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为什么自行车骑的越慢越容易翻车?
2017-04-30 12:59

 

       几天前,我去上课,提前到了教室,然后有一个学生跑过来跟我说:老师,刚才我们在玩硬币诶,发现滚硬币的时候,刚开始硬币滚的很快,不会倒掉,等它滚的越来越慢了,它就开始倒下了?这是为什么呢?嗯,的确,这个现象估计玩过硬币的人都知道吧,然而能想到问为什么那真是非常不错,比我厉害多了,大赞科学物理人的弟子(好像在自夸666)。 然后,我就说,这个应该就和骑自行车一样吧,骑得越快越不容易翻车,骑得越慢越容易翻车!可是这是为什么呢?我也没思考过这个问题啊,那我就想呗,想来想去,没有想通,诶,气死了,我真是弱啊;那还是要想啊,学生还在等答案的嘛,想来想去,想不出来!我就想着亲自去骑一下,看看能不能有什么灵感,然后就跑到外面骑着一辆共享单车,从闽侯上街一直骑啊骑,骑到鼓楼东街口,然后在快要累死的时候,终于想出来了,真是不容易啊!

        哦,原来是这个样子的! 

       看上面的图,大家知道,骑车嘛,车轮子就会转,骑得越快自然就转的越快,不转没事,这一转就转出问题来了,差点没把我转晕了!画两个轮子太麻烦,我就画一个轮子吧!

       车轮顺时针转动,这个时候呢就会有一个叫做角动量的东西(没听过啊,那就自己去学咯,我也刚知道),它的方向是垂直车轮平面向里的,其实就是平行于水平面朝着骑车人的左手边。车轮转的越快,这个角动量就越大,转的越慢,角动量就越小。角动量是个矢量,满足平行四边形定则。如果车要倒下来,那么车轮平面就不再垂直于地面,与地面的夹角小于九十度,甚至是直接倒在地上。这个时候,角动量的方向呢就不再平行于水平地面了,而是有向着地的分量了,也就是角动量发生变化了。从侧面看就是这样子的。角动量由蓝色的变到了红色的。


       关键就在这个地方了,角动量犟得很,哪里有那么容易变哦!那要怎么让它变过来呢?那就要使劲啊,就是用力,而且这个力不能是蛮力,要用对地方才可以的,嗯,其实就是要有一个力矩(又没听过样的,还是自己去学吧)!就像下面这个图,蓝色的表示正常骑行时的角动量,红色的表示倒下过程中某一刻的角动量,黄色的就表示这个过程中的角动量的变化,其实就是三角形定则嘛!不过呢,骑得越快,蓝色和红色的箭头就越长,那么黄色的箭头就越长,也就是说角动量变化越大,这个时候就需要更大的力矩来让这个变化产生了,那么自然就更难了,既然更难,那它就保持原来那样不变呗,所以就不容易翻车啊!

        其实,旋转陀螺不会倒估计也就是差不多的道理,不过等我抽完陀螺再想吧,现在想不出来了,谁给我买个陀螺抽呢?


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