
至今为止人类都有哪些被认为“成熟”的发明呢?让我想到的就是自行车!
“你已经是一辆成熟的自行车了,当然可以自己骑自己了!”即使面对崎岖不平、布满石头的山间小路,自行车也能凭借其高速运动,如行云流水般自如前行。无疑,自行车已成为人类最高效、最万能的人力驱动交通工具之一,也是日常生活中最常见的交通工具之一。
在荷兰,自行车的普及程度一度达到了惊人的地步,每100人拥有109辆自行车。这些自行车有各种各样的用途,有带菜篮子购物的,有户外山地越野的,还有专为妈妈设计的载孩子的自行车。一人拥有几辆自行车的情况屡见不鲜。
令人惊讶的是,关于自行车如何保持平衡这个问题,至今仍然是一个困扰科学界一个多世纪的“未解之谜”!尽管自行车在18世纪末就已经被发明出来,但其起源设计却与“自行”毫无关系。最初的自行车没有驱动装置和脚踏板,只能依靠脚在地上“行走”来带动它前进。转向?那需要先下来,搬动车体再转向……这样的设计看上去安全性不高。
幸运的是,这种原始的设计很快得到了改进。在19世纪早期,德国森林管理员德莱斯发明出了可以控制车子方向的车把子,虽然还需要人脚蹬地来驱动,但已经不需要再费力搬动转向。接下来的几十年里,自行车的设计经过多次改进,逐渐演变成为我们现在所熟知的模样。
自行车的诞生并非基于缜密的物理学、数学理论设计,而是完全依靠人类的生活经验。尽管如此,自行车不仅存在了近两个世纪,而且不断“进化”,现在已经可以不需要人力而自行保持平衡。这一神奇的现象引起了科学家的关注,他们开始探究其科学依据。
科学家们尝试倒推自行车的设计原理,却惊讶地发现无法用现有的科学理论来解释。从19世纪末开始,科学界提出了各种理论来解释自行车的稳定性。其中,“陀螺效应”是最主流的观点。陀螺效应是指物体在快速旋转状态下,会产生一种难以改变平衡的角动量。就像是小时候玩的陀螺,一旦旋转起来,就很难让它改变方向。
自行车的高速旋转轮胎也会产生类似的角动量,使得自行车能够保持一个恒定的方向前进。在1970年,琼斯提出了不同的看法。他设计了一辆特制自行车,这辆车的特点是有一大一小两个前轮,他们的角动量完全相反并相互抵消。尽管没有陀螺效应,这辆自行车依然能保持平衡。琼斯提出了一个新的理论——“前轮尾迹”理论,这个理论认为自行车在倾倒时,车头会朝同一方向歪掉,从而改变重心并维持平衡。然而这个理论也受到了挑战,有人设计出了一种自行车不仅抵消了角动量也改变了车把的位置。但这辆自行车依然可以保持平衡这不得不让科学家们继续探寻真正的原因。
科学家们之所以坚持探寻自行车的平衡原理这正是他们毕生努力的意义所在——探索这个世界的真相找到这个世界运转的真相。从宇宙运行到微观粒子科学家们都能找到合理的解释正是这样的精神让我们的科技不断被突破常议常新不是吗?那么青们对于自行车保持平衡的真正原因找到答案了吗?
