为什么骑自行车不会倒

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。

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。

简单来谁，当一个物体具有速度之后，都会产生一个保持其速度不变的趋势。当自行车速度足够快的时候，向两边倾斜的动能会小于自身速度产生的动能，所以我们只需要给自行车一点点的力，它就能一直保持平衡。

而当自行车转弯的时候，倾倒地力又小于产生的向心力，所以转弯的时候同样也能保持相对平衡。

当自行车在没有被施加外力，速度渐渐减小直至停止的时候，由于没有任何力来限制倾倒的力，和它达成一种平衡，所以这时就需要人用腿支撑着整个自行车，重新和倾倒力达成平衡状态，这样自行车才不会倒在地上。

当然了，这些分析只是几种可能的答案，并不是这个问题的标准回答，如果真的这么简单就被解答，自行车的平衡问题也不会让科学界束手无策200多年，至今仍是未解之谜。

自行车速度越慢，它越容易掉落。驾驶自行车不需要极好的平衡。关键是使自行车运动。物理学家已经彻底研究了这个问题，但是许多人仍然不了解它。物理学家的解释是“角动量守恒”。这种解释是简洁而专业的，也是陀螺仪旋转的原理。实际上，更多的解释方法（例如加速）更加扎根。

当自行车的车轮旋转时，车轮边缘处的旋转速度为a。当自行车翻倒时，假定旋转速度恒定，则车轮的旋转方向会改变。但是速度不仅具有大小，而且还具有方向，因此车轮边缘的速度将变为b。 a和b可以形成矢量三角形的两侧，而第三侧c是速度变化量。每单位时间的速度变化越大，加速度越大，所需的力也越大。从相似的三角形的概念可以知道，车轮转速a和b越大，由车轮倾斜引起的加速度越大，即。自行车倾斜的力越大。

　骑自行车时，不平衡力就是自行车的倾翻。速度越快，由不平衡力引起的倾斜角度越小。如果停止时自行车在1秒钟内倾倒10°，则只能在运动过程中倾倒2°，这使骑手更容易调节平衡。

就像玻璃珠。如果缓慢滚动，则另一玻璃珠的碰撞显然会改变其方向。如果玻璃珠高速滚动，则在另一个玻璃珠以相同的力碰撞后，其方向几乎不变，并且笔直向前滚动。速度也可以解释骑车时双手的释放。自行车速度越快，水龙头需要转动的功率就越大。最明显的是弯道，当速度过快时，车轮会打滑。当然，如果对这些解释进行统一和总结，它们最终将都是从“角动量守恒”定理而来。在物理学中，它们是等效的。