话说行进中的自行车为什么不容易倒

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/28 02:37:58
这是一个说烂了的话题。。。

两轮着地静止不动的自行车,很容易倒下
然而一旦骑着跑起来,就很稳定

原理是什么?

----------------------------------------

事情起源于一则来自海外的短文

【自行车只有2个轮子,却为什么可以保持平衡呢?甚至,高手在骑车的时候,可以双手离开车把,任由车子向前走而不担心摔倒。物理学家拿出一个陀螺,放在地上转一下,并开始用鞭子使劲抽打它,随着陀螺越转越快,陀螺也像不倒翁一样,虽然只有一个尖着地,却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应:旋转的物体有保持其旋转方向(旋转轴的方向)的惯性。
陀螺只有一个旋转方向,已经很稳定了。而自行车有2个轮子,显然自行车轮子在高速旋转的时候,会使自行车更稳定。因此,骑车人撒开车把也不会倒下。】
(以前找到过原文,现在已经不知所踪)

这几乎已经将自行车的稳定性完全归功于车轮的陀螺效应

由于此解释来自海外,于是善良的中国人信以为真,并写入教材
摘自《理论力学》


再加上科普的威力,更使得人们坚信“自行车不倒是因为陀螺效应”

事实果真如此吗?
有没有人来说说?

补充内容 (2015-1-2 00:11):
比较重要的几个楼层,都在13楼给出了链接,方便各位观众观看。谢谢光临这是一个说烂了的话题。。。

两轮着地静止不动的自行车,很容易倒下
然而一旦骑着跑起来,就很稳定

原理是什么?

----------------------------------------

事情起源于一则来自海外的短文

【自行车只有2个轮子,却为什么可以保持平衡呢?甚至,高手在骑车的时候,可以双手离开车把,任由车子向前走而不担心摔倒。物理学家拿出一个陀螺,放在地上转一下,并开始用鞭子使劲抽打它,随着陀螺越转越快,陀螺也像不倒翁一样,虽然只有一个尖着地,却左右摇摆而不肯倒下。这就是陀螺效应:旋转的物体有保持其旋转方向(旋转轴的方向)的惯性。
陀螺只有一个旋转方向,已经很稳定了。而自行车有2个轮子,显然自行车轮子在高速旋转的时候,会使自行车更稳定。因此,骑车人撒开车把也不会倒下。】
(以前找到过原文,现在已经不知所踪)

这几乎已经将自行车的稳定性完全归功于车轮的陀螺效应

由于此解释来自海外,于是善良的中国人信以为真,并写入教材
摘自《理论力学》

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2014-11-15 20:04 上传



再加上科普的威力,更使得人们坚信“自行车不倒是因为陀螺效应”

事实果真如此吗?
有没有人来说说?

补充内容 (2015-1-2 00:11):
比较重要的几个楼层,都在13楼给出了链接,方便各位观众观看。谢谢光临
是否不向重力的力矩“屈服”


如果面对着实验事实,还说自行车不向重力的力矩屈服,那就是瞪着眼说瞎话了
(尽管自行车不再是主要交通工具,但是有自行车的人比比皆是。谁若对这个实验有怀疑,请亲自动手实验)

然后,在来说只是车轮进动
进动是必然的,但是对自行车不倒的贡献有多大?是否必须?
再来看这个实验事实

该实验表明,没有所谓的进动效应(正反转轮抵消了),自行车跑的也还不错
事实表明,进动效应没那么重要

因此,教材中自行车也是靠了回转仪(陀螺)效应才得以保持稳定这句话,很值得商榷
或者干脆说,是不负责任的



说自行车,就不要节外生枝脱离主线

为什么不容易倒?
自己体会

当然,您心甘情愿相信教材中的瞎说,我也没办法
好在本帖中也有愿意相信事实、理智客观的人
我闲来无事,不过是在讲明真相,给这些人看,而已
陀螺是一方面

更本质的原因,应该是运动的时候在不断地微调,实际上走的是S形

我双手脱把骑的时候,走的也还是S形
不是陀螺效应是啥??轮子不动你倒是有本事不倒。微调?微调的是你的重心和轮子有毛关系。
不是陀螺效应是啥??轮子不动你倒是有本事不倒。微调?微调的是你的重心和轮子有毛关系。
CJDBYER 发表于 2014-11-15 20:18
陀螺是一方面

更本质的原因,应该是运动的时候在不断地微调,实际上走的是S形
2014-11-16 20:29 上传


运动员可以保持这个姿势,长距离滑行而不倒

能否说说原因?
不是陀螺效应是啥??轮子不动你倒是有本事不倒。微调?微调的是你的重心和轮子有毛关系。
把前轮焊死,看你有没有本事脱把
运动员可以保持这个姿势,长距离滑行而不倒

能否说说原因?
运动员时刻在微调自己的姿态

你可以试试金鸡独立,看看需不需要微调
如果是因为轮子转动的陀螺效应,那么假如用一个支点支撑车身,轮子离开地面,只要轮子转的飞快,自行车也不应该倒.


其实:自行车不倒,必须运动才行.当自行车向某侧倾斜的时候,要向这个方向转一点儿弯儿,这样重力在水平方向的分力与圆周运动的向心力相抵消(严格的说,应该是水平方向的重力的分力成为了圆周运动的向心力).于是自行车就不倒了.
高中物理课程及格的童鞋可以自己尝试画一下这个力的分解.
不管是陀螺还是运动中的自行车都遵循惯性原理
CJDBYER 发表于 2014-11-16 21:21
运动员时刻在微调自己的姿态

你可以试试金鸡独立,看看需不需要微调
你好像没注意我是反对《陀螺效应》的
leekkeek 发表于 2014-11-16 21:40
如果是因为轮子转动的陀螺效应,那么假如用一个支点支撑车身,轮子离开地面,只要轮子转的飞快,自行车也不应该 ...
有道理
不过大学《理论力学》认为是陀螺效应
见一楼帖图


(我这个用户组,每小时限发5个贴子,就不一一回复了)

任何人骑车,前轮在地面留下的轨迹都是蛇形线,不信的可以自行验证


动态示意图(蓝点代表人车系统重心)


当然,还有转弯时的向心力以及不自觉地移动身体调整重心等等

总之,行进中的自行车不容易倒,原因是多方面的,主要矛盾肯定不是“陀螺效应”(滑冰者为证)
不能因为有个轮子在转,就一口咬定陀螺效应就是不倒的原因,这不是科学的态度


然而,传统力量的强大是无限的,一旦某种意识形成,再想改变几乎是不可能的
这种意识无论是否合理,是否符合逻辑,都将被不可阻止地传承下去

尽管自网络流行以来,就经常见到有识之士愤而讨伐,也无济于事
“行进中的自行车不容易倒是因为陀螺效应”这个意识,尽管十分荒谬,但是却依然盛行

谁有兴趣可以搜索一下,就能感受到

我只想看到此帖的朋友,能够不受传统意识左右,了解真相
标题虽为“终结流言”,但是谁都知道,流言不可终结

补充内容 (2015-1-2 00:05):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,放慢的骑行过程

补充内容 (2015-1-2 00:07):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,无陀螺效应自行车

补充内容 (2015-1-2 00:09):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,较为专业的分析节选,原载果壳,,链接已被删除

补充内容 (2015-1-2 00:10):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,近百年来,关于自行车动力学理论研究,一直没有停止

补充内容 (2015-1-2 00:35):
直达楼梯(157)http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,面对强大的正规军,该让的时候,必须让

(我这个用户组,每小时限发5个贴子,就不一一回复了)

任何人骑车,前轮在地面留下的轨迹都是蛇形线,不信的可以自行验证

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2014-11-16 23:55 上传


动态示意图(蓝点代表人车系统重心)


当然,还有转弯时的向心力以及不自觉地移动身体调整重心等等

总之,行进中的自行车不容易倒,原因是多方面的,主要矛盾肯定不是“陀螺效应”(滑冰者为证)
不能因为有个轮子在转,就一口咬定陀螺效应就是不倒的原因,这不是科学的态度


然而,传统力量的强大是无限的,一旦某种意识形成,再想改变几乎是不可能的
这种意识无论是否合理,是否符合逻辑,都将被不可阻止地传承下去

尽管自网络流行以来,就经常见到有识之士愤而讨伐,也无济于事
“行进中的自行车不容易倒是因为陀螺效应”这个意识,尽管十分荒谬,但是却依然盛行

谁有兴趣可以搜索一下,就能感受到

我只想看到此帖的朋友,能够不受传统意识左右,了解真相
标题虽为“终结流言”,但是谁都知道,流言不可终结

补充内容 (2015-1-2 00:05):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,放慢的骑行过程

补充内容 (2015-1-2 00:07):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,无陀螺效应自行车

补充内容 (2015-1-2 00:09):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,较为专业的分析节选,原载果壳,,链接已被删除

补充内容 (2015-1-2 00:10):
直达电梯http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,近百年来,关于自行车动力学理论研究,一直没有停止

补充内容 (2015-1-2 00:35):
直达楼梯(157)http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=923407,面对强大的正规军,该让的时候,必须让
双轮自行车为静不稳定,三轮为静稳定。来自: Android客户端
无缝的蛋 发表于 2014-11-16 23:02
不管是陀螺还是运动中的自行车都遵循惯性原理
如果一句【惯性原理】就能解决所有问题,就没那么多事了

ling6666 发表于 2014-11-16 23:56
双轮自行车为静不稳定,三轮为静稳定。

言之有理
现在的问题是【为什么自行车动起来就稳定】


介绍部分专业级分析

(不能发视频?)

《你从未见过这么牛掰的自行车》
gunpole发表于果壳
2011-04-22 09:20:06

如果按照现有的自行车自平衡理论,视频中这个模样颇怪的简易自行车应该很快摔倒。但是你会发现结果并非如此,它在无人驾驶状态下很好地保持了平衡。或许这个实验将促使人们重新审视当前的自行车动力学,并设计出性能更优异的自行车。
相信很多人见多这样的场景:把一辆自行车快速的推出然后放手,如果速度足够快,它将在很长一段距离中保持前进状态。运动过程中,当它有向一侧倾倒的趋势时,前轮会向侧倒方向转动,以尽量避免自行车摔倒。
之前的研究将这种现象部分归因于车轮的陀螺效应(指转动的物体会有保持原来状态,抗拒外来力量的倾向,也就是转动中物体的轴心会极力保持在原来所指的方向),但是纽约伊萨卡岛康奈尔大学的Andy Ruina及其同事却对此抱怀疑态度。
他们制作出一辆视频中所示的简易自行车,该自行车设计有一个与前轮旋转同步的反转圆盘,用来消除前轮的陀螺转矩。如果按现有理论,失去陀螺效应,自行车将无法保持长时间平衡,但是实验结果推翻了这种预测。此外,该自行车的前轮位置也更靠前,而当前理论也认为这不利于保持平衡。
他们的研究认为自行车保持平衡的关键因素在于质量分布。比如该简易自行车的车把重心低于车架重心,并且位置在旋转轴之前。所以当自行车侧倒时,车把动作的速度将快于车架,这将使前轮转向侧倒方向,从而继续保持自行车平衡状态。
本文版权属于果壳网,转载请注明出处。商业使用请联系果壳网
==============================================================




在很多关于自行车不倒的论战中,陀螺派在事实面前,不能再继续盲目坚持“车轮转动的稳定性”是自行车不倒的原因,便退而求其次,声称是陀螺的进动效应造成前轮向倾倒一侧转弯,从而避免倒下
上面的短文和几个老外的实验,就是对陀螺派量个观点的驳斥

介绍部分专业级分析

(不能发视频?)

《你从未见过这么牛掰的自行车》
gunpole发表于果壳
2011-04-22 09:20:06

如果按照现有的自行车自平衡理论,视频中这个模样颇怪的简易自行车应该很快摔倒。但是你会发现结果并非如此,它在无人驾驶状态下很好地保持了平衡。或许这个实验将促使人们重新审视当前的自行车动力学,并设计出性能更优异的自行车。
相信很多人见多这样的场景:把一辆自行车快速的推出然后放手,如果速度足够快,它将在很长一段距离中保持前进状态。运动过程中,当它有向一侧倾倒的趋势时,前轮会向侧倒方向转动,以尽量避免自行车摔倒。
之前的研究将这种现象部分归因于车轮的陀螺效应(指转动的物体会有保持原来状态,抗拒外来力量的倾向,也就是转动中物体的轴心会极力保持在原来所指的方向),但是纽约伊萨卡岛康奈尔大学的Andy Ruina及其同事却对此抱怀疑态度。
他们制作出一辆视频中所示的简易自行车,该自行车设计有一个与前轮旋转同步的反转圆盘,用来消除前轮的陀螺转矩。如果按现有理论,失去陀螺效应,自行车将无法保持长时间平衡,但是实验结果推翻了这种预测。此外,该自行车的前轮位置也更靠前,而当前理论也认为这不利于保持平衡。
他们的研究认为自行车保持平衡的关键因素在于质量分布。比如该简易自行车的车把重心低于车架重心,并且位置在旋转轴之前。所以当自行车侧倒时,车把动作的速度将快于车架,这将使前轮转向侧倒方向,从而继续保持自行车平衡状态。
本文版权属于果壳网,转载请注明出处。商业使用请联系果壳网
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在很多关于自行车不倒的论战中,陀螺派在事实面前,不能再继续盲目坚持“车轮转动的稳定性”是自行车不倒的原因,便退而求其次,声称是陀螺的进动效应造成前轮向倾倒一侧转弯,从而避免倒下
上面的短文和几个老外的实验,就是对陀螺派量个观点的驳斥
4个轮子轿车和2个轮子自行车,控制原理简称为静稳定和静不稳定
邦妮和克莱德 发表于 2014-11-17 12:46
4个轮子轿车和2个轮子自行车,控制原理简称为静稳定和静不稳定

现在说的是,两个轮子的自行车动起来的问题
要看技术的。
曹操故里 发表于 2014-11-17 15:26
要看技术的。
说得对。所以都要练习,掌握骑车技术
不过现在说的是【自行车不倒是由于车轮的陀螺效应】这个流行观点是否正确
2014-11-18 10:02 上传


人们探讨自行车的稳定性问题,已经经过了一个半世纪。咋一看来,似乎这样的探讨没有什么实用意义。因为人既然已经能够自由地驾驶自行车,自行车制造也没有提出更多的要求。这样的探求,似乎有一点书呆子的嫌疑。不过,对于真理的探求者来说,如南朝陶弘景所言:“一事不知,以为深耻”。对于未知的事情的寻根问底的精神,正是科学精神所在。另一方面,自行车稳定性问题,一开始就是一个人机系统的控制稳定性的难题。在人类实现机械化的过程中,人与机器、人与汽车、人与火车、人与飞机等等,都有一个控制稳定性的问题,而在所有这些问题中,也许人与自行车的控制问题更具有挑战性。因为它的确看似简单而实际上却很复杂。也正因为如此,在百多年的研究的道路上,异军迭起,新意屡出。迄今,也很难说已经达到尽头。也许在继续探求中,它会在实际应用中开出新的花朵来。


参考文献
[1]F.J.W.Whipple,Thestability of the motion of bicycle, QuarterlyJournal of Pure and Applied Mathematics, 30,312(1899).
[2] Timoshenkoand Young, Advanced dynamics, McGraw-Hill Book Company, New York,1948
[3] Jones, David E. H. "Thestability of the bicycle" . Physics Today23 (4): 34–40.(1970).
[4] D. G. Kooijman, J. P.Meijaard, J. M. Papadopoulos, A. Ruina, and A. L. Schwab , A bicycle can be self-stable withoutgyroscopic or caster effects. Science332 (6027): 339–342. (April 15,2011).
[5] Bicycle and motorcycle dynamics,
=============================================

尽管有识之士早在194×年就用事实证明了【陀螺效应并非自行车不倒的主因】
然而依然屡屡出现2楼类型的教材
年年批量制造【一口咬定陀螺效应】的人才

实在是令人费解
难道这些人不会思考?

补充内容 (2014-11-19 23:59):
然而依然屡屡出现1楼类型的教材


要审核啊。。。。

要审核啊。。。。
楼主,我先不管你说得对不对,咱能不说中国那么多编力学教材的人是相信了你引得那篇短文才这么说的吗?他们有功夫去看这种小短文?
这有什么好奇怪的?科学是不断发展的,教科书上的信息永远过时,如果拿了本书就置信不疑那只能说这读者不适合搞科学。
WALL.E.... 发表于 2014-11-19 02:54
楼主,我先不管你说得对不对,咱能不说中国那么多编力学教材的人是相信了你引得那篇短文才这么说的吗?他们 ...
那你说说看教材中为什么会有自行车不倒是陀螺效应
ahadicow 发表于 2014-11-19 03:12
这有什么好奇怪的?科学是不断发展的,教科书上的信息永远过时,如果拿了本书就置信不疑那只能说这读者不适 ...
一楼学生们正在使用的教材过时了?
关于教材
有关力学理论的中文教材,基本都是照抄洋文
在基础理论方面,中国人没有自己的独创观点

如此说来,自行车不倒是由于陀螺效应,倒不一定是中国人自创


不过不管是谁把这个扯淡观点写进教科书,都已经被实验和逻辑证明是荒谬的
XYcome 发表于 2014-11-19 08:39
一楼学生们正在使用的教材过时了?
教材永远是过时的
ahadicow 发表于 2014-11-19 10:51
教材永远是过时的

打击面有些大。。
或许阁下的理论是先进的

你超越那些过时教材的理论,有什么可供验证的预言吗?
XYcome 发表于 2014-11-19 12:53
打击面有些大。。
或许阁下的理论是先进的
说过时不是打击,书本知识的本质是这样,与时俱进不是对书的要求

超越书本的先进的理论你不是刚提出了一堆吗?

我最后一次看教科书大概10年前吧,我现在的大部分知识都是超越那些书本的,需要我一一举例吗?
支持楼主,,,
ahadicow 发表于 2014-11-19 13:16
说过时不是打击,书本知识的本质是这样,与时俱进不是对书的要求

超越书本的先进的理论你不是刚提出了 ...
超越书本的先进的理论你不是刚提出了一堆吗?

这从何说起?
你从那里看到我有新理论?

你现在的知识超越了你学过的那些教材,那是你的成就,比我强得多
我没有新理论

愿意介绍你的成就,举一个即可
我等草根也好见识见识
2014-11-19 20:15 上传

可以去掉一个轮子,比如说杂技表演经常出现的独轮车,可以通过前后小移动来平衡,也可以跳跃保持平衡。是微调。
无论轮子转动还是通过冰刀,都是获得运动的力或者惯性之类,要平衡还是要微调。
那你说说看教材中为什么会有自行车不倒是陀螺效应?
应该是你先证明中国那些编教材的是看了那篇短文才这么写的!!!
J5J6J7J8 发表于 2014-11-19 21:20
可以去掉一个轮子,比如说杂技表演经常出现的独轮车,可以通过前后小移动来平衡,也可以跳跃保持平衡。是微 ...
完全正确

16楼、21楼,有对陀螺效应的专业驳斥
WALL.E.... 发表于 2014-11-19 22:25
应该是你先证明中国那些编教材的是看了那篇短文才这么写的!!!
这无所谓了
我说不说中国那些编教材的是看了那篇短文才这么写的,都不影响这么写的荒谬本质

去看27楼

XYcome 发表于 2014-11-19 20:06
这从何说起?
你从那里看到我有新理论?


你要是就是想抬杠我就不回了。

你这贴的大意不就是,教材上的信息不符合最新的研究成果吗?怎么现在又否认那些你贴上的理论超越教材了?

那本物理教材本来就是要教你陀螺效应,难道你觉得《理论物理》是为了指导你怎么骑单车?你脱离教材的主旨和时代批评它跟不上研究成果是不是缺乏看学术读物的基本常识?

物理老师教牛顿定律化学老师教你电子围着原子核转难道你也要引经据典的驳斥吗?
XYcome 发表于 2014-11-19 20:06
这从何说起?
你从那里看到我有新理论?


你要是就是想抬杠我就不回了。

你这贴的大意不就是,教材上的信息不符合最新的研究成果吗?怎么现在又否认那些你贴上的理论超越教材了?

那本物理教材本来就是要教你陀螺效应,难道你觉得《理论物理》是为了指导你怎么骑单车?你脱离教材的主旨和时代批评它跟不上研究成果是不是缺乏看学术读物的基本常识?

物理老师教牛顿定律化学老师教你电子围着原子核转难道你也要引经据典的驳斥吗?
ahadicow 发表于 2014-11-20 02:53
你要是就是想抬杠我就不回了。

你这贴的大意不就是,教材上的信息不符合最新的研究成果吗?怎么现在 ...
1、是你说的教材永远是过时的
2、我只针对教材中的一句话,并没有全面否定教材
3、我贴的内容并非最新研究成果,至少已经几十年了
4、《理论力学》并非《理论物理》
5、仍然要强调教材中出现自行车不倒是陀螺效应,是不合适的。16、21楼已经用事实作出了判决

就这么简单
无论什么原因,教材中的那句话失误了
但是这不能说明陀螺近似理论过时

只有出现新的理论,才能说旧的理论过时
教材是阐述理论的,在新的理论出现之前,对任何教材也不能说它过时

你说教材永远是过时的,所以我猜你已经很有了新的理论,当然不仅限于陀螺
所以我希望看看你的新理论的新预言,开开眼

仅此而已
XYcome 发表于 2014-11-20 09:17
1、是你说的教材永远是过时的
2、我只针对教材中的一句话,并没有全面否定教材
3、我贴的内容并非最新 ...
教材过时不一定要理论过时,可以是格式过时,可以是例子过时,可以是语言过时,可以是数据过时。你所举的教材就是把自行车自稳现象当作一个例子来用而已,本意是想阐述陀螺效应,你把这个例子拿出来大批一番,有什么意义呢?

这个教材的读者都大学生了,还是物理系或者工程系的大学生,对知识时效性应该有足够的认识了吧。写论文要引述的话,第一要标作者,第二就要标年份,没有年代信息等于没有出处。还是这不是国内的标准?(我真不知道)

我最后想知道,阁下怎么看高等教育?先要求所有教科书信息都符合最新科学理论,再要求学生照单全收背得一字不漏,然后产生出具有高超学术水品的人才吗?