你家里有自行车吗?你骑过自行车吗?我们知道,自行车只有两个轮子,不骑的时候,必须用车梯支起来,或者依靠点东西,否则就会倒在地上。但骑起来时,还是只有两点着地,却不会跌倒,这是什么原因呢?
在回答这个问题之前,先来做个简单的小实验,演示的方法非常简单。你只须用机械或电力驱动的方式将陀螺高速转动起来,强大的惯性就会使它像着了魔似的转个不休。此时的它,光影烁烁,亭亭玉立,转轴像生了根似的纹丝不动。即使地面高低不平,或者在斜面上,它也能“稳如泰山”。如果突然受到外力的干扰或冲击,它也至多摇头晃脑一阵即可复位。而且,转速越高,陀螺转得就越稳,偏离后复位也越快。科学家把陀螺的这种转轴不易改向的特性称为“定轴性”。
由上面的实验看出,陀螺在高速旋转的时候,确实具有一种不身受任何外力干扰的特性。其实不仅仅陀螺这样,凡是高速转动着的物体,都有一种能竭力保持转动轴方向不变的能力。自行车的前轮和后轮在行驶的时候,就是两个迅速转动的物体,它也有保持转动轴方向不变的能力。这个能力就使自行车不会倒下。
人骑在车上,有时候也会使车向一边倾侧而失去平衡,这时只要扶正车把,就可以调整前轮的位置;而且骑车人的上身也是不断地在改变位置,使车子保持平衡,这些调整位置的动作,是骑车人习惯了的,不必经过思考。自行车停下来的时候,轮子不转动了,那种自动维持轮轴方向不变的能力消失了,车子就容易倒下来。如果一定要使车子不倒,那只能依靠身体的平衡动作来做到这一点。杂技演员能够在一辆不动的自行车上表演各种精彩节目,是因为演员们熟练地掌握了保持平衡的技巧。
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“魔车”翻不倒的奥秘
1914年,英国人莎尔利和俄国工程师希洛夫斯基不约而同地用同样原理,制成了一辆前后各一轮的双轮汽车(当时人们称它为“魔车”),并在英国举行了一次旅行表演,从伯明翰一直开到伦敦,最后还到海德公园兜了一圈,使整个欧洲为之轰动。殊不知,“魔车”翻不倒的奥秘并不在发动机,而是安装于车座的陀螺稳定器在起着稳定作用,它在高速转动时所产生的惯性复位力矩,克服了车身自重所引起的倾覆力矩。