為什麼自行車在運動時反而比靜止更容易平衡？

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【分鐘物理】自行車是怎麼保持平衡的[中英字幕]_趣味科普人文

我是一本正經的想替一位老師揚名來的！
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關於這個問題，我見過最扯的答案就是這位老師的理論：
伯努利定理！！！

他說是由於運動所致，是兩邊的空氣產生壓力，把騎自行車的人像飛機起飛一樣夾住了，所以不倒！！！不倒！！！倒！！！

作為一名初中物理老師，在家長會上大言不慚的向家長講自己這套理論，竟然還說，在整個唐山地區（為什麼是這個範圍呢？）老師中沒人能解決這個問題！！！

作為家長，我坐在下面險些吐出200CC鮮血！！！

秦皇島七中的一名物理老師，希望你的理論能夠發揚光大！

我只能幫你到這裡了。

發現了2011年science的一篇文章：

A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Caster Effects

文章及附件材料如下：

https://scholar.vt.edu/access/content/group/141943de-4222-4681-8e93-07454e806e01/Podcasts/kooijman-meijaard-papadopoulos-ruina-schwab-2011.pdf

http://staff.ustc.edu.cn/~jlxie/lixue_appendix/Science2011_kooijman-SOM.pdf

文章提到：

「The common view is that this self-steering is caused by gyroscopic precession of the front wheel, or by the wheel contact trailing like a caster behind the steer axis. We show that neither effect is necessary for self-stability. 」

所以我的估計是對的。

唉，太懶了，不然我也可以發science……

原答案：-------------------------------------------------------

樓上幾位提到進動，期待有人出來計算一下數量級，看看這個因素能不能真正起到作用。
竊以為以車輪的轉動慣量和角速度都太小。拿「高速旋轉的陀螺儀傾斜立在支架上，陀螺不會倒下而會繞著支點旋轉」來解釋是不合適的。

鄙人認為是因為車上面騎了個人，當車行進時，人可以通過轉動車頭，來用離心力平衡掉左右側的重力差。這是一個動態反饋的過程，且系統各部分的響應時間與人反應時間吻合，所以能夠做到不倒。

舉個例子：

1. 普通自行車靜止：這種情況普通人很難做到平衡，但也不是完全不行，經過訓練的高手就可以保持相當長的時間。

2. 自行車過高，過大，總之造型詭異，在動態反饋過程中與普通人的響應時間不匹配，也很難做到平衡。

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補充：

1. 查了一下，梁昆淼力學上冊：

2. 懶得算，還是認為進動只是原因之一，大多數情況下不是主要原因。
關於第二段轉動人轉動車頭，見評論中：
「車靜止的時候，如果向哪邊倒，車頭就就向哪邊偏。是因為龍頭軸不豎直，前叉不豎直。其延長線在車輪著地點前面。」
這也是輔助人轉車頭的，也使得雙手撒把成為可能。

3.評論中有問：「如何解釋，在一定範圍內，速度越快，越好「把握」平衡？」

很好解釋。

為什麼開車高速不能急打方向盤？因為離心力很大，會翻車。

自行車如果速度快一些，輕轉方向，離心力就會大一點，很容易平衡左右重力差。

但如果太快，也會很容易翻。

另外要注意，所謂平衡，不是真的平衡，而是動態的不斷調整的過程，即「不倒」。

再就是，這裡的分析其實不是很嚴格。

以上回答都是錯的（除了匿名用戶的視頻），因為自行車的平衡原理至今是未解之謎。
搬運別人的搬運：如何解釋自行車的平衡原理？ - 匿名用戶的回答

我以前還恰好畫過這麼一個圖……
簡單來說，如果偏離平衡，靜止時重力的力矩會使輪子倒下，轉動時重力的力矩會使輪子轉向

運動時太快了輪子來不及思考

因為你的手對自行車進行了反饋調節

因為直線運動產生了較大的慣性，同時持續受到摩擦力。當發生較的側向水平力時，會與摩擦力合成為轉向力，自行車傾斜在慣性的作用下容易通過車把微調轉向克服。
靜止時沒有摩擦力，水平力發生作用時直接摔倒，僅能通過調整重心的方式恢復平衡，難度極大。

自行車動平衡是因為前叉後仰，使得前龍頭重心在車輪後面。
這樣當車輛微小傾斜時，重力會讓車龍頭轉向另一側，讓車【正回來】

有如下事實：
1、車子上沒人，用力推也能跑很遠。
2、如果龍頭固定住、或者倒著推，車子都很快摔倒。
3、車子速度很重要，輪胎轉速不重要：
在滾輪或跑步機上，騎自行車也很難平衡。
輪子換成冰刀在冰上滑，也能平衡。

請看中科院物理所雜誌《物理》中對這個問題的簡單討論：Qamp;A 問答。問題看起來簡單，想得到正確的答案卻不容易。

就是陀螺的穩定性的原理，自行車倒下，其實是重力力矩使自行車產生了朝兩邊倒的角動量。當輪子已經在轉動的時候，重力力矩會使輪子進動（也就是朝兩側旋轉）而不是倒下，靠控制把手就可以克服這個進動讓自行車繼續前進。把高速旋轉的陀螺儀傾斜立在支架上，陀螺不會倒下而會繞著支點旋轉，也是一樣的道理。

跟另外一個問題重複，就寫在另一個地方了。

貓王：如何解釋自行車的平衡原理？

命題就是錯誤的，運動中的自行車輪從來不是平衡態，幾乎每時每刻都在向一側傾倒。只是傾倒和轉動結合起來，不是直直地向一側「拍」下去，而是在滾動中拉出一條弧線。在桌子上滾動一個硬幣，觀察它倒下之前的狀態，這就是自行車（輪）的狀態。

但自行車為什麼不倒呢？因為人手不斷地微調，把向一側傾斜的滾動軌跡變成反方向的不平衡態，「對沖」原來的軌跡弧度。微調連續起作用，就把一連串的反方向弧線變成了近似直線或符合你前進方向的曲線。這個掌握連續微調的過程，就是學騎自行車的過程。

（略誇張的一個示意圖）總之，自行車的「平衡」是一個需要人腦不斷提供控制反饋的「偽平衡」，通過不斷的左右搖擺來製造一種按軌跡前進的假象，從來沒有所謂「轉動比靜止更穩定」的規律。觀察一下新學自行車的人怎樣騎車，你就能理解我前面說的話。

輪子轉動時需要較大的力矩來改變角動量，相當於存在穩定阱
龍頭把手搞那麼長就是這個道理，方便人轉向

最近這些板塊問題好少~

有一種迷人的魅力叫離心力

這個原理與陀螺旋轉時會直立的道理是一樣的！

因為有前進速度的時候，可以通過控制轉向形成圓周運動，產生離心效果矯正側傾。
說陀螺儀效應有點牽強，控制平衡所需的轉數很低，轉動慣量起不到多大的作用。
也可以用個簡單的實驗來排除:弄個不接觸地面的輪子裝車上按同樣速度旋轉(車本身不前進)看看能不能平衡即可

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經評論的提醒，騎行台就是可以讓車在原地騎的設備，如圖

看到固定在後輪的支架了吧，這至少說明不移動的話(單純依靠陀螺儀效應)是比正常開車要困難的。(如果難度一樣，固定的做法就是無意義的)可控的主要因素還是離心效應了。雖然陀螺儀也起到了點作用

感覺挺簡單的事情啊，騎車老手也很難騎出完美的直線，說明運動中自行車並不是在豎直方向保持靜態平衡，而是往複的微小擺動保持一個動態平衡。
當車朝一邊傾倒時，人會出於本能地朝那個方向微微轉動龍頭，這樣車就變成在做曲線運動，產生向另一方向的運動趨勢使車身擺動回來，如此往複。也就是不斷改變方向的向心力保持著豎直方向的穩定

自行車在運動時形成了德布羅意波，因而行駛中的自行車是量子態的，其概率雲最密處是在左平躺到右平躺之間，也就是說如果沒有觀測者的話車很可能就倒了。但是你騎的時候是睜著眼睛的，觀測者效應使得自行車的波函數坍塌到直立狀態。
至於閉著眼睛也可以騎，是因為有一個神秘而強大的未知觀測者。

轉動慣量。一幫人說那麼多廢話幹嘛？