对于会骑自行车的人而言，两个轮子几乎就是自己的“双脚”，大腿发力，一切尽在掌控之中。

而对于那些不会骑自行车的人，却怎么也想不明白，前后两个轮子的结构，是怎样屹立不倒的。

你会骑自行车吗

其实这个问题也困扰了科学家200多年的时间，到现在还是未解之谜。

倒与不倒

在没有任何外力的支撑下，一辆普通的自行车会顷刻之间倒在地上。

这是因为自行车受到的重力作用和车轮表面与地面的接触面积不成正比，如果车轮地表的接触面积足够大，那么除非有外力作用影响，否则它能够直立在表面。

自行车结构

比如，货车的车轮和地表的接触面积够大，即使单个轮胎，也能够直立，而自行车的车轮却很难做到。

如果将车轮改装为左右轮子的形式，固然能加大自行车和地表的接触面积，但还必须在前方加一个车轮，也就是我们常说的三轮车。

在自行车最早出现的时候，人们就是参照了马车的形式，做出了脚蹬的三轮车。

这样无疑能够维持自行车的稳定，但骑行起来却非常的费力。

而设计者将三轮改为两轮结构之后，经过反复尝试，惊讶地发现，即便如此也能够骑行。

自行车最初的样子

这是令人匪夷所思的事情，毕竟大家都不明白，平时放自行车都需要三脚架，但骑行起来却能够稳定来回穿梭。

很多人认为正是骑行给自行车的直立带来了稳定。

骑行带来的稳定

当人们骑行的速度越快，这种趋势也就更加明显，人们对自行车的把控便能轻松自如。

比如，我国上世纪的“二八大杠”，在骑行之前，往往需要助跑一段距离。

究其原因，是自行车在骑行的过程当中，与空气阻力、地面的摩擦力、重力达到了一种动态平衡的效果。

自行车骑行力的分析

此时空气阻力就像是自行车的“支架”，帮助它直立在路面。

然而，这样的说法有待商榷，毕竟自行车并不一定要在骑行的时候，才能保持平衡。

像马戏团的那些杂技表演者，他们能够在自行车静止的时候保持平稳，甚至还有钢丝骑行的说法，这都是非常奇特的。

如果大家觉得马戏团是在做假，那么我们民间也有很多骑行高手，他们都不需要任何支撑，仅凭一辆自行车，在不骑行的情况下保持平衡，甚至耍出许多杂技来。

杂技团自行车表演

此时，自行车受到的力只有重力和地面的摩擦力。

那么，是人体的质量加大了摩擦力让自行车保持了平衡吗？想要验证这个问题很简单。

只需要将一块同等质量的石头和人分别骑在自行车上进行对比，相信大家心中都有了结果。

显然，前者是无法让自行车保持平衡的，因此，摩擦力并不是影响的主要因素，也许它能够在其中发挥作用，但效果并不明显。

骑行者

陀螺效应

此时，相信大家都想到了和自行车一样，能够在特殊条件下保持不倒的物体。

它就是旋转中的陀螺，陀螺是典型的下窄上宽的物体，没有转动的时候，全程保持倾倒状态。

之所以它能够在转动时保持稳定，是因为重力作用的影响下，高速旋转的陀螺产生对支撑点的力矩，使其不会倒下，科学家将这种现象称为陀螺效应。

旋转的陀螺中力的分析

自行车的车轮在运动过程当中，转动的轮子在轴心产生了力矩，将本体稳定在其中。

为了验证这种说法的真实性，有的人便造出了能够抵消陀螺效应的自行车，结果发现，虽然骑上去比较吃力，但仍旧能够保持平衡。

可见，陀螺效应也并不是支撑自行车的主要因素。

前轮效应

1897年，法国科学院为了研究自行车能够保持直立的原因，还特意发布了悬赏通告，只要提供有用的线索和研究，就能够获得一笔不菲的资金。

自行车车轮受力分析

很快，全国都动员了起来，正所谓人多力量大，其中一个人便发现了前轮效应。

这个效应出现在自行车失去平衡之时，即将侧倒，它的前轮会往相同的方向偏转，而后轮则是往相反的方向调控。

如果此时再配合上人类所施加的力，调转前轮就能够将失去平衡的自行车给修正回来。

所以，控制自行车的前轮非常重要，只有凭借个人的感觉，对其施加不同的力，才能把控平衡。

自行车轮轴运转原理

这个说法是目前为止最可信的，骑过自行车的小伙伴都知道，一旦前轮失控，如果不能及时调整角度，很有可能“翻车”。

不过，生活中也不缺乏“高手”去打破这些科学的认知，比如不少人在小时候都爱做的——“放双把”骑车。

此时，人们没有利用自行车把头调控前轮的力，可仍旧能够保持稳定，同样是引人深思的。

有人猜测，在放双把之前，自行车的车身就已经保持了某种平衡状态，在速度波动不大，路面平缓的情况下，是能够在一定程度上保持平衡的。

危险动作请勿模仿

后来又有人提出，其实自行车能够稳定直立，是多种物理现象的集合，我们不能孤立地看待问题。

此外，人对自行车的操控也非常重要，越是熟练的人，就越能够掌握到自行车平衡的关键点，也就是人们所说的重心。

从世界上第一辆自行车的发明到现在已经过去了200多年，人们对此仍旧没有一个定论，相关研究可能还需要更多人的智慧。

在此之前，我们不妨了解一下自行车的发展历史，丰富自己的阅历。

自行车的历史

关于第一台自行车是谁发明的，历史学一直没有定论，有人说是1790年法国人西夫拉克所发明。

自行车的老祖宗

当时，西夫拉克走在雨后的街道上，行人众多，马车也密密麻麻，急速驶过的马车将水坑溅起，弄得行人怨声载道。

西夫拉克心中在想，可不可以发明一种更加简易的交通工具，既能够在密集的人群当中穿梭，又不会对行人造成影响？

经过不断的努力，第一台自行车便从他的手中诞生了。

有历史学家认为，西夫拉克的发明并不是真正意义上的自行车，它只不过是三轮马车的改版。

后来德莱斯按照前者的设计思路，发明出了两轮自行车，被不少历史学家认为是世界上第一辆自行车。

最初的自行车

50年后，英国的雷诺将钢丝横条改善了自行车的结构，使得它的车身大小得到改良，有了现代自行车的雏形。

随着自行车的不断完善，人们发现它是一个物美价廉的代步工具，越来越多的消费者对此青睐有加。

骑自行车强身健体

直到今天，自行车仍旧是我们出行的重要工具，为国人解决“最后一公里”烦恼。

参考资料

[1]、刘伟佳 吉林师范大学学报《陀螺效应对转子临界转速的影响》

[2]、炎黄春秋《中国自行车的早期历史》

[3]、伦敦科学博物馆《Caunter C. F. The History and Development of Cycles》