骑自行车时人是如何保持自行车平衡的?

来源:百度知道 编辑:UC知道 时间:2024/05/16 20:15:24

运动中的“人-车”系统具有一定的速度,“摔倒”在物理上是“人-车”系统的运动速度改变方向,而速度方向的改变必须有一个系统外的加速度,由于在骑车的过程我们找不到这样的一个加速度,所以系统的速度方向不会变化。所以不会摔倒。至于微小的震动在下文分析。

接着下来的问题是,这个“人-车”系统的平衡是如何实现的?

其实,人扶着自行车的时候,这个系统已经是平衡的了(假设匀速行走)——人车的重力、支持力、摩擦力、空气阻力的合力为零。车由扶着推着变成行走,对于整个人车系统来说只是由速度较小的匀速运动连续过度到速度较大的匀速运动而已(期间的变力的加速度由人的姿势和不断变化的阻力和摩擦力所抵消而实现保持平衡)。至于上车前后的摇摆,只是人通过调整姿势来调整整个系统的质量分布来实现新的平衡,也就是消除支撑点变化所带来的不稳定。

严格来说,人的走路是一个重心不断变化的近似匀速的变速运动——我在此定义为“微变速运动”。
人推车时也是一个“微变速运动”。
骑车的时候,人车系统也是一种加速度很小的“微变速运动”,严格说来,人车系统不是处在平衡状态,而是加速度很小且不断变化的大致上的“平衡”状态。

在上车前后,人车系统的加速度相对比较大(其实也不大),人和车各自的质量分布在较“剧烈”地变动,但整个人车系统是保持“微变速”平衡的。

运动中如果有一些小震动,人可以通过调整姿势来实现新的平衡。在高速转弯的时候,人和车都是倾斜。

另外,自行车与地面是两个小面接触,不是点接触。

自行车的平衡首先来自于骑车人腰部的肌肉。熟练的骑车人,其身体形成自动的条件反射,当自行车稍微倾斜倒下时,人的身体会感受到,腰部肌肉会自动动作,把身体拉向另一侧,形成的反向力矩促使车身抬起。我们学习骑自行车,也就是训练身体的肌肉完成这种条件反射,而一旦学会,这个控制回路就保持在小脑中,随时可以启用,许多年也不会忘记。
  
  但是高速骑车时,会感觉车子比刚刚起步的时候稳定,这又是为什么呢?
  
  自行车本身的平衡机制,来自于前叉后倾。我们可以观察到,几乎每辆自行车的车把轴,都不是与地面完全垂直,而是后倾的。由于