不简单的单车

想一想:单车具有巧妙的设计。如果单车的构造不是这样,骑单车的人就要接受马车特技的训练才不会跌倒。巧妙的地方在哪里呢?

骑单车(自行车)很容易学,并且学会之后,不需刻意控制,就可以随意奔驰而不会倾到。这些好处都是设计工程师善用物理原理的结果。

单车为什么不会左右倾倒?你玩过如图所示的平衡游戏吗?木棒如果前倾,手就要追前;如果右倾,手就要右移,也就是承接着木棒的重力,使重心保持在支点的正上方。

不简单的单车 

单车要保持平衡(特别是在慢驶时),道理和上述游戏相似。当单车左倾引致人和车的重心向左移,这时,只要适当地将“把手”向左扭,则前轮的接地点就向左移,这就重新承接着重心。

事实上,熟练的骑单车者并刻意地扭动把手。这是由于把手的轴线并不通过前轮的接地点,而是与接地点有一小段垂直距离l,如图(b)所示,这就是地面摩擦力对转轴的力臂。当单车左倾时,地面摩擦力f对前轮就构成一个力矩,这个力矩恰好使前轮扭向左方。因此,我们籍着这一段力臂,就可以在骑车时放开双手也能维持平衡,但图(a)的结构就不能藉扭动把手维持平衡,而必须用身体的倾侧以维持平衡。

不简单的单车 

此外,前轮叉的弯曲,使轮轴O与把手轴线构成一段距离i,如图(d)所示。这样,当扭动把手时,前轮就要下降,如图(c)所示,但因为地面是不会下降的,因而把车架和人体提高(最大提升高度为h)。因此,当放手后,车和人体的重量,就把前轮压回向正前方的位置。换句话说,当两手放开不扶把手时,把手能够自动保持前轮向正前方,纵使被路面小石子的干扰,也能自动回复向前。图(e)的结构,距离i很小,这种单车的稳定性较差,但灵活性则较大。当单车前的横梁坐了乘客时更为稳定,就是这个道理。

不简单的单车 

以上的作用,在单车慢驶时较为重要。当单车疾驰时,由于两车轮的回转作用,能帮助单车的直立,就好像在地面上快速滚动的硬币能够直立前进,和转动的陀螺能够保持直立一样。


发布时间:2007/6/14 16:01:06  阅读次数:9678

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