一个常见的物理现象，却困扰科学家200年，直至今日还是未解之谜

综述

想必大家都有骑自行车的经历，自行车构造非常简单，车架、轮胎、脚踏、链条、刹车，这些东西合理组装就足以让我们在骑行过程中保持平衡。 可是大家想过没有，为什么自行车在骑行的过程中能保持平衡而不是东倒西歪？

(相关资料图)

这或许是一个再常见不过的物理现象，但却始终没有人能解释其真正原因。别说普通人了， 早在200年前科学家就曾尝试解释过自行车平衡原因，但可惜直到现在都还是未解之谜。

自行车的起源与发展

作为近现代社会最常用的交通工具，自行车大概是人类发明的最成功的人力机械之一。它的各项零件都属于简单机械， 可就是这些简单机械经过技术组装，就能诞生成一部复杂机械，对此我们不得不佩服前人的智慧。 那你知道自行车最早是被谁发明出来的吗？

根据相关记载，自行车最早的雏形是由法国西夫拉克伯爵在1790年组建的“木马轮”。

木马轮实际上没有太大的技术含量，据说是西夫拉克伯爵在看到达芬奇的手稿后突发灵感，将两个轮子装在木马上，然后由人骑在上面用脚蹬前行； 速度快，且轮子易磨损。

1816年，德国贵族冯德赖斯男爵在西夫拉克发明的基础上增加了可控车把， 严格意义上来说此时自行车已经不能被叫作“木马轮”，而是叫“木轮车” ，这其中的区别在于冯德赖斯男爵放弃了传统木马的造型，使得车身更轻便。

随后冯德赖斯男爵向相关机构申请专利，成功获批。

约23年后，苏格兰铁匠打麦克米兰看中了冯德赖斯男爵发明的“木轮车”，只是铁匠这份职业让他对木材并不感冒，在麦克米兰的心中， 自行车的材质如果是铁来制作，那在使用寿命和稳定性上一定远超木材。

基于这份灵感，他制成了由曲柄连杆结构驱动后轮的铁自行车。

其实到那时为止， 自行车的基本结构就已经被确定下来了，后人无非是在发明前辈的基础上缝缝补补。

如1861年法国肖米父子在自行车上加入能转动的踏板，前后装有曲柄；1874年英国人劳森在自行车上增加了链条传动结构； 1886年斯塔利首次使用了车闸和滚珠轴承；1888年邓洛普成功应用充气橡胶轮胎。

自此，自行车基本上已经趋向于完善。 从19世纪末期到21世纪初，自行车对人类生活的改变无疑是巨大的，往年大家出行穷人靠两条腿，富人有马车和轿车。

但自行车普及后，几乎家家户户都能买起这轻便且快速的交通工具， 直到现在仍然有不少人使用自行车，这是一个非常伟大的发明。

自行车为什么能保持平衡

与此同时，人们对自行车的喜爱也让科学家对其研究颇为重视。 当然，科学家研究的并非是自行车的组装与拆卸原理，这些东西经过百年发展早就没什么秘密了；

他们更在乎的是：自行车到底是如何保持平衡的呢？ 咱们都知道，自行车本身没办法保持平衡，它需要有支架撑起来才能立起来。

可是当自行车被骑行起来后，它就能非常平稳的在道路上行走， 这看似生活中最常见的物理现象，但是经过几代科学家都没能解释清楚。

对此法国科学院还在1897年为自行车稳定运动问题设立了专门奖项，奖金还不菲； 往后的时间里，不断有科学家挑战这个奖项，但很可惜大家都失败了。

不过在学术界仍然诞生了不少理论，尽管这些理论经不起严谨的实验，仍然停留在猜想阶段。

例如部分科学家认为，能使自行车在移动中保持平衡的，大概是“陀螺效应” ，即：重力对高速旋转中的物体产生的对支撑点的力矩不会使其发生倾倒，而是小角度的进动。

当自行车开始移动后，所产生的角动量守恒可以让其产生长时间的稳定，即便没有人驾驶，只要那种动能还在，自行车仍然能保持一段时间。

不过后来这种观点被否定了， 因为在1970年有人制造出来一辆轮胎没有陀螺效应的自行车，但该车在行驶中仍然能保持平衡。

所以说或许陀螺效应对自行车的平衡起到一定的影响，但并非是最核心因素 。后来还有人提出一种“脚轮效应”，就是说当自行车出现倾斜时，其前轮会倾斜一侧产生偏转角， 后自行车就会因偏转角造成的离心力给扶正。但后来这种说法也被推翻了。

大家想过没有，明明是非常简单的运行原理， 为什么科学家至今为止都没找到使其平衡的真正原因呢？ 那是因为自行车在设计之初本就不是遵循科学规律来的， 从自行车发展过程咱们也能看到，你添砖我加瓦，自行车就这样造出来了。

其本质是方便出行，让自行车使用能更长久，而不是根据理论设计让其科学运行，能跑不就行了吗！

结语

现在自行车仍然是我们生活中不可被分割的一部分， 大家在闲暇之余也可以尝试着去研究一下，为何自行车能在骑行过程中保持平衡呢？

这困惑了物理界200多年的谜题，或许就掌握在你手中。研究出来了别忘了给法国相关机构报喜，到时候铁定名利双收！

关键词： 保持平衡 陀螺效应 物理现象

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