|
|
本帖最后由 laodongbeiren 于 2011-6-20 11:06 编辑 0 B# t+ s3 b( H# S7 |. n8 d/ L4 B9 ]
0 ^; `' k6 i9 E2 w. }1 V
自行车为什么能平衡地前进呢？这看似无比简单。) o) g# i2 B d& i# P
车头是大部分人调整自行车的工具。骑自行车时，人们会随时调整车头，一旦车子看着要往某边倾斜，我们便会调整车头让其重新回到轨道上来。
5 w6 h' i3 F: u; G! ~$ N/ b$ x) L! `3 G1 s) g& p3 ]
但也有人可以潇洒地不扶车把骑车，他们利用身体的倾斜度调整来控制自行车的平衡。
' a! M) x5 h2 v7 b5 y8 P2 i8 b' ?) S7 U; b* Q0 d" C) u
不过，哪怕没有人骑，自行车自己也可以调整平衡：把一辆自行车推一下，它会自动向前行驶一段路，直到倒下，这个过程被称为“自我平衡”或“自我稳固”。这个特征，曾经在过去的一百多年中困惑了很多人。5 N/ a$ } ?7 X) I0 a; T. f; S3 L* H
: `) i: H7 A- ~+ }( a6 a# |9 Z. N
“为什么自行车会在需要的时刻自己掌舵，我们目前还没有简单的物理学解释。”研究论文中写道。! Y5 r6 w5 }/ i
9 F" a/ I2 q1 J. [不过，这群把物理天赋用在自行车而不是宇宙大爆炸上的物理学家们，还是找到了一些研究线索。虽然我们还是不知道自行车到底怎么保持自我平衡，但至少他们把原因缩小到几个方面。
I. C4 [; S& D* O$ k& ]利用仿生学的自行车，可根据人体高度自行调节。, C6 p" i7 B; _ ]- \; ^
- }, q0 x" j- q; N' [! ]5 ?" @) E I" i" [
对于自行车的自我平衡能力，目前有不同的解释。
' \8 H# h& ]; u8 i. E* Y* e7 N+ f! E- X8 R: ~
在获过诺贝尔奖提名的物理学家阿诺德·索菲尔德参加的一篇研究论文中提到，自行车能够自我平衡是类似“陀螺”的一种表现。陀螺会产生自旋，随着能量消减而停下来，自行车也有同样的作用。陀螺仪作用在导航定位系统中起了很大的作用，而阿诺德等人也认为，在自行车的平衡力上，陀螺也发挥了关键作用。3 q: l; q& z9 o2 d4 @
' ?6 ?% p$ [- X! D此外，一些科学家认为，自行车主要是由于“轮脚作用”而能够保持一定程度上的平衡。所谓“轮脚”作用，即自行车的前轮可以像超市购物车的前轮一样起到方向控制作用。
9 N! H j d: |' N: n7 A6 C不过，在这次新的研究中，这群自行车科学家们则提出，自行车可以既不像陀螺，又不像超市购物车前轮那样实现自我平衡。此前的理论并不一定适用，很多依此增加了车轮陀螺作用或主动驾驶能力的自行车，稳定性并没有增加多少，而且一旦速度提高，就失去了陀螺效应，反而平衡能力减少。4 o+ Z0 {3 G S3 G8 _: m' P
3 q5 n2 }; P9 `7 ~0 `6 u* x( m* t& E可折叠轻便自行车，可折叠到车轮大小。$ L5 A5 x# A7 x2 `5 Z4 i
" K1 m! g+ @9 o0 m9 k为了证明这点，这群科学家们从反常规入手，设计了一辆排除了陀螺或轮脚作用的自行车。
@4 ]( m8 [, P( C! `; a* a
8 h$ _6 {% i- Y- h9 S5 M% B$ J% q- U这辆自行车只带两个小轮，最大限度地减少了车轮的自旋转动量。为了进一步减少陀螺效应，他们还给自行车前轮增加了反自旋轮，用相反方向的旋转消减车轮的自旋。而两个轮胎的设计类似冰鞋，前轮的触地点比驾驶轴略微提前了一点，使得轮脚作用几乎为负。
y( s2 j2 D. R5 d( p( c- p( y: N+ M! `
“虽然我们的实验车看上去像是辆折叠踏板车，但它依然是一辆自行车，带两轮，两个车轮架，三个轴。”研究者写道。
$ @$ i9 l% Y) ~/ g# ~. m" X! d在荷兰达尔福特大学的停车场和篮球馆，这群科学家以每小时8千米的速度把这辆小车向外推了出去，它自己行驶了相当长的距离，如同任何一辆传统自行车一样，它能够平衡自己。研究者甚至还在自行车自我行驶过程中略微推了它一下，很快，这辆小车又自己调整到直线轨道。“没人知道这是为什么。”参与研究者瑞纳说。
4 G: F6 d) o. A! y/ r3 E$ P
, ]( u | w$ B6 |) N“这辆自行车证明，自我平衡还无法用任何简单的词来解释。”另一名达尔福特大学的科学家阿诺德·舒瓦特在展示视频中说道。
6 m; K: b9 u7 d' p
, f) l9 k! \ u+ G科学家用作试验的排除陀螺或轮脚作用的自行车，样子像个折叠踏板车。
4 ^; D2 a0 f3 p
$ s! R$ p( i" ?, j; F除了否定陀螺和轮脚作用的关键性之外，他们的实验还显示，自行车重量分布可能对平衡起到很大的作用，特别是自行车前部重量中心的位置，可能极大影响了自行车稳定性。
' V0 d7 r( X E1 X* L2 a. R% z4 a' g
0 |0 ^1 P' C5 |( B. t虽然科学家依然没有得出自行车的完美数学公式，但是，至少他们得到了一些启发——陀螺、轮脚作用和自行车前部重心位置这三点，虽然不会各自对平衡力起决定性作用，但可能三者有一股微妙的交互关联，影响自行车的平衡力。研究论文中提到，他们发现当对这三点调整失误后，反而会令自行车更为不稳定。
4 @; B2 |% z$ g' n) [7 s" O' w% Z5 j- R4 J
研究者还提到，决定一辆自行车的稳定性还有其他很多因素，比如驾驶轴的几何原理，两轮之间的距离或更重要的车体重量分布。0 Z @" h4 Z9 W$ w! l. F) Z# H# m6 ^% c
“自行车演化到今天，都是现行常规的设计，但在设计空间上，还有很多地方有着开发潜能。”论文中写道。这群科学家，希望自己的理论研究，能让人们打开思路。. F! N# I9 L! y
, e9 c S- |& V @2 ?/ T" J虽然在一个多世纪中，人们尝试着给自行车写出一道完美的力学公式却没能如愿，但是，或许只有懂点数学，才能造出更好的自行车
- E7 v* v% n8 _8 C3 ]; r3 l- `
% c9 m4 R) O" [5 n; {" Y |
评分
-
查看全部评分
|
发表于 2011-6-20 09:50:50
楼主
