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标题:自行车平衡 原因太复杂 [打印本页]
作者:laodongbeiren 时间:2011-6-20 09:50
标题:自行车平衡 原因太复杂
本帖最后由 laodongbeiren 于 2011-6-20 11:06 编辑
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7 E; i# R9 E6 p2 Y& V$ G/ G自行车为什么能平衡地前进呢？这看似无比简单。
7 T1 ^ r( @4 j }" r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。
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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" R- o* T' z& |; u! N- d

1 S* `4 F( h0 H1 T7 C' b" p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。 ' E$ Y9 x5 C+ k% q; f9 K* B

3 W/ F2 s `- P# d4 J9 J“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。
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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。
3 \- T( m- O. M9 O利用仿生学的自行车，可根据人体高度自行调节。 2 z1 j7 w. l* _/ M: c
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对于自行车的自我平衡能力，目前有不同的解释。 ) h e ^0 y5 Z

2 O1 C( O. u$ y# [ N5 u: C6 B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。 % @" d& b7 M& q7 a4 I2 c! Z
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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。 8 r3 l2 N5 k4 H1 w" L# |
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。 . a' b4 J* J2 s/ [% y
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可折叠轻便自行车，可折叠到车轮大小。 2 E9 `1 r& G$ U

7 ~* d |3 D6 Z" e. E: p( 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。
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' I9 m" o4 |9 y( f( \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。 $ L, o7 F, Y( ?2 X- D; \1 v
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“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。
. f1 B A2 G3 K$ L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。
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( Y; h" C4 l& k: t% e+ E, Q“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。 " T) m# k9 L+ s; E" W8 z3 W

' I/ i% `4 f" p; b% v6 s+ H: V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。 8 E! K$ u$ K2 b9 S1 |- @' G

- h" t1 l1 ~4 u0 x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。
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2 K( j# H- K5 D* r8 C* c4 `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。 $ W" w1 ~# o" l: i1 b3 Q% a' ]
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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。
) E- {& I% }& e2 E; {“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。 , H% K6 \7 k4 A8 s# J; U
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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
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作者:狼822 时间:2011-6-20 10:47
这个……有点意思
作者:laodongbeiren 时间:2011-6-20 11:05
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 " }! f& u* J- }; l, v

. v9 { B$ ^7 w" C8 J我以为-------------前叉的倾角使的自行车具有自稳定性（类似碗里的球体一样），汽车的前轮也有类似的倾角，作用也相仿：能自动扶正方向盘（回轮）。怎么用数学来表达？请楼下来做吧
作者:inspira 时间:2011-6-20 12:05
自行车的平衡是由其力矩组成的一个平衡，很多学者对这方面做过分析，下次给大家传几个典型的自行车力矩分析看看
作者:linda112 时间:2011-6-21 21:27
启发很大的文章。
作者:wangfugen85 时间:2011-7-2 22:54
哈哈。没有什么准确的定义
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作者:老屈 时间:2011-7-8 16:13
自行车本身的平衡不具备持久性，因为速度在降低。只有维持一定的速度才会进行下去。 7 [( w, P F4 l! u4 l% n
我理解的平衡一个静止一个是匀速。
作者:ciker 时间:2012-2-20 16:05
这么简单的问题还用得到科学家？骑手保持平衡主要靠两个原理： ' P) j4 W3 Q5 D) g. C* y
1，离心力原理，不用解释吧； ; @+ J- N7 p& Q6 U" _
2，重心主动调整，两个轮子跟地面的两个切点与重心在地面的投影形成一个三角形，调整龙头就是调整重心位于两个切点连线的左侧还是右侧。 3 L- M! n7 P3 }0 u6 U- y& g. ]) p
陀螺效应以及头管倾角和漂移量都只是辅助作用。
作者:wangnanxiang 时间:2012-2-22 20:10
很深奥，



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