会骑自行车的人,是否有这种感受:骑得飞快时,自行车在路上跑得又稳又顺畅。而一旦放慢了速度,几乎蜗牛般爬行时,自行车反倒出现七扭八歪的架势。这是什么原因呢?妈妈不是总教导我们:走得慢才能走得稳吗?这自行车怎么不按人生常理出牌呀?
还别小看这个小问题,它要是细细分析起来,还真是比较复杂呢。简单来说,自行车跑得越快就越稳当,这主要是由角动量守恒所导致的。
在转动物体——在自行车上就是车轮——快速旋转的时候,有保持转动轴指向不变的特性。并且,物体旋转得越快,它的角动量就随之越大,保持转动轴指向的能力,也就越强。我们知道,自行车两个车轮的转动轴都是水平指向的,所以在快速旋转时,它们就能尽职尽责地维持自行车在水平方向保持平衡。这个道理在越抽转得越顺畅的陀螺身上同样适用。
其次,自行车把的转动也可以调整车子的平衡。当骑车人的身体向一侧偏斜时,重心向一侧偏离,对车的整体就会产生一个力矩,有使自行车翻倒的倾向,这时,角动量守恒就会挺身而出,努力抵抗这种趋势而产生进动:前车轮会接收命令,快速改变方向,使车体恢复平衡,从而使车子继续保持在水平状态。当然,现代自行车的前车叉设计特别适合这种进动的平衡调整。
此外,自行车的两个车轮在快速运动时,还有很强的离心力的作用。自行车在自动调整平衡时会产生拐弯的圆周运动,车轮旋转的速度越快,转弯产生的离心力就越大;这个较大的离心力也可以抵消由于身体侧倾产生的侧翻力,使自行车保持平衡。
总之,由于自行车的受力分析比较复杂,自行车的平衡是多方面的因素综合作用的结果。而通过上述分析,我们可以明确无误的是:无论是角动量守恒还是离心力,都是在车速较快时,才最能大显身手。而自行车蜗牛爬行时,它们因为总能量较小,对自行车的不按常规行驶,它们真的是爱莫能助。
原标题:自行车骑得越快越稳当,什么道理?
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