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。

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。

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。

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 下午4:01:06  阅读次数：10280