当前位置首页 > 信息公告

什么叫角动量守恒 世界上最高效的自行车,中国造的这么牛!

更新时间:2024-02-28 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

作为差评者,第一个想到的就是——自行车aWk物理好资源网(原物理ok网)

“你已经是一辆成熟的自行车了,当然可以自己骑了!”aWk物理好资源网(原物理ok网)

只要速度足够快,即使在岩石崎岖的山路上(是的,周围没有人),自行车也可以自由地前进。aWk物理好资源网(原物理ok网)

自行车可以说是人类有史以来发明的最高效、用途最广泛的人力交通工具,也是我们生活中最常见的交通工具之一。aWk物理好资源网(原物理ok网)

在荷兰,人均自行车保有量一度飙升至惊人的每100人109辆。 一种用于提购物篮,一种用于山区户外使用,一种用于母亲携带孩子。 如果一个人拥有几辆,那么合适的车就会比人还多。aWk物理好资源网(原物理ok网)

然而,你可能想不到的是“自行车如何保持平衡?”的问题。 至今仍是困扰科学界一个多世纪的“未解之谜”!aWk物理好资源网(原物理ok网)

要知道,自行车是法国人在18世纪末发明的。aWk物理好资源网(原物理ok网)

而这个堪称世界上第一辆自行车的东西,其实和“自行车”没有任何关系。aWk物理好资源网(原物理ok网)

它没有驱动装置,也没有踏板。 它看起来像一个有两个轮子的长凳。 它必须用脚在地面上“行走”才能带动它前进。 还想转? 好的什么叫角动量守恒,请先下来,扶住车体,然后改变方向。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

这样的设计看起来安全系数很低aWk物理好资源网(原物理ok网)

幸运的是,这种赋予整个屏幕原始感觉的设计在几年内得到了改进。aWk物理好资源网(原物理ok网)

1817年,德国护林员德莱斯发明了一种可以控制汽车方向的车把。aWk物理好资源网(原物理ok网)

虽然还是要人用脚来驱动,但至少不需要搬运和转动。aWk物理好资源网(原物理ok网)

1817 年自行车的复制品aWk物理好资源网(原物理ok网)

至于骑行是什么感觉——aWk物理好资源网(原物理ok网)

由于它完全是通过在地面上踩踏板来驱动的,所以人在上面移动的方式应该是这样的↓aWk物理好资源网(原物理ok网)

在随后的几十年里,自行车的设计被欧洲许多国家的人们不断改进,并一代又一代地演变。 在此期间,它一度变成了非常反人类的形状。 例如,以下版本的自行车让你想坐在上面。 ,简直比上马还难。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

骑自行车的难度曾经堪比杂耍aWk物理好资源网(原物理ok网)

最后,在1874年,它被英国人劳森改造成每个人都可以使用的标准形式。aWk物理好资源网(原物理ok网)

劳森发明了一种复杂的机械结构,我们现在称之为铰链。 利用铰链,前轮可以在后轮的传动下移动。 比马背还高的座椅终于有机会从一米多的直径展开。 仪表的前轮向上移动到更低更远的位置。aWk物理好资源网(原物理ok网)

看到这里,我想车友们或多或少已经意识到,自行车从一开始就不是根据严格的物理和数学理论公式设计的。aWk物理好资源网(原物理ok网)

它的诞生完全取决于人类的生活经历!aWk物理好资源网(原物理ok网)

然而,它的存在却是合理的。 自行车不仅已经存在了近两个世纪,而且还在不断“进化”。 现在他们不需要人力的帮助就可以维持自己的平衡。 如此神奇的现象必定有科学依据来解释。 酒吧?aWk物理好资源网(原物理ok网)

于是乎,科学家们开始回溯推导它的设计原理,结果发现,嗯? 这东西太玄学了,根本无法用现有的科学理论来解释!aWk物理好资源网(原物理ok网)

自19世纪末以来,科学界发表了各种解释自行车稳定性的论文。 最主流的观点之一是什么叫角动量守恒,自行车的平衡原理是“陀螺效应”。aWk物理好资源网(原物理ok网)

大家小时候肯定玩过上衣吧?aWk物理好资源网(原物理ok网)

高速旋转的陀螺无论遇到什么样的外界干扰,其平衡都很难被破坏。aWk物理好资源网(原物理ok网)

这是因为当物体快速旋转时,会产生一种叫做“角动量”的物理概念。aWk物理好资源网(原物理ok网)

我们以顶部为例。 当陀螺不旋转时,它会因重力而翻倒,但一旦开始高速旋转,它就会产生一个方向上唯一的角动量。aWk物理好资源网(原物理ok网)

下图中,红色箭头所指的方向就是旋转陀螺仪角动量的方向。aWk物理好资源网(原物理ok网)

使用右手定则确定角动量的方向aWk物理好资源网(原物理ok网)

角动量的方向一旦形成,就很难改变。 也就是说,如果它的方向是向上的,那么很难改成右上或者左上。aWk物理好资源网(原物理ok网)

角动量不是力,但它可以表达物体旋转时的状态。aWk物理好资源网(原物理ok网)

而这种角动量的效应有多强大,看看下面的GIF你就知道了。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

上图左下角的陀螺仪不旋转时,一松手它就掉下来了; 而当它高速旋转时,产生的角动量甚至可以让它克服重力的影响,在绳子上继续旋转。aWk物理好资源网(原物理ok网)

即使质量更大的轮胎也是一样的。aWk物理好资源网(原物理ok网)

此时,如果对这个高速旋转的物体施加外力,那么只有两种情况。 首先,物体会平移以保持角动量的方向; 其次,物体将被迫终止其正在进行的运动并直接“飞”出去。 。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

传教士们明白,这实际上就是这样。aWk物理好资源网(原物理ok网)

生活中有很多现象遵循“陀螺效应”,比如水上漂浮。 很多人之所以浮不起来,大多是因为石头的旋转速度不足以形成让它保持方向的角动量。aWk物理好资源网(原物理ok网)

当玩飞盘时,飞盘遵循这样的定律:从抛出飞盘的那一刻到落回到你手中的那一刻,角动量的方向保持不变。aWk物理好资源网(原物理ok网)

当然,自行车也是如此。 只要轮胎的转速足够高,无论车上是否有人,它们都会保持几乎恒定的方向前进。 (这就是为什么自行车突然转得越快越容易翻车的原因)aWk物理好资源网(原物理ok网)

这个理论是否足够完整,足以让你相信自行车的平衡原理是由于“陀螺效应”?aWk物理好资源网(原物理ok网)

说实话,差评人几乎完全信服了。 这一理论也长期主导了自行车研究界。 但到了1970年,一个叫琼斯的人突然跳出来说:这根本不是因为“陀螺仪”。 影响”!aWk物理好资源网(原物理ok网)

琼斯不仅这么说,他还设计了一辆没有陀螺效应的自行车,并进行了实验,并发表在名为《今日物理学》的杂志上!aWk物理好资源网(原物理ok网)

这辆定制自行车的特别之处在于它有一大一小两个前轮! 大前轮在小前轮的传动下会向不同的旋转方向转动。 也就是说,两个轮子的角动量完全相反,相互抵消。 所以,这款车理论上已经成功取消了“陀螺仪”。 影响”!aWk物理好资源网(原物理ok网)

奇迹般的是,汽车设法保持了平衡。 。 。 差评者感觉自己的人生观受到了影响。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

如果不是因为“陀螺效应”,那么自行车为什么能保持平衡呢?aWk物理好资源网(原物理ok网)

琼斯提出了一个新理论——“前轮尾流”理论。aWk物理好资源网(原物理ok网)

听起来相当先进。 简单来说,就是因为车轮轴线比汽车的方向盘更靠前。 当汽车翻倒时,汽车前部也会向同一方向倾斜。aWk物理好资源网(原物理ok网)

这意味着自行车行驶时,倾斜的自行车靠在自行车倾斜的前部,将重心变回到自行车重心的底部,以保持平衡。aWk物理好资源网(原物理ok网)

亲爱的朋友们,请仔细考虑一下。 骑自行车时,如果自行车即将向左倒下,你会本能地将车头向左转动以保持平衡吗?aWk物理好资源网(原物理ok网)

这个理论看起来很有道理,看了差评你就差点信了。aWk物理好资源网(原物理ok网)

但2011年,又有人跳出来,做出了一辆挑战极限的终极自行车——它不仅挑战了“陀螺效应”,还推翻了“前轮尾流”理论。aWk物理好资源网(原物理ok网)

这辆自行车有两点特别之处:它有四个轮子; 同时,前轮的轴比车把更靠后!aWk物理好资源网(原物理ok网)

前轮和后轮分别由两个轮子组成,这两个轮子的旋转方向相反,也就是说前后轮的角动量是抵消的。aWk物理好资源网(原物理ok网)

红色箭头表示角动量的方向aWk物理好资源网(原物理ok网)

车把比前轮更靠后,这意味着依靠“前轮拖迹”来改变自行车重心并保持自行车平衡的理论不再成立。aWk物理好资源网(原物理ok网)

问题是,这辆车真的能在不依靠人体控制的情况下保持平衡吗?aWk物理好资源网(原物理ok网)

答案是:当然。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

据说,看过的科学家都哭了。 。 。 此后,直到今天,还没有人找到自行车平衡原理的完美解释。aWk物理好资源网(原物理ok网)

或许看到这里你可能想问,为什么科学家要和自行车费劲呢?aWk物理好资源网(原物理ok网)

因为这正是他们毕生努力的意义:探索世界的真相,发现世界运转的真相。aWk物理好资源网(原物理ok网)

至此,我们几百年来已经非常成功了。 从宇宙的运行到微观粒子,科学家都能找到合理的解释。aWk物理好资源网(原物理ok网)

但当他们低下头,盯着自己从家到实验室通勤所用的自行车时,却发现自己连这么简单的事情都不懂。 对他们来说,这就像一张平坦的白纸上的强迫症。 就像发现一条不均匀的折痕一样,令人不舒服。 。 。aWk物理好资源网(原物理ok网)

而也正是因为科学家们这种永远比较每一块钱、自上而下寻找的精神,我们的科技才能不断突破,新的想法永远都是新的,不是吗?aWk物理好资源网(原物理ok网)

也许自行车之所以能保持平衡的真正原因在于竞争精神!aWk物理好资源网(原物理ok网)

发表评论

统计代码放这里