自行車是人類最傑出的發明之一
自行車
自行車在全世界得到廣泛應用已有近200年的歷史，它比全世界的汽車加在一起還要多一倍，騎自行車比步行要省力的多，去相同的一個地方，步行比騎自行車要多費3倍的體力，速度比自行車也慢了N倍。而且自行車還能載重100公斤左右的貨物。
自行車作為主力交通工具陪伴著中國發展前行已有幾十年的時間，但隨著時代的發展，交通主力逐漸轉變為汽車為主，現如今的自行車已經淪為鍛鍊身體的一種體育器械了。
在100多年前，法國科學院曾經懸賞徵求對“行進中的自行車為什麼不會倒下”的最佳解答，但當時的所有解答都未被眾人所公認，至今在各國的學術刊物上還不時出現相關的新論文，但都沒有一個既簡明又易懂的科學解答。
1970年美國有一位研究光譜學的化學家瓊斯發表在《今日物理》上的一篇論文早已指出，自行車的前輪 可以利用離心力來帶動車輛自駕的功能，但是他的解答用到的微積分方程式和自行車前部的位能理論過於高深，且晦澀難懂，所以並未引起人們的重視。
行進中的自行車不會倒這個問題就如同哥德巴赫猜想一樣，引無數人為之著迷，至今得到了很多不同的解答，但都不能一語中的。
錯誤說法1，車輪的陀螺定軸效應使得行進中的自行車不倒
陀螺是依靠在高速旋轉時產生的定軸力而不會倒下，因此有人說自行車的車輪在旋轉時產生了定軸力所以不會倒下，雖然聽著是有些道理，但是陀螺是由於高速旋轉時產生的定軸力大到足夠維持它不會倒下，而自行車的車輪既輕便 又轉的慢（低速時每秒2轉，時速16公里），產生的定軸力一定不夠維持行進中自行車不會倒下。但實際情況是自行車在低速時還是不會倒下，所以這個解答不符合。
在1970年和2007年，國外出現過兩篇論文，他們在一輛實驗用的自行車上裝了一套能抵消車輪陀螺效應的特殊裝置，結果表明，那輛自行車不依靠陀螺定軸效應也不會倒。
遺憾的是國內外的科普書上仍把行進中的自行車不會倒的原因說成是自行車有陀螺效應。
錯誤說法2，騎車人擺動上身能使行進中的自行車不倒
擺動上身的騎行者
騎過自行車的人知道，在騎行中並不需要一直大幅擺動上身去平衡車輛，自行車依靠慣性可以滑行很遠的距離，這時我們只需要控制車把方向就可以前行。
只有在車速極慢時，騎車人通過大幅擺動身體才會對自行車起到平衡的作用，但在大多數的情況下自行車並不是靠人擺動身體才保持平衡不倒的。
例如把車把固定住不讓它轉動，這時讓人騎行自行車，不論怎麼擺動身體也不會長時間保持自行車平衡不倒的。所以這個解答也不對。
錯誤說法3，自行車輪胎和地面的接觸面寬度能防止自行車有傾倒的趨勢
自行車輪胎和地面的接觸面在車輛傾倒角度很小時，能起到明顯的穩定作用，但是在車輛傾倒角度較大時就不能起到平衡自行車的作用。
寬胎自行車
2011年在《科學》期刊上的一篇關於自行車為什麼不倒的論文中提到，他們自制的小輪（直徑20釐米）自行車，不需要陀螺效應，在前輪轉向軸傾斜時自行車也不會倒下。
這是因為他們的小車輪做的很寬，車上沒有負荷，且重心很低，即使這輛自行車停住也並不會倒下。所以這種解答也是不對的。
錯誤說法4，自行車的前輪左右轉動能防止傾倒
這個說法就和說法2有些類似，就是自行車並不是靠外力連續的反向作用而保持平衡不倒的。
自行車在轉動車把後，車輪的運動方向會隨之改變，這時車輪靠轉速產生的離心力會起到一些穩定作用，但擺動前輪並不是讓自行車不倒的主要原因。
正確說法：自行車的慣性（離心力）是行進中的自行車不倒的原因
這裡要引入牛頓力學第一定律：一切物體在沒有受到外力影響時，總能保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。
自行車轉向時的離心力
上圖中自行車向左轉動前輪，從而使自行車開始作一個圓弧運動。凡是作圓弧運動的物體，必然會產生一個離心力，這個離心力的大小可以用公式來計算。
T=mv²/r
T為離心力，m為物體的質量，v為速度，r為圓弧的曲率半徑，
這個公式表面了，離心力T的大小與質量和速度v的平方成正比，和圓弧的曲率半徑r成反比。
通過定量計算我們就可知：把自行車行進時的中速和低俗的定量帶入公式後，得出了行進中的自行車總能產生足以糾正傾倒的離心力。所以這個解答就是行進中的自行車為什麼不倒的簡明的力學計算公式。
閱讀更多 涅槃行者 的文章
