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為什麽旋轉的物體更容易保持平衡,比如自行車,陀螺儀?

陀螺效應:旋轉的物體有保持旋轉方向(旋轉軸的方向)的慣性。陀螺只有壹個旋轉方向,已經很穩定了。這輛自行車有兩個輪子。顯然,當自行車車輪高速旋轉時,會使自行車更加穩定。所以騎車人在展開車把的時候不會摔倒。

陀螺效應可能對自行車保持穩定有重要作用,但如果自行車只靠陀螺效應穩定,那麽初學者在高速騎行時就不要摔倒。但是,似乎兩個陀螺儀不足以支撐騎行者幾十公斤重的身體傾斜。剛學騎自行車的時候,經常摔得很厲害。另壹方面,騎獨輪車的雜技演員由於速度慢,甚至車輪完全停止,很難靠陀螺效應保持平衡。

自行車的平衡首先來自騎車人腰部的肌肉。熟練的自行車手有身體形態自動條件反射。當自行車稍微向下傾斜時,人的身體會感覺到,腰部肌肉會自動運動,將身體拉向另壹側,由此產生的反向扭矩會促使身體擡起。我們學騎自行車,就是訓練身體的肌肉來完成這種條件反射。壹旦我們學會了,這個控制回路就會壹直留在小腦裏,隨時可以被激活,很多年都不會忘記。

但是在高速騎自行車的時候,妳會覺得車比剛起步的時候更穩。為什麽?自行車本身的平衡機制來自於前叉的後傾。我們可以觀察到幾乎每輛自行車的車把軸都不是完全垂直於地面,而是向後的。因為前輪固定在車把的前叉上,所以也叫前叉向後。前叉後傾,使車輛轉彎時產生的離心力與車輪偏轉方向相反,迫使車輪偏轉後自動回到原來的中間位置。這樣汽車就有了自動扶正的穩定性。車速越快,恢復扭矩越大,騎車人感覺越穩定。這也是為什麽騎自行車高速行駛時,會感覺車子比剛起步時更穩的原因。