重力的這個水平分力,把這個力抵消了腳踏車就不倒了,可以想像一下,腳踏車要向左邊倒了改怎麼調整?是不是車把向左拐?我們分析一下,車把向左拐,後輪受力不變,主要看前輪,前輪受推力和摩擦力,這時候力的大小和方向都是改變的,推力延後輪(車梁),阻力延前輪方向向後,這時候合力也就是地面給的摩擦力水平向右,這個摩擦力跟重力水平向左的分力正好抵消,車子不倒。很多人對文縐縐的分析不懂,那麼可以體會一下幾個事情,1快速轉大彎是車子向內傾斜,車把幾乎不動就能過彎,2車子靜止開始騎著有,車把是直的和車把拐著彎用力一樣嗎?3,有些人對前輪受到那個向右的摩擦力不理解,可以想一下,如果腳踏車在絕對光滑的地上行駛,能拐彎嗎?
-
3 # 勤奮的茂子
腳踏車在運動中,只要車把平衡掌握好了,有個前進的慣性作用,當然不容易倒。如果車子一停,兩個輪胎接觸地面那點面積,肯定不能支撐車身加車主的重力,肯定要跌倒啊
-
4 # 小子趕緊做事
腳踏車騎著不倒的原因有:
1、陀螺效應
腳踏車前輪轉動時,它的離心力會幫助保持自身平衡,就像抽動旋轉的陀螺時,陀螺會圍繞著它的軸保持旋轉方向的慣性一樣。
2、離心力效應
當腳踏車往一側傾斜時,騎車人就會將前輪轉向同一側,由於前輪轉了一個角度,腳踏車就會沿著傾斜側的圓周行進,這時離心力向圓周外,就會將腳踏車扶正。
3、腳輪效應
腳輪效應能使前輪的支承力產生對前叉轉軸的力矩,推動前叉朝傾斜方向轉動,使離心力效應的穩定作用自動實現。
4、多重效應綜合作用
陀螺效應、腳輪效應和腳踏車前部重心位置這3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互動關聯,影響腳踏車的平衡力。
-
5 # 物理看世界老木同學
應該是動態平衡。
在前進過程中透過微調重心,使腳踏車不倒。
就像沒有騎行的時候需要腳支撐地,否則會倒。
新手學腳踏車都是左右曲線前行,就是因為經驗不足,重心偏的比較大,調整的幅度掌握不好,所以會左右晃動。
腳踏車障礙賽,騎手騎著腳踏車要不停跳動去調整重心,否則容易倒。
所以前行中是動態平衡,對重心微調,保持不倒。靜止時候除非平衡大師能找好重心不動,其餘人都需要用腳支撐?
-
6 # 重慶大學林建國
騎腳踏車不會倒的原理是因為它的結構決定了。兩個輪子的旋轉運動,讓腳踏車和人體的共同重心在前進方向是平穩的,沒有辦法倒。在一定速度下,大約時速在15公里以上每小時,腳踏車和人體的共同重心在左右要偏離重心時,因為速度比較快,還沒有偏離到倒時,重心又離開了原來的位置,又建立起新的平衡。如此交替進行,就不倒的向前運動。當然,到腳踏車行進很慢時,就有可能倒,不倒的,都是腳踏車龍頭左右擺動來尋求平衡。所以,騎腳踏車不會倒就是前後輪子的平穩線行運動,註定不會出現前後倒。而在一定速度下,當重心偏離垂線時,快倒時,因為慣性和一定速度下的推力,讓重心在下一個點上尋求新的平衡。不斷的被腳踏車龍頭左右擺動尋求平穩,當速度足夠快,就很平穩了!
和九十一歲的林建國老媽在海南清瀾半島!
-
7 # 科學重口味
很多人把這個說成是未解謎題,其實呢,這個問題跟為什麼陀螺轉起來,是一個道理。
我們知道陀螺轉起來不倒的原因在於離心力。
離心力作為水平方向的力,它把轉動的節奏拿捏的死死的,如果陀螺有絲毫向上或者向下的出軌動作,那麼這個離心力就會立刻把它拽回到水平平面上,所以,陀螺轉起來,任憑你怎麼水平方向抽它,它都很難倒下。
腳踏車較為複雜一點了。
腳踏車兩個輪胎的旋轉也會形成很強的離心力,它只允許腳踏車的兩個車輪向前方運動,發生任何的左右偏轉,都會被這個力拉回來。這時候,只需要你簡單的控制下腳踏車把,就能輕鬆騎起來了。
所以,當你跳下腳踏車後,只要不是偏得太厲害,腳踏車還會沿著直線繼續前進一段方向。也正因如此,車速越快,車子就越穩。
腳踏車不倒不是什麼世界未解之謎,簡單的很!
-
8 # 魔法小櫻桃
腳踏車在騎行不會倒,是一個複雜的問題,一直以來是一個謎。200 年來,為解開這個謎團,許多物理學家、數學家孜孜不倦地研究腳踏車穩定性的原理所在,以期尋求一個合理的解釋,他們發表了近百篇文獻,提出了各種可能。根據科學理論,一直被大家認可的有以下幾點原因:
1.陀螺效應
在對腳踏車穩定性的解釋中影響比較大的一種說法是腳踏車前輪的陀螺效應,以至於在許多通俗讀物中都以這種觀點來解釋腳踏車的穩定性。
腳踏車前輪轉動時,它的離心力會幫助保持自身平衡,就像抽動旋轉的陀螺時,陀螺會圍繞著它的軸保持旋轉方向的慣性一樣。
2.離心力效應
1948 年,美國力學家鐵木辛科和楊在他們所著的《高等動力學》一書中,對腳踏車穩定性問題作出了離心力效應的解釋。他們認為,當腳踏車往一側傾斜時,騎車人就會將前輪轉向同一側,由於前輪轉了一個角度,腳踏車就會沿著傾斜側的圓周行進,這時離心力向圓周外,就會將腳踏車扶正。
3.腳輪效應
1970年,在《今日物理》雜誌上,英國人大衛·駿斯( David E.H. Jones)發表了一篇文章,這篇文章對後來的研究影響很大。文章報道了作者自制了一輛沒有前輪陀螺效應的腳踏車,照樣能夠穩定地行駛,文章用事實證實了陀螺效應對於腳踏車行駛的穩定性不是主要的。
駿斯的辦法是,在普通腳踏車前輪邊上,再增加一個平行的輪子,這個輪子透過傳動與前輪旋轉方向相反,旋轉速度相同,這樣從整體上說就抵消了前輪的陀螺效應。儘管這樣,這輛腳踏車,仍然能夠行駛自如沒有任何困難。
駿斯計算了前叉點與腳踏車的傾斜角和前輪偏轉角的關係,他稱之為“駕駛幾何”。國內相關專家指出:“當行駛的腳踏車有一個傾斜角時,腳踏車的前輪由於有‘前輪尾跡’的緣故,會自動向傾斜的一側產生一個偏轉角,由於有這個偏轉角,腳踏車靠轉彎的離心力便會扶正。因此即使沒有人駕駛,在一定的速度之下,直行的腳踏車,運動也是穩定的。”
陀螺效應、腳輪效應和腳踏車前部重心位置這 3 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互動關聯,影響腳踏車的平衡力。
4.還有一點是:物體都有保持其運動速度不變的趨勢,當速度足夠快的時候,向兩邊傾倒的動能遠遠小於自身的動能,我們只需要很小的力就可以保持平衡;當轉彎的時候此時傾倒的力變成了轉彎需要的向心力,從而平衡了腳踏車。當速度繼續減少直至靜止,則向心力也無法提供平衡,需要人體的調整來平衡腳踏車了,只有受過訓練的雜技演員才能平衡一輛靜止的腳踏車,為什麼動起來的腳踏車不會倒?原因在於在車上坐著一個會提供平衡的人,否則無論速度多大依舊會倒下!人透過調整握把和身體在車身的左右就可以保持平衡而不會倒下!只是速度快的時候需要的力比較小而已。
我們可以拿鐵環舉個例子,首先當速度很快的時候鐵環會一直向前,速度降低的時候就會慢慢倒下,因為上面沒有一直會平衡的人。
一些研究人員認為,要想理解腳踏車為什麼不倒,不只是要考慮力學問題,也許還要考慮腦科學。人類能用很複雜但卻很直觀的方式使得腳踏車保持穩定,例如在非常低的速度下,我們很容易就意識到,扭轉車把沒多大用處,相反我們會透過膝蓋運動來操控腳踏車。但是人們為什麼會這麼做,沒人知道,也許腳踏車的謎團將會繼續困擾我們。
-
9 # 科普達人
是因為物體在運動的時候有慣性,即有保持自己運動方向的趨勢。
腳踏車在騎行時,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。
-
10 # 果城釘釘
隨著共享單車的火熱,腳踏車又開始變得火熱起來。邁腿、上車、蹬腿、走你,動作一氣呵成,隨著小小的車輪轉動,人們騎著腳踏車穿梭於大街小巷。
似乎腳踏車騎上後天生就是不會倒的,那你有偶爾思考過為什麼嗎?
自150年前腳踏車被髮明以來這個問題在科學上至今懸而未決,為解開這個謎團法國科學院在1897年還專門設立了一個獎項(Prix Fourneyron competition)。200年來,許多物理學家、數學家孜孜不倦地研究著腳踏車不倒的問題,以期尋求一個合理的解釋,他們發表了近百篇文獻,提出了各種可能。
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。而腳踏車有2個輪子,顯然腳踏車輪子在高速旋轉的時候,會使腳踏車更穩定。因此,騎車人撒開車把也不會倒下。
北京大學力學系教授武際可在其部落格《腳踏車的學問》一文中寫道:“對於陀螺效應腳踏車穩定性的解釋,我們簡要地來做說明。你拿一枚硬幣,讓它在平面上滾動,如果起始時刻讓它略微傾斜,比方說傾向左側,你就會發現,它會向傾斜的這方拐彎,當傾斜角變得愈大時,拐彎的曲率也愈大,最後到傾倒為止。”
同樣可以類比在行進的腳踏車,
“假設腳踏車欲向左側傾倒,即前輪向左傾斜,這時騎車人操縱車把使前輪向左轉,這相當於給前輪一個向左旋轉的力矩,在這個力矩作用下,前輪會由傾斜向直立方向運動。同樣如果腳踏車欲向右傾倒,即前輪向右傾斜,這時騎車人透過把手使前輪向右轉,這相當於給前輪一個向右旋轉的力矩,在這個力矩作用下,前輪會由傾斜向直立方向運動。由此,腳踏車自然會穩定地向前行駛。”
無論從力學原理上來說,還是從騎車人的實際經驗來看,以上腳踏車陀螺效應的解釋都是行得通的。所以近百年中,這種觀點流行比較普遍,以至於在許多科普書籍中,大半也是介紹這種觀點的。
陀螺效應在保持腳踏車穩定中也許起到不可忽略的效果,但是,如果腳踏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。
1948年,美國力學家鐵木辛科和楊在他們所著的《高等動力學》一書中,對腳踏車穩定性問題作出了離心力效應的解釋。他們認為,當腳踏車往一側傾斜時,騎車人就會將前輪轉向同一側,由於前輪轉了一個角度,腳踏車就會沿著傾斜側的圓周行進,這時離心力向圓周外,就會將腳踏車扶正。
對此,武際可指出:“由這個解釋,可以得出結論,腳踏車的速度越快,所產生的離心力便越大。所以腳踏車行進的速度越快腳踏車便越容易控制。”
不過,這種解釋與現實生活略有偏差。當人們在平地上把一輛腳踏車推行到一定速度並且撒手,腳踏車會無控制地穩定地前行一段,這時,即使在中途擾動它一下,它也能夠回覆穩定。這說明,腳踏車本身在沒有駕駛的條件下便有能夠穩定前行的機制。
腳輪效應:能使前輪的支承力產生對前叉轉軸的力矩,推動前叉朝傾斜方向轉動,使離心力效應的穩定作用自動實現。
1970年,英國人大衛·駿斯( David E.H. Jones)在《今日物理》雜誌上發表了一篇文章。這篇文章對腳踏車平衡提出了新的理論。文章報道了作者自制了一輛沒有前輪陀螺效應的腳踏車,依舊能夠穩定地行駛。文章用事實證實了陀螺效應對於腳踏車行駛的穩定性不是主要的。駿斯的辦法是,在普通腳踏車前輪邊上,再增加一個平行的輪子,這個輪子透過傳動與前輪旋轉方向相反,旋轉速度相同,這樣從整體上說就抵消了前輪的陀螺效應。儘管這樣,這輛腳踏車,仍然能夠行駛自如沒有任何困難。
瓊斯計算得出:原來當行駛的腳踏車有一個傾斜角時,腳踏車的前輪由於有“前輪尾跡”的緣故,會自動向傾斜的一側產生一個偏轉角,由於有這個偏轉角,腳踏車靠轉彎的離心力便會扶正。因之即使沒有人駕駛,在一定的速度之下,直行的腳踏車,運動也是穩定的。
上海交通大學劉延柱教授發表在《力學與實踐》上的《自穩定的無人腳踏車》一文中寫道:“瓊斯的實驗還證明,前叉轉軸與地面的交點位於前輪觸地點的前方,是影響腳踏車穩定性的重要因素,稱為‘腳輪效應’。”
2011年,《科學》雜誌刊登了一篇名為《一輛腳踏車可以不借助陀螺或腳輪效應而保持平衡》的論文,文中荷蘭達爾福特大學的研究者們否定了維持腳踏車穩定的陀螺效應和腳輪效應。
他們設計了一輛沒有陀螺或腳輪效應的腳踏車。這輛車包含了車身、前叉和前後輪等腳踏車必備的元素,但其結構極其簡單。車身和前叉簡化成各自帶有集中質量的直杆,前叉轉軸接近垂直,前後車輪很小,且利用反向旋轉的副車輪徹底消除了陀螺效應,同時,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。
在荷蘭達爾福特大學的停車場和籃球館,研究者們以每小時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,如同任何一輛傳統腳踏車一樣,它能夠平衡自己。研究者甚至還在腳踏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。參與研究者瑞納說:“沒人知道這是為什麼。”該大學的另一名科學家阿諾德·舒瓦特說:“這輛腳踏車證明,自我平衡還無法用任何簡單的詞來解釋。”
除了否定陀螺和腳輪效應的關鍵性之外,他們的實驗還顯示,腳踏車重量分佈可能對平衡起到很大的作用,特別是腳踏車前部重量中心的位置,可能極大影響了腳踏車穩定性。
雖然科學家對於腳踏車平衡還沒有一個確切的解釋,不過可以肯定的是,陀螺效應、腳輪效應和腳輪這3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互動關聯,影響腳踏車的平衡力。
在現代交通愈來愈碎片化的年代,我們與腳踏車之間的聯絡緊密。這種方便易學而又結構簡單的代步工具為什麼在弄清穩定性上這麼困難呢?可能就像看起來最純粹的白色實際是由七色光組成的最複雜的顏色一樣,探索腳踏車平衡性這條路還很長,這個謎團什麼時候會解開呢,我們不得而知。
-
11 # 我們的領地
哪有那麼複雜,腳踏車的原理就是動態重心調整,前後有兩個輪子保證重心,左右重心則透過把手調整車頭,使重心在腳踏車左右搖擺,同時車輛前進。
寫那麼多字,文筆不錯,說不到點上
-
12 # cad0
個人認為:1陀螺效應起重要作用,2其次才是動態平衡。陀螺效應,不要想在地上轉圈兒的陀螺,而想北京大爺抖的那個空竹。空竹兩端根本不需要平衡。就像下圖所示,這麼來轉,而且非常穩定。
-
13 # 邊爸爸談育兒
這問題 比較難回答 有人認為陀螺效應 反正給出了不少解釋 正確的是這問題 還沒有搞清楚 屬於未解之謎 所以 要注意
-
14 # 自然法則是真理
騎腳踏車其實是會兩邊倒的,為了保持平衡你必須把腳踏車的手把兩邊擺動,形成不斷的微調的弧形前進。用“離心慣性力”來平衡重力的向心分力。這是一個物理知識,學物理的人都知道的。
-
15 # doco一畫
腳踏車不倒和硬幣不倒的原因基本一樣:凡是高速轉動的物體,都有一種能保持轉動軸方向不變的能力,使它們不向兩側倒。陀螺能夠不倒也是這個道理。我們騎車時是在前進的方向上給腳踏車一個力,使車輪轉動起來,車輪就能保持一定的平衡狀態,再利用車把調節一下平衡,腳踏車就可以往前走了。可是一停下來,車子就會因失去平衡倒下來。
-
16 # 搖頭大隊v隊長
腳踏車的支點在前後輪子與地面接觸的兩個小的面上,如果,人和腳踏車的重心和兩個支點的反作用力在同一平面上,側腳踏車不會倒. 也就是在腳踏車的左右兩邊要求達到力的平衡,合外力為0.(直線行駛時)
2.當腳踏車行駛起來時,人的左右手同時調節車的偏向,使腳踏車在行駛過程中,人與腳踏車的各種力(重力、離心力)對地面支點產生的力矩要等於,人與腳踏車共同產生的各種力(地面的摩托力、向心力)對地面支點的力矩。
當力矩平衡時,腳踏車在曲線行駛時就不會倒。
剛學腳踏車的人,就是不能用左右手調節好,腳踏車的偏斜角度,不能讓腳踏車達到力的平衡和力矩的平稀。所以會倒下來。
-
17 # 人生一杯老酒
1、陀螺效應
腳踏車前輪轉動時,它的離心力會幫助保持自身平衡,就像抽動旋轉的陀螺時,陀螺會圍繞著它的軸保持旋轉方向的慣性一樣。
2、離心力效應
當腳踏車往一側傾斜時,騎車人就會將前輪轉向同一側,由於前輪轉了一個角度,腳踏車就會沿著傾斜側的圓周行進,這時離心力向圓周外,就會將腳踏車扶正。
3、腳輪效應
腳輪效應能使前輪的支承力產生對前叉轉軸的力矩,推動前叉朝傾斜方向轉動,使離心力效應的穩定作用自動實現。
4、多重效應綜合作用
陀螺效應、腳輪效應和腳踏車前部重心位置這3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互動關聯,影響腳踏車的平衡力。
-
18 # 阿龍Style
原來,旋轉的物體都有保持自己自轉軸不變的特性,這也被稱為陀螺效應。所以,腳踏車在行進中,車輪旋轉,保持著輪軸的位置,腳踏車就不會倒。另外,腳踏車自身具有平衡機制,能夠保證車子的穩定性。
當然,人在車子行進中的作用也不可忽視。腳踏車抗干擾的能力是有限的,需要騎車人的調整和配合。人可以根據情況自主調整車速、方向,使之保持平衡,還可以調整自身的姿態和腳踏車的姿態,抵消外界的干擾,使其整體始終保持在平衡狀態。
-
19 # 大叔不愛剪輯
凡是高速轉動的物體,都有一種能保持轉動軸方向不變的能力,使他們不向兩側倒。騎腳踏車時是在前進方向給腳踏車一個力,使車輪動起來
-
20 # 逍遙獨行者
這個問題提問人自己就明白了一半的道理。是的,在騎行中腳踏車才不會倒。靜止不動就要把支架支撐著,不然就倒了。
腳踏車在騎行時,一是把手起到平衡作用。人們學習練習時就是要先掌握把手對車的平衡感覺。二是要動,就是蹬車前行。不動了也就會倒的。
掌握了平衡和前行二者的技巧,當然就成為人們比較早的代步工具了。
回覆列表
腳踏車騎起來為什麼不倒,也和陀螺的道理一樣,因為它的輪子一轉,就象個陀螺,能保持原來的轉軸方向,不使車子歪倒。腳踏車行駛時,按右手螺旋的規則,其車輪的角速度指向人的左方。設車身稍稍向左傾斜,按右手螺旋的規則,重力的力矩指向車後。由於車輪迴轉,腳踏車並不向重力的力矩“屈服”,只是車輪進動。進動方向應使車輪角速度的指向靠攏重力的力矩的指向,即輪向左轉。當然,後輪不能作這一進動,只有前輪才這樣進動。前輪既向左轉,腳踏車就左轉彎,結果出現向右的慣性離心力;車身本來稍稍向左傾斜,於此獲得校正,車身豎直。同理,設車身稍稍向右傾斜,則前輪向右轉,腳踏車右轉彎行駛,出現向左的慣性離心力。輪子轉得越快,穩定性就越好,車就越不易倒。輪子轉慢了,穩定性就差些。