自行车的原理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,行驶中的自行车,为什么不会倒,?,我们主要介绍自行车的,导向系统,：由,车把,、,前叉,、,前轴,、,前轮,等部件组成。乘骑者可以通过操纵车把来改变行驶方向并保持车身平衡。,自行车基本构造,自行车不倒的原因,:,1:,陀螺效应,旋转,的物体有,保持,其旋转方向（,旋转轴,的方向）的惯性。,陀螺效应,在保持自行车稳定中也许起到不可忽略的效果，但是，如果自行车单单凭借陀螺效应保持稳定，那么，初学者也应该在高速骑车时不会倒下。另一个方面看，骑独轮车的杂技演员由于车速很低，甚至车轮完全停止转动，则基本无法依靠,陀螺效应,保持平衡。,2:,自行车,本身,的平衡机制,自行车,本身,的平衡机制，来自于,前叉后倾,.,几乎每辆自行车的车把轴，都不是与地面完全垂直，而是,后倾,的。由于前轮是固定在车把的前叉上，因此叫,前叉后倾,。,前倾叉后,，使车辆转弯时产生的离心力所形成的力矩方向，与车轮偏转方向相反，迫使车轮偏转后自动恢复到原来的中间位置上。这样，车子就有了自动回正的稳定性。车速越快，所造成的恢复力矩越大，骑车人就越感到稳定。而且车子,前叉,越后倾，车子越稳定,.,附,:,自行车的”,前叉后倾,”,如左图所示，自行车前轮的转向是由“,前叉,”控制的。也就是说，,前叉,操纵前轮转弯时，前轮的转动是以前叉所在的直径为转轴的。（图中,红色,直径）当干扰力矩使车向左倾斜，前轮也将随之向左转弯。这时，在前轮与地面的接触点,A,处必将产生一个向右的运动趋势，因而地面也就必将产生一个向左的,摩擦力,，这个摩擦力有两个作用。一是它对前后轮中心连线所形成的力矩，反抗车身向左的倾斜；二是它对前叉轴线形成的力矩迫使前轮恢复到原来的方向。,行进中，车轮的运动可以分解为绕轴的,转动,和随整车前进的“,平动,”,.,如左图所示，车轮绕轴,逆时针转动,，当外界干扰力矩使车轮向左发生一定的偏倒时，车轮到底怎样运动呢,?,我们来考察车轮最上面一点,A,的运动状态。车轮的偏转，使它产生了一个垂直于旋转平面的,轴向速度,；由于车轮的转动，它还具有位于旋转面内的圆周,切向速度,；该点的实际速度是这两个速度的,矢量和,。轮子的转速越大，其合速度越靠近旋转平面，车轮也就越稳定。这个合速度显然缓解了车轮的倾倒,.,一般情况下，圆周,切线速度,都比使车倾倒的,轴向速度,大,得很多，因而车轮的高速转动能有效地抵御干扰力矩的作用。,3:,人,在维持自行车不倒中的作用,自行车的平衡还来自于骑车,人,腰部的肌肉。骑车的身体可以形成自动的,条件反射,，当自行车稍微倾斜倒下时，人的身体会感受到，腰部肌肉会自动动作，把身体拉向另一侧，形成的反向力矩促使车身抬起,.,1.,让车轮转动，使之具备“,陀螺效应,”，从而给自行车奠定了不易倾倒的力学基础；,2.,由于在某一转速下，车轮抗干扰的能力是有限的,骑车人还能通过控制自行车姿态或调节本身姿态，使干扰始终维持在,临界值,之内；,3.,调节自行车，使之具有更好的稳定性，如加大车轮转速，适当改变车的方向等；,4.,调节整体姿态，以抵消干扰。如因地面或侧风使车始终向一边倾斜，而行车路线又不允许转弯时，则需调整姿态，抵消干扰，保持车的不倒状态。,让我们一起进步,谢谢观看,!,