为什么在骑自行车的时候，自行车不会倒下？

为什么在骑自行车的时候，自行车不会倒下？

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（但要担心前面呼啸而来的汽车）。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。 但遗憾的是，这并非一个合理的解释。 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。但是，2个陀螺似乎并不足以支撑骑车人重达几十公斤的身体的倾斜。刚学习骑车往往会摔得很惨。从另一个方面看，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。 自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人，其身体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。我们学习骑自行车，也就是训练身体的肌肉完成这种条件反射，而一旦学会，这个控制回路就保持在小脑中，随时可以启用，许多年也不会忘记。 但是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定，这又是为什么呢？ 自行车本身的平衡机制，来自于前叉后倾。我们可以观察到，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，因此又叫前叉后倾。前叉后倾，使车辆转弯时产生的离心力其所形成的力矩方向，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。这就是高速骑车时，会感觉车子比刚刚起步的时候稳定的原因。 一般而言，车子前叉越后倾，车子越稳定，但转动车把越费劲；而后倾角度小，转把较容易，但车子的稳定性不够。但如果自行车完全没有前叉后倾，那么，骑自行车会是一件很痛苦的事情。 自行车其实是相当复杂的力学体系，而汽车的前轮定位更加复杂。有主销内倾、主销后倾、前轮外倾和前轮前束，这保证开车的时候车子尽可能稳定，但又减少轮胎的磨损。

我们大家知道，自行车停下来的时候，如果我们松开双手，那么自行车就会倒下，可是自行车为什么停下就会倒下，三轮车却不会呢?究其原因在于，自行车和地面仅有两个接触点，两个点只可以决定一条直线，却不可以组成一个平面，这样，仅靠两个车轮没有办法使自行车停在地面上。三轮车和地面却有三个接触点，三个点决定一个平面，所以三轮车可以停在地面上却不会翻倒。一样的道理。在自行车的中后部装上撑架，这样可以给自行车增加三个接触点或者四个接触点，这样，自行车就会保持自身平衡了。　　可是当自行车轮转动时，情况就完全不一样了。由于旋转的物体有使转轴的方向保持不变的特性，转动得越快，越不容易改变轴的方向，就像陀螺旋转一样。假如陀螺不转，就会倾倒，因为静止不动陀螺的尖下面只有一个支点，因为重力对这一个支点有力矩，陀螺会围绕这个支点向下倾倒。假如给陀螺施加一个外力，使陀螺快速旋转，陀螺就不会倒下了，高速旋转的陀螺可以保持转轴的方向不变，这就是陀螺的稳定性。人骑自行车是同样的道理，转动的车轮有和陀螺相似的稳定性，人在车上蹬车，致使车轮飞快的旋转，同样也可以保持旋转的轴线方向不变，这样，车子就可以保持平衡却不会摔倒，可以很稳当地向前行驶