它的诞生 ， 完全是人类生活经验的产物 。
不过存在即合理 ， 自行车不仅存在了快两个世纪 ， 而且还不断 “ 进化 ” ， 甚至可以不借助人力自己保持平衡了 ， 如此神奇的现象 ， 肯定应该有个能用来解释它的科学依据吧？
于是乎 ， 科学家们开始倒回去反推它的设计原理 ， 结果发现 ， 诶？这玩意儿玄学了 ， 居然没法儿用现有的科学理论去解释！

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1869 年英国著名的力学家、工程师兰金( William John Macquorn Rankine )发表了一篇题为《自行车运动的动力学原理》( On the dynamical principles of the motion of veloci-pedes ）的文章 ， 这也是最早讨论自行车平衡问题的论文 。
1899 年 ， 英国数学家惠普尔建立了一个由车体质量、车轮半径、转向角度等等 25 种复杂参数组成的模型 ，来研究不同参数对平衡性的影响 。
1910 年 ， 在惠普尔的数据之上 ， 德国物理学家索墨菲和数学家克莱因提出了 “ 陀螺效应 ” ， 这个理论也被公认为是自行车保持平衡的奥秘 。
( PS : 以下讨论的稳定都是 “ 自稳定 ” ， 也就是指无人操作状态下自行车的稳定性 ）
陀螺效应和角动量守恒
那啥是陀螺效应呢？
陀螺效应有两个特点 ，一是定轴性 ， 二是进动性 。

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举个例子来说 ， 大家小时候应该都玩过陀螺吧 ， 玩过的同学可能会发现 ， 旋转的陀螺 ， 状态非常稳定 ， 就算遇到外力干涉 ， 它的平衡都很难被破坏掉 。
这是因为高速旋转的物体 ， 会产生一个叫做 “ 角动量 ” 的物理概念 。 学过初中物理的都知道 ， 力乘以力臂叫 “ 力矩 ” ， 所以动量乘以动量臂就叫动量矩 ， 也就是角动量 。

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或者你可以把它简单理解成是旋转的状态 。
我们还拿陀螺举例 ， 当陀螺静止的时候 ， 他不可能直立保持平衡 ， 但高速旋转的时候 ， 就会产生一个方向的角动量 。 我们可以用右手定则来判断角动量的方向 。
此时陀螺的角动量方向就是垂直向上 。 而角动量的方向一旦形成 ， 就极难改变 ， 所以陀螺就保持平衡了 。
这就是陀螺效应的定轴性 。
但你会发现 ， 陀螺除了 “ 自转 ” 以外 ， 还会出现围绕垂直轴而形成的 “ 公转 ” ， 这个状态 ， 就叫作陀螺进动 。
科普团队真理元素曾经做过实验 ， 把几十斤重的铁饼 ， 固定一端 ， 在高速旋转的状态下 ， 这个装置完全能战胜重力 ， 给人一种不合常理的感受 ， 就像有人拉着另外一端似的悬在半空 。
如果把它换成质量更轻的自行车车轮 ， 那就更不在话下了 。
而此时 ， 如果对这个高速旋转的物体施加外力 ， 会有两种情况 ，
一：物体会为了保持角动量的方向而产生平移；
二：物体会被迫终止正在进行的运动 ， 直接 “ 飞 ” 出去 。
我们再回到自行车上 。
因为车轮转动的方向是不变的 ， 它的角动量方向也会一直指向侧边 ， 而当轮胎的旋转速度足够快的时候 ， 不管车上有没有人操控 ， 它们都会保持一个几乎恒定的方向前进 ， 即使是出现倾斜 ， 车体也不会随便改变方向 ， 而是发生平移 。

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