自行車的發(fā)明 由物理網(wǎng)資料整理

世界上第一輛自行車是1800年俄國烏拉爾的一個農(nóng)奴阿爾塔摩諾夫發(fā)明的。它的樣子同現(xiàn)在的自行車大不相同，前輪很大，后輪很小，兩個腳蹬子直接裝在前輪的軸上。這個“怪物”轟動了沙皇和大臣們，沙皇問：“它只有兩個輪子，為什么不倒呢?”當時很少有人能說出道理來。

實際上，這是一個重心問題。

每個物體都要受地心引力的作用，都有一個垂直向下的重力，也就是平時說的重量。這個重力可以認為是集中在物體的某一點上，這個點就是物體的重心。

物體的重心同物體的穩(wěn)定程度大有關系。不倒翁上輕下重，重心位置比較低，從重心垂直向下的重力作用線，總是落在它與地面的接觸范圍之內。所以不管怎么推它，它都不會倒，只搖晃幾下。陀螺剛好相反，它與地面相接觸的范圍幾乎只是一個點，從重心垂直向下的重力作用線很難正好落在這個點上。所以陀螺不旋轉，很難叫它站住不倒。人要站穩(wěn)也是一樣，他的重力作用線必須落在兩腳踩地的范圍之內。人前蹌的時候，重心向前傾，兩腿必須緊緊跟上，不然便會摔倒。

騎自行車的時候，人和自行車成為一個整體，有一個共同的重心，要想不倒，也必須符合上述的要求。可是自行車的兩個輪子與地面的接觸范圍幾乎都是一個點，人與自行車共同重心垂直向下的重力作用線必須落在這兩點連成的直線上，才能維持不倒。這是很不容易做到的。好在自行車的前叉向前延伸，轉動又靈活，稍微一轉動便能矯正重心的位置。如果重心偏向右側，即將摔倒，只要將車把稍稍往左一轉，車輪與地面的接觸線馬上向左偏過來，重力作用線便會落在接觸線的左側，再將車把向右偏一點兒，就能保持車子平穩(wěn)了。你看過“定車倒立”的雜技嗎?演員是把前輪稍稍偏向一邊，與車身構成一個角度，然后一手握住車把，一手握住大梁或座墊把身子倒立起來。因為只有這樣，才能使接觸線在一個三角區(qū)的范圍內，并且隨時進行調整，使重力作用線正好落在接觸線上。技藝高超的演員如果不懂得物理學，是很難獲得觀眾鼓掌叫好的。你騎自行車可能有這樣的經(jīng)驗，車后帶的東西越重騎起來越困難。為什么呢?道理很簡單，這時候車輪與地面的接觸線隨著車把左右擺動，構成一個三角區(qū)，而人、車和東西作為一個整體，三者的共同重心落在三角區(qū)后部頂端，要隨時調整就不大容易，走起來就不那么穩(wěn)當了。

當自行車拐彎或跑圓圈的時候，情況復雜一些。這時候，人和車的共同重心偏向圓心的方向，但是掌握了重力、離心力和地面反作用力之間的相互關系，仍然可以使車平衡。

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