一个常见的物理现象,却困扰科学家200年

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有什么问题是科学家至今没有解决,但是大众默认科学家已经解决了? 答案可能是一个日常生活中常见的现象:“骑自行车”! 不知道你有没有想过,为什么人类在骑自行车的时候可以保持平衡?这个看似简单的物理现象其实已经困扰科学家200年了! 自行车是人类最成功的发明之一,它高效率,万能,实用性广泛,在全球大多数地区都备受欢迎,虽然在后代有更多更方便更快速省力的交通工具被发明了出来,自行车强大的适用性让我们无法割舍。特别是在最近几年共享单车火爆之后让我们发现,在某些情况下用自行车应急还是很方便省力的。 早期的自行车 “自行车是怎么保持平衡的”这个问题,居然是一个“未解之谜”? 你可能会觉得有些可笑,但这真的是一个没有被科学家解决的物理问题,很多物理学家都想通过自己的方式解决这个看似简单的问题,可惜没有一个人可以完美地解决这个问题,在1897年,法国科学院甚至为了自行车的运动问题设立了一个奖项,至今都没有人可以拿下这个奖项。 2011年,《科学》杂志上有一篇论文得出来这样一个结论:目前还没有简单的物理学解释可以轻松的解决自行车保持自我稳定的这个问题。 说了这么多就是想让读者朋友们明白,自行车保持稳定这个问题,确实还没有完全解决,这个看似很简单的问题,其实揉合了大量的力学难题,并不是用几个简单的理论就可以解释清楚的。 人类的第一台自行车在1780年被发明出来,法国人西夫拉克制造出了人类第一台自行车,早期的自行车结构简单,不能转向,依靠双脚用力蹬地向前移动。随后,各种各样的自行车被研究了出来,但是这些自行车都和现代自行车的外貌有很大的差别,现代自行车的雏形是1874年一位英国人制造的,他在车上装了链条和链轮,依靠这套装置让自行车移动,只不过这个自行车后轮大前轮小,很不合理。 1888年第一辆现代自行车诞生,这个时候的自行车基本已经很完善了,在自行车的发展史中出现了各种奇形怪状的自行车,

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因为当时的人们认为轮子越大速度就越快,并且早期自行车的轮子不是前后放置,而是像轮椅一样左右放置的。 所以,自行车的诞生是人类依靠生活经验制造出来的,在自行车诞生的过程中并没有严谨的科学定律来辅助,虽然现代自行车依靠科技做出了很多的改进,但是在科学家去研究自行车是如何保持平衡的时候惊讶的发现,自行车的平衡居然不能用现有的物理理论去解释。 传统的观点认为是“陀螺效应”产生的角动量守恒让自行车保持稳定的,因为自行车的轮胎在移动时产生的离心力可以保持平衡,我们可以发现一辆自行车在高速移动的状态下,就算没有人驾驶,也可以保持一段时间的平衡。 可是在1970年,一位叫做大卫的英国人在《今日物理》上发表了一篇文章,文章指出一个人制造了一辆前轮没有陀螺效应的自行车,这辆自行车仍然可以保持稳定,这代表自行车在运动时确实受到了陀螺效应的影响,但陀螺效应并不是决定性的因素,而是另有其他原理在支撑自行车的运动。 这篇文章指出了一种“脚轮效应”,自行车出现倾斜角度时,前轮会向倾斜的一侧产生偏转角,然后产生的离心力会把自行车给扶正,但是在后来的实验说明,脚轮效应也不是让自行车可以保持稳定的关键因素。 为什么自行车保持平衡这个问题会成为未解之谜? 其实,很大一部分原因不是这个问题太难了,而是这个问题太简单了!科学家不想费心思罢了! 首先,这个问题的难度并不低,自行车虽然结构简单,可是整体也是一个比较复杂的机械结构,想要完美解释并不是一件轻松的事情,前面提到的陀螺效应和脚轮效应都属于比较复杂的物理难题了,而这两个理论都不能完美解释自行车的运动就可以说明一些问题了,并且解决自行车平衡问题给我们不能带来任何的帮助,所以才这个问题才成为了“未解之谜”。 对于自行车的平衡问题,最终的答案可能是“综合影响”,也就是前面提到的理论都说正确的,但是这些理论都不是单独拿出来就可以解决问题,而是这些理论加在一起共同维持了自行车的平衡。

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