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匿名使用者
匿名使用者 發問時間: 科學其他:科學 · 2 0 年前

腳踏車為什麼不會倒?直觀的解答為何?

看到一位網友的提問,我心裡想,這個問題一定馬上就會被刪掉

因為類似的問題已經有超過10個了。

不過,一轉念,這些「已型成的知識」都是正解嗎?

有一點不太相信。因此去搜尋一次,果然,

現有的答案並不是正確答案。

這個問題在大學普通物理學中有些版本有,大部份沒有

就算有,真的會教的老師也很少。

必須要在動力學中才會正式去討論。

老牡羊本來跨系去修動力學,課本都買了,

結果後來退掉,因為沒有時間。

簡單說這種問題在學理上分析的方法如下

(定量的分析請有興趣的人去找動力學)

一台向前行駛的腳踏車,以右手定律去比比看,其旋轉張量向左。

如果碰到向左倒下的力量,這個力量的旋轉張量是向後。

結果會如何?一樣用右手去cross一下,從左到後...

其張量之cross是向上的。也就是,會發生一個向左旋的力量。

結果腳踏車不會直接倒下,而是自已向左轉,

瞬間產生的離心力正好可以抵消一部份左傾的力矩。

你曾經放雙手騎車嗎?不用手如何讓車左轉?不正是向左傾倒嗎?

反過來,在傾倒之前,我們只要向右修正自已的重心,

就可以讓腳踏車不倒了。

那為什麼靜止或慢速的腳踏車無法維持平衡呢?

慢速的腳踏車,其向前轉的旋轉張量非常小

cross起來之後也很小,它產生的左旋力量就很小

結果車子就直接向左傾,如果騎士反應不夠快,就倒下去了。

以上的分析只是學理上的應用,也可以正確的解答問題

但是犯了一個大問題:不直覺。

為什麼向前轉加上向左傾結果是向左轉呢?

數學上很容易解釋,但是實際上那個向左轉的扭力是那裡來的呢?

老牡羊想過很多次,一直沒有肯定的答案。

還是請教高手。

已更新項目:

這個問題沒有那麼好回答,數學上早已經解決了,

但是直觀上還是無法解釋而留下遺憾,

因此我才會發問。

相同的例子就是陀螺

如果陀螺是逆時鐘轉而且向右傾斜

陀螺本身旋轉的張量是向右上

(這就是我說的右手定律)

地心引力讓它向右倒,旋轉張量是向前

結果是把兩個張量做CROSS, 使用右手定律

右上到前.. 結果是向左上。

以陀螺現在的位置來說,會受到向前的力量

結果陀螺的軸心就逆時鐘打轉起來

這就是陀螺的徑動。

我想知道的是徑動的力量是那裡來的。

是什麼機制使得地心引力被轉成徑動的力量?

希望這樣會使我的問題更清楚

7 個解答

評分
  • mars
    Lv 5
    2 0 年前
    最佳解答

    大大有沒有加入"慣性"運動

    看了問題想了一下後(腦中一直想著騎腳踏車的樣子)

    再用施力方向的角度作一個簡單的圖

    發現現實中與作用力不平行的力(比如騎腳踏車很大的向前力量)

    只能使作用力發生行進方向的偏移(比如向左右傾倒的力)

    因此在腳踏車靜止時

    是最大的(傾斜後開始複雜的重力加速度)

    很難控制相反力道的大小(結果常是因為力量過頭或不夠而失敗)

    所以也就難以保持平衡

    車子在行進間時

    因最大的作用力是往前的力

    向相對來講就是比較小的了

    因此左右傾倒的力所帶來的輕微傾斜

    因為受向前力的影響速度沒有靜止時那麼快

    騎車的人不用隨時保持左右力道的平衡

    只要適時的糾正就可以了

    以上是個人的看法

    因為字數大多奇摩不給放意見

    只好濫竽充一下回答

    我是中文系的

    物理的原理早在高中分類組時就還給老師了(有借有還嘛!!)

    所以一些原理定律都不了解

    就遑論那種逼我讀文組的公式了

    參考資料: 十年前高一理化老師上的課
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  • 匿名使用者
    6 年前

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  • 匿名使用者
    6 年前

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  • 1 0 年前

    樓上你..................

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  • 1 0 年前

    腳踏車真的不會倒就好囉

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  • 匿名使用者
    1 0 年前

    自行車本身的平衡機制,來自於前叉後傾。我們可以觀察到,幾乎每輛自行車的車把軸,都不是與地面完全垂直,而是後傾的。由於前輪是固定在車把的前叉上,因此又叫前叉後傾。前叉後傾,使車輛轉彎時產生的離心力其所形成的力矩方向,與車輪偏轉方向相反,迫使車輪偏轉後自動恢復到原來的中間位置上。這樣,車子就有了自動回正的穩定性。車速越快,所造成的恢復力矩越大,騎車人就越感到穩定。這就是高速騎車時,會感覺車子比剛剛起步的時候穩定的原因。

    2005-08-30 09:47:15 補充:

    慢速的時候陀螺效應微乎其微...以上是網路上不小心瞄到的 @@, 希望對你有幫助~

    http://bbs.cst.sh.cn/cgi-bin/bbs/bbscon?board=Natu...

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  • 腳踏車會向左倒嗎 ? 不會吧,也可向右倒吧。你說的右手定律我已忘了,但不適在這個問題上。正確來說,左倒右倒都一樣,只是車速愈快,向兩邊倒的地心引力影響相對就較小,還是會倒的,若你不調整方向的話。比如人站著不會倒,只是因為隨時調整角度。一顆球丟出去快慢是不會影響它掉到地上的時間的,只是遠近差別而已,只是終究會落地。腳踏車也一樣,車子偏哪邊就會倒向哪邊,若無調整方向,騎快慢不影響它倒地時間。不知這樣粗糙的解釋可理解嗎 ?

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