当摩托车在路上转弯时,车把会转动吗?
摩托车和自行车不同于3轮和4轮的交通工具,它们的平衡是基于它们向一侧倾斜的能力,这样重力和离心力(以及与此相关的任何其他力)所产生的力会落在车轮之间,沿着连接两个轮子接触地面的补丁的理想路线(如果只有一个轮子接触地面,那么很明显,所有作用在摩托车上的力的结果必然会落在补丁上-让我们把这个情况留到另一个讨论)。
由于摩托车的重量并不取决于它的速度或转弯半径,但离心力却取决于它的速度或转弯半径,因此保证稳定性的倾斜角度必须随着速度的增加和转弯半径的减小而增加。它实际上与速度的平方成正比,所以速度加倍,离心力就会增加四倍。这意味着在高速转弯时,自行车和骑摩托车的人都必须倾斜很多,每个摩托车手都知道这一点。
在平坦的地面上,在没有车轮打滑的理想情况下,只有当车辆沿着一条直线行驶时,自行车的两个轮子的轴才会平行。在转弯处,从车轴到转弯处内侧的理想线条会在自行车行驶时的圆心处相交。这意味着前轮必须控制,越紧的角落。
所以,总结一下,自行车转向和倾斜。没有别的办法能让它转弯处。方向盘的几何形状是这样设计的当它倾斜时,它就转向,当它转向时,它就倾斜。你可以很容易地测试第一种效果,通过推一辆平衡良好的自行车,握住它的鞍:如果你倾斜它,你会看到它会朝着正确的方向转弯。
但所有的摩托车手都经历过,在低速时方向盘的角度可以被清晰的感知,而在高速时则很难被注意到。为什么?一个原因是显而易见的:在低速时,你可以做非常紧的转弯,而当速度增加一点点时,你几乎无法摔跤。但还有另一个更微妙的原因。自行车是倾斜时,理想的线从轮子轴向延伸的中心圈,将继续在地面以下,而旋转的中心是在地面(再次:这是一个理想的情况,我用解释事情。现实要复杂得多但一旦你掌握这个简单的理想情况下,你就会明白所有的其他情况),那么这两条直线,将在另一个理想的线,开始从地面旋转的中心,并向下地下,垂直于这个平面旋转圆所在。你还在跟踪我吗?
想象一下,自行车被绑在一个旋转木马上,旋转木马绕着它自己的轴旋转,当自行车倾斜和转向时,两个轮轴理想地沿着旋转木马的轴在某处相遇。但旋转车轮和轴之间的距离变得更大:自行车轮子转两个不同半径(前轮转弯比后轮大一点),每一条腿(或中直线)的两个直角三角形的轮轴的扩展是斜边,和一个直角三角形的斜边总是超过任何catheti !所以,速度越高,倾斜度越大,方向盘就越小,以至于两个轮子看起来是平行的。
现在关于反转向操纵,已经在几个答案中提到:摩托车或自行车是稳定的,保持直立,尽管没有一个“稳定周长”,由于“陀螺旋转轴的持久性”的影响。
这是一个相当复杂的解释,但基本上它仍然是许多动量守恒定律之一,这些定律在物理书籍中是充满的。自行车的轮子是两个陀螺仪,一旦它们转动起来,它们就会反对轴位置的任何改变。这就是旋转器保持直立的原因,同样的原因,陀螺仪被安装在弹道火箭中。
但如果轮轴不喜欢被移动,它就不会想要控制。这就是反向操控来帮助和陀螺仪的另一个借口解释发生了什么:如果你刺激的轴陀螺仪朝一个方向通过应用一个力,陀螺仪将通过移动反应其轴在90°力的方向。
如果你右转,前轮会试图向左倾斜,拖着整个自行车。你只需要做一个瞬间,让自行车倾斜,而不是在整个转弯的过程中:一旦自行车倾斜,它将再次稳定在新的位置,而不是东北角。