当前位置:首页>经验>

自行车运动时车轮在转动正确吗(自行车的运动是平移还是旋转)

来源:原点资讯(m.360kss.com)时间:2022-11-04 18:05:25作者:YD166手机阅读>>

只有两个轮子的自行车,静止时必须依靠脚撑才能停稳,为什么骑起来反而不会倒呢?看似简单的生活常识,你思考过原因吗?在我们揭晓答案之前,我们先来看看现在网上流行的几种错误的观点,其实所谓“骑行不倒”的原理,不过就是高中物理知识就能解释,说是困扰科学家几百年之久的“世界难题”实在是无稽之谈。

自行车运动时车轮在转动正确吗,自行车的运动是平移还是旋转(1)

“骑行不倒“只因陀螺效应”?

第一种流行的说法,“自行车骑行不倒”是因为所谓的“陀螺效应”,你应该见过旋转的陀螺,头重脚轻的陀螺一旦旋转起来,就能长时间保持旋转,好像重力不存在似的,哪怕是你轻轻碰它一下,也不容易被撞倒,从陀螺的特性我们可看出,物体一旦旋转起来,惯性会让旋转的物体保持稳定的运动状态,这就是陀螺效应。

自行车运动时车轮在转动正确吗,自行车的运动是平移还是旋转(2)

按照这个理论,旋转起来的自行车轮,也就像一个陀螺,可以保持车轮稳定旋转,除非是遇上较大的外力干扰,比如撞上大石头或者路面大坑之类,而在路面光滑的情况下,可以骑行很远。

这种说法听起来似乎很有道理,但通过实验很容易就能推翻,研究者设计了一种没有陀螺效应的自行车,照样可以骑行不倒!来看下面这张图。

自行车运动时车轮在转动正确吗,自行车的运动是平移还是旋转(3)

车的前后轮都换成了上下双层的小轮子,小轮子直径仅有5厘米左右,两个小轮子就像相互咬合的两个齿轮一样,当下层小轮子在地面上转动前进的时候,会带动上面的小轮子一起转动,这样,上下两个小轮子转动的方向就会相反(一个顺时针,一个逆时针),那么上下两个小轮子转动所产生的陀螺效应就会相互抵消,可奇怪的是,没有“陀螺效应”的自行车照样可以“骑行不倒”,甚至比以前更稳定。

车把转向轴倾斜角 削弱倾向力?

第二个说法,跟车把手的倾斜角度有关,一般自行车的后轮处,都安装有车架、车链、脚蹬、车座等部件,这样一来,就会导致后轮处的重心比前轮低,因此,自行车的前轮更容易受到重力影响而具有倾倒的倾向,但这种倾向通过车把传给后轮时,由于车把转向轴与重力作用线有一个夹角,根据三角关系计算,这个夹角越大,传给转向轴的作用力越小,因此,自行车的车把转向轴与前轮的重力线一般都有一个夹角,这可以削弱自行车倾倒的倾向。

自行车运动时车轮在转动正确吗,自行车的运动是平移还是旋转(4)

“陀螺效应”加上“车把转向轴倾斜角”,多年来一直被很多人认为是自行车“骑行不倒”的主要原因,推翻这个理论,还是要看刚才那张新型自行车的设计图,不知你发现了没有,这种新型自行车甚至连车把转向轴都没有!更没有车把!前后轮胎之间仅有一根金属杆相连。

自行车运动时车轮在转动正确吗,自行车的运动是平移还是旋转(5)

新自行车设计上最重要的一点是,后轮处坠了一块很重的铁块,铁块固定在后轮处上下两个小轮子之间的位置上,比较贴近地面,这重重的铁块大大降低了自行车整体的重心,也使整体的重心位于后轮处。

就是这种没有陀螺,没有车把转向轴的自行车,竟然照样可以稳稳地行驶,这说明,”陀螺效应”以及车把转向装置,这些并非自行车“骑行不倒”的关键原因。

骑行不倒 源于惯性力“维稳”

我们来仔细分析一下自行车骑行过程的物理学模型,骑自行车在水平弯道转弯时,车身 需向弯道内侧倾斜,倾斜的角度、车速及转弯半径三者需满足一定的关系。

认定人车总质量为m,系统重心到车轮与地面接触点的距离为L,车身相对垂直方向,向内侧倾斜角度为θ,车速为v,行驶时的转弯半径为r,如下图所示:

自行车运动时车轮在转动正确吗,自行车的运动是平移还是旋转(6)

当车辆做圆周运动的时候,如果以骑车人为参照系,此参照系为非惯性系,应用牛顿运动定律时需要虚拟一个惯性力,这个惯性力等效于作用在系统重心上,方向与参照系加速度相反,从力矩平衡的角度分析,以轮胎和地面接触点的连线为转动轴,系统受到重力力矩和惯性力矩。

由力矩平衡可得mg L sinθ= F惯L cosθ

系统所受惯性力为F惯=v²/r

联立两式为tanθ= v²/gr

也就是说,只要v、r、θ 满足关系式,系统合力矩为0,即重力和惯性力的合力恰好通过转轴,虽然车身相对垂直方向倾斜了角度θ,但骑车人感觉确实平衡的,一般也不会翻到。

平直路面骑行,为什么能保持平衡?

当我们在平直路面骑行时,并没有转弯,为什么能保持平衡呢?实际上在直播骑行时,自行车的骑行轨迹并不是绝对的直线,车身总要向左或是向右倾斜,骑行过程就是不断地改变车把手方向,使得行车轨迹半径r不断适应v和θ的过程,通过动态调整,就可以做到骑车不倒了。

如果我们将车把手固定,我们将无法调整行车轨迹半径r,车辆会很快因为失去平衡而倒下。

生活中需要人的主观能动性实现动态反馈保持平衡的实例也很多,比如民间绝活“踩高跷”,站在高跷上的人,由于重心的不断移动,需要不断调整支撑杆的支点,使重心始终在两支撑点连线两侧附近摆动,从而实现动态平衡。

栏目热文

怎么局域网共享电脑文件夹(怎么局域网共享电脑文件)

怎么局域网共享电脑文件夹(怎么局域网共享电脑文件)

批量设置共享及权限是一款可以完成文档的批量共享软件,根据批量设置共享及权限客户能够将一一台电脑上的全部文档共享给他人,相...

2022-11-04 18:06:13查看全文 >>

局域网如何共享电脑画面(局域网电脑里的东西怎么共享)

局域网如何共享电脑画面(局域网电脑里的东西怎么共享)

在工作中有时候会需要两台电脑之间互相投屏,有什么软件可以轻松实现吗?小E在这里推荐两种方法,都可以实现两台电脑之间投屏。...

2022-11-04 18:09:47查看全文 >>

局域网电脑共享文件步骤(如何在局域网里共享文件)

局域网电脑共享文件步骤(如何在局域网里共享文件)

大家好,我是小白一键重装软件的客服。两台电脑如何共享文件呢?我们知道公司里面很多时候是使用局域网共享传输文件,但是对于局...

2022-11-04 18:27:46查看全文 >>

同一局域网如何共享电脑(不在同一个局域网能共享电脑吗)

同一局域网如何共享电脑(不在同一个局域网能共享电脑吗)

在日常的电脑操作日子里,为了使得文件使用方便快捷,同时可以供别人查看使用,我们就可以采用共享的功能,这个功能大大的帮助了...

2022-11-04 17:54:35查看全文 >>

局域网电脑共享文件(局域网怎么共享文件给其他电脑)

局域网电脑共享文件(局域网怎么共享文件给其他电脑)

在公司中,我们通常会需要把一些共享的文件放到共享盘中,需要这些文件的同事就可以直接在共享盘里面把文件复制到自己的电脑,这...

2022-11-04 17:56:22查看全文 >>

自行车运动是滑动还是滚动摩擦

自行车运动是滑动还是滚动摩擦

自行车的规格与要求作为竞赛的自行车,第一,必须是人力推动;第二,不准装有任何防风(减少空气阻力)设备,但可装变速器;第三...

2022-11-04 17:58:18查看全文 >>

自行车的车轮运动属于什么现象(自行车轮的运动属于旋转吗)

自行车的车轮运动属于什么现象(自行车轮的运动属于旋转吗)

金秋十月,青海湖万顷碧波荡漾,天高云淡,湖天相接—作为中国最大咸水湖,青海湖一直是游客眼中浪漫与壮阔的化身,是长假出行的...

2022-11-04 18:07:51查看全文 >>

自行车的辐条运动是什么运动现象(自行车的辐条运动是什么现象)

自行车的辐条运动是什么运动现象(自行车的辐条运动是什么现象)

1.生活中常见的立体图形:圆柱、圆锥、棱柱、棱锥、球1)圆柱与棱柱相同点:圆柱和棱柱都有两个底面且两个底面的形状、大小完...

2022-11-04 18:25:08查看全文 >>

自行车的五个运动形式(自行车是怎样向前运动的)

自行车的五个运动形式(自行车是怎样向前运动的)

如今,低碳环保的骑行成为众多城市人锻炼、休闲的方式,因骑行受伤的患者也多起来骑行也有健康姿势,你知道吗?长沙晚报全媒体记...

2022-11-04 18:09:56查看全文 >>

自行车的车轮是轮轴还是滑轮(自行车是车轮大省力吗)

自行车的车轮是轮轴还是滑轮(自行车是车轮大省力吗)

提起车轮,大家都知道它汽车上重要的部件,而且车轮通常被视作人类文明进程最古老、最重要的标志。对于汽车的发展起到了重要的作...

2022-11-04 18:09:12查看全文 >>

文档排行