骑自行车为什么不倒

    在对自行车稳定性的解释中影响比较大的一种说法是，自行车前轮的陀螺效应。1911年，德国数学家克莱因和物理学家索莫菲尔德在陀螺力学著作中用陀螺效应解释自行车的稳定性。陀螺效应就是旋转着的物体具有和陀螺一样的性质。“通俗地讲就是转动物体具备维持原有转动状态的惯性，就如牛顿第一定律（惯性定律）描述直线运动的惯性一样。”中国科学院大学工程科学学院余永亮教授解释。

    物体转动时，它的离心力会帮助保持自身平衡，就像抽动旋转的陀螺时，陀螺会围绕着它的轴保持旋转方向的惯性一样。1948年，美国力学家铁木辛科和杨在他们所著的《高等动力学》一书中，对自行车稳定性问题作出了离心力效应的解释。他们认为，当自行车往一侧倾斜时，骑车人就会将前轮转向同一侧，由于前轮转了一个角度，自行车就会沿着倾斜侧的圆周行进，这时离心力向圆周外，就会将自行车扶正。

    1970年4月，英国化学家、科普作家大卫·琼斯在《今日物理》上发文质疑陀螺效应，他给自行车增加了一个与前轮并列反向旋转的副车轮，以消除陀螺力矩。实验结果证实，改装车的行驶稳定性与一般自行车无异，从而否定了陀螺效应观点。琼斯的实验还证明，前叉转轴与地面的交点位于前轮触地点的前方，是影响自行车稳定性的重要因素，称为“脚轮效应”。

    2011年，荷兰达尔福特大学的研究者们否定了维持自行车稳定的陀螺效应和脚轮效应。他们设计了一辆没有陀螺或脚轮效应的自行车。这辆车包含了车身、前叉和前后轮等自行车必备的元素，但结构极其简单。研究者们以每小时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。

    虽然科学家依然没有得出自行车稳定性的确切解释，但是至少他们得到了一些启发——陀螺效应、脚轮效应和自行车前部重心位置这3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。

    （《科技日报》8.4 陆成宽）