行駛中的自行車(chē)為什么不倒?
秋華
自行車(chē)能夠不倒,是利用了“兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)保持平衡”的原理,也就是通過(guò)人為的控制,使重心保持在兩個(gè)移動(dòng)點(diǎn)之上。這實(shí)際上應(yīng)該看做是三個(gè)定點(diǎn)保持平衡原理的延伸。
自行車(chē)現(xiàn)在是很普通的一種交通工具。據(jù)西方文獻(xiàn)記載,它最早是一種被稱(chēng)為“好馬”(dandy horse)的滑行工具,前進(jìn)的動(dòng)力是人的腳在地上行走,還是1817年一位名叫德萊斯(Baron von Drais)的德國(guó)人發(fā)明的,取得了專(zhuān)利。后來(lái)經(jīng)過(guò)許多改進(jìn),直到19世紀(jì)中葉才發(fā)展到現(xiàn)在的模樣,不過(guò)據(jù)《清朝野史大觀(guān)》記載:“黃履莊所制雙輪小車(chē)一輛,長(zhǎng)三尺余,可坐一人,不須推挽,能自行。行時(shí),以手挽軸旁曲拐,則復(fù)行如初,隨住隨挽日足行八十里。”由此可見(jiàn),他制造的自行車(chē),前后各有一個(gè)輪子,騎車(chē)人手搖軸旁曲拐,車(chē)就能前進(jìn),這是史料最早記載的自行車(chē)??梢?jiàn)清朝人黃履莊(1656-?)很早就發(fā)明了類(lèi)似于自行車(chē)的裝置,而且不是用腳蹬而是由手搖動(dòng)曲柄前進(jìn)。
比黃履莊大一歲的清初詞人納蘭性德(1655-1685)在他的筆記小說(shuō)《淥水亭雜識(shí)》中有一段記載:“武侯木牛流馬,古有言是小車(chē)者。西人有自行車(chē),前輪絕小,后輪絕大,以高臨下之勢(shì)。故平地以得自行?;蚣茨九A黢R乎。而坎曲折,大費(fèi)人力也。”可見(jiàn)在清初,西方傳教士就已經(jīng)把當(dāng)時(shí)西方的自行車(chē)傳到中國(guó)來(lái)了。這里說(shuō)由于前輪小后輪大,能夠“以高臨下”所以平地能夠自行的說(shuō)法,從力學(xué)上是沒(méi)有道理的。這在當(dāng)時(shí)力學(xué)學(xué)科還不成熟,力學(xué)知識(shí)也不普及的情形下的一種蒙昧的猜想,是可以理解的。至于說(shuō)到高低不平的道路上,大費(fèi)人力,是可以理解的。
自行車(chē)不倒不是利用了陀螺的穩(wěn)定性原理。陀螺是轉(zhuǎn)的越快越穩(wěn)定,但是對(duì)于不會(huì)騎車(chē)的人來(lái)說(shuō),只能是騎得越快摔的越狠。
自行車(chē)能夠不倒,是利用了“兩個(gè)動(dòng)點(diǎn)保持平衡”的原理,也就是通過(guò)人為的控制,使重心保持在兩個(gè)移動(dòng)點(diǎn)之上。這實(shí)際上應(yīng)該看做是三個(gè)定點(diǎn)保持平衡原理的延伸。