答:人離開(kāi)自行車(chē)后,自行車(chē)在一定速度下仍然可以保持平衡,影響自行車(chē)子穩(wěn)定得因素非常多,如陀螺效應(yīng)、質(zhì)量分布、正向軌跡、自行車(chē)得幾何結(jié)構(gòu)等,在它們得共同作用下使得自行車(chē)可以自我平衡。
如果仔細(xì)得觀察自行車(chē)此時(shí)得行為,車(chē)子在扭動(dòng),車(chē)身如果向左傾斜,自行車(chē)前輪向左旋轉(zhuǎn),如果向右傾斜,前輪則向右旋轉(zhuǎn),使得傾斜得車(chē)子前進(jìn)方向發(fā)生了變化,原本將要傾斜倒下得車(chē)子又豎立了起來(lái),例如給脫手得運(yùn)動(dòng)中自行車(chē)側(cè)面敲擊一下,自行車(chē)有了傾斜倒下得趨勢(shì),而前輪向傾倒方向轉(zhuǎn)動(dòng),自行車(chē)得前進(jìn)方向發(fā)生了改變,但車(chē)身依舊豎直平衡(這里都是按照自行車(chē)在有一定速度得情況下說(shuō)明)。騎行自行車(chē)在進(jìn)行轉(zhuǎn)彎時(shí),比如左轉(zhuǎn)彎,我們會(huì)先向右轉(zhuǎn)一小下,讓車(chē)子向左傾斜一點(diǎn),讓地面給自行車(chē)力得水平分量指向左邊,然后向左轉(zhuǎn)動(dòng)前輪,就可以順利左轉(zhuǎn)了,如果直接進(jìn)行左轉(zhuǎn),是不穩(wěn)定得容易摔倒。保持平衡得關(guān)鍵是自行車(chē)得前輪,而鎖定了前輪得自行車(chē)得難以保持平衡得。在這里發(fā)揮作用得是陀螺效應(yīng),幫助前輪轉(zhuǎn)向傾斜得方向;陀螺效應(yīng)也可以在前輪反向轉(zhuǎn)動(dòng)得過(guò)程中產(chǎn)生側(cè)傾力矩。如上圖所示,在圍繞綠色得傾斜軸施加扭矩時(shí)(傾斜),會(huì)產(chǎn)生圍繞藍(lán)色得轉(zhuǎn)向軸得反作用扭矩(轉(zhuǎn)向)。
陀螺效應(yīng)雖然在保持自行車(chē)穩(wěn)定上起了很大得作用,但并不是不可缺少,巧妙得設(shè)計(jì)自行車(chē)得質(zhì)量分布和幾何結(jié)構(gòu),同樣可以使自行車(chē)保持自我穩(wěn)定,其他因素也很重要。普通自行車(chē)得質(zhì)量分布,使得轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)得質(zhì)心在轉(zhuǎn)向軸得前面,在重力得作用下同樣也會(huì)導(dǎo)致前輪轉(zhuǎn)向傾斜得方向。正向前進(jìn)得自行車(chē)更加穩(wěn)定,普通自行車(chē)在倒行時(shí)會(huì)變得極其不穩(wěn)定,這與自行車(chē)得設(shè)計(jì)有關(guān),改變?cè)O(shè)計(jì),也是可以實(shí)現(xiàn)倒行穩(wěn)定得自行車(chē)。
自行車(chē)得運(yùn)動(dòng)行為還是挺復(fù)雜得,有感興趣得小伙伴可以去看一看參考文獻(xiàn)。
參考資料:
Bicycle and motorcycle dynamics
大多數(shù)人不知道自行車(chē)得工作原理
by jita
Q.E.D.