世纪未解之谜:自行车是怎么保持平衡的?( 四 )


但这篇论文并不是完全否定了前人的研究 , 相反 , 他们认为陀螺效应和前轮尾迹的理论非常重要 , 因为他们发现 , 其实自行车保持平衡的秘密早就被我们掌握了 。
还记得 1899 年英国数学家惠普尔(Whipple)建立的模型吗?这个模型由二十五个复杂参数组成 , 并涉及到两个二阶微分方程 , 而这些方程的解表明 , 在受到微小扰动后 , 自行车的倾倒趋势会随时间而衰减 , 直至直立向前行驶 。
用人话说就是 ,如果自行车要倾倒 , 就一定会发生转向 , 而有了这个转向就会使车子重新回正 。
所以他的研究就已经解释了自行车为啥不会倒 。 而 “ 陀螺效应 ” 和 “ 前轮尾迹 ” 理论其实是在解决为什么自行车倾倒后会发生转向的问题 。
世纪未解之谜:自行车是怎么保持平衡的?
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除此之外 , 有无数其他参数都可能会对稳定性造成影响 。
比如自旋动量 , 车把的倾斜 , 质心位置 , 前后组件的惯性等等 。 用五位作者的话说: 自稳定的一个简单必要条件是 , 必须存在至少一个倾斜导致转向的因素 。
也就是说 , " 陀螺效应 " 和 " 前轮尾迹 " 并没有错 , 他们都是自行车稳定中的充分不必要条件 。 而这 5 位学者的研究又给为其增加了新的充分不必要条件 , 即车身质量分布 。
所以!自行车保持平衡并不是一个所谓的 “ 未解之谜 ” , 只是在科学家们的研究下 , 这个问题经过了三次迭代 , 一次比一次完整 , 一次比一次理解深刻 。
现在已经有自动程序可以模拟自行车的平衡状况 , 大家可以通过调整不同参数来研究对自行车平衡性的影响 。 (JBike6)
未来 , 说不定科学家们还会发现自行车保持平衡的新条件 。
最后
看到这里 , 可能有同学想问了 ,科学家为啥非得和自行车过不去呢?
其实一开始我看到这个问题的时候也有这样的想法 , 大家已经可以轻松驾驭自行车了 , 你还在研究为啥自行车不会倒 , 岂不是没什么实用价值 。
世纪未解之谜:自行车是怎么保持平衡的?
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但仔细想想 , 人类已经上至寰宇 , 下至深海 , 在科学上到达了前所未有的高度 , 但低下头来 , 连自己脚下的自行车都没有搞明白 , 这对于 “ 一事不知 , 深以为耻 ” 的科学家们来说 , 简直比强迫症发作还难受 。
如果所有人只停留在 " 这不已经能用了 , 何必再深究 " 这个层面 , 人类科学是不会前进的 , 无数的科技成果 , 也都来自于看似无用的科学研究 。
法拉第用圆盘发电机来展示电磁感应原理时 , 曾被一位观众 , “ 这东西有什么用呢?”而法拉第回答:“ 一个刚刚出生的婴儿有什么作用呢?”
我们今天回头来看 , 可能会嘲笑那个观众无知 , 因为我们知道电磁感应是非常有用的 , 它是交流电的基础 。 可在当时并没有人知道 , 连法拉第也不知道 。
牛顿研究万有引力也不是为了造出飞机飞船 , 而是对自然规律的探索 。 正是有了这样的科学基础 , 无数后人才能将科学理论转化成现实世界的应用 。
科学是抽象的 , 它从不负责有用 , 只负责求真 。
探索并找到这个世界的真相 , 才是科学家们毕生努力的意义 。
撰文:杨子 视频制作:B站差评君 美编:焕妍
图片、资料来源:
THE STABILITY OF THE BICYCLE —— David E. H. Jones
The Dynamics of the Accelerating Bicycle —— David J. N. Limebeer and Amrit Sharma
A bicycle can be self-stable without gyroscopic or caster effects —— J. D. G. Kooijman , J. P. Meijaard , Jim M. Papadopoulos , Andy Ruina , A. L. Schwab

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