時光狠短暫
如果要問，迄今為止人類有過哪些 “ 成熟 ” 的發明。
差評君，第一個想到的就是 —— 自行車！
“ 你已經是輛成熟的自行車了，當然可以自己騎自己了！”
只要速度夠快，哪怕是在佈滿了石頭崎嶇不平的山間小路上，自行車也可以自如前行（ 對，在無人的情況下 ）。
自行車可以說是人類發明過的最高效、萬能的人力驅動交通工具了，也是我們生活中最常見的一種交通工具之一。
在荷蘭，自行車的人均保有量曾一度飆到每 100 人就有 109 輛自行車的驚人數量。帶菜籃子購物用的，戶外對付山地用的，可以載孩子給媽媽專用的，一個人備上好幾輛，妥妥的車比人多。
不過差友們可能想不到的是，“ 自行車到底是怎麼保持平衡的 ”這個問題，至今仍然是個困擾科學界一個多世紀的“ 未解之謎 ”！
要知道， 自行車在 18 世紀末就已經被法國人發明出來了。
而這個可以稱得上是世界上第一輛自行車的玩意兒，其實跟 “ 自行 ” 沒有半毛錢關係。
它沒有驅動裝置，沒有腳踏板，看上去就是個長了兩個輪子的長條板凳，得靠腳在地上 “ 行走 ” 才能帶動它前進，而想轉向？好，人先給我下來，抱著車體再換方向吧。。。
這設計瞅著安全係數有點低
還好這個讓整個屏幕都透露出原始氣息的設計，沒過幾年就得到了改良。
在 1817 年，來自德國的森林管理員德萊斯發明出了可以控制車子方向的車把子。
雖然還是得靠人腳蹬地來驅動，但好歹，不用搬運轉向了。
1817 年自行車的復刻版
至於它騎起來是什麼樣子 ——
既然是靠全靠雙腳蹬地驅動，人在上面動起來的樣子，應該差不多是這樣的吧 ↓
接下來的幾十年的時間裡，自行車的設計經過了歐洲多個國家的人不斷改進，代代演變，期間一度變成了非常反人類的造型，比如，下面這個版本的自行車，想坐上去，簡直比翻上馬背還難。。。
自行車的駕馭難度，曾一度和雜耍齊飛
終於在 1874 年的時候被一個英國人勞森改造出了人人都可以使用的正常模樣。
勞森發明了一種精密的機械結構，也就是我們現在所說的鉸鏈，利用鉸鏈，前輪可以在後輪的傳動下運動，比馬背還高的座椅也終於有機會從直徑超過一米的前輪上移向更低更靠後的位置。
看到這裡，估計差友們也多多少少體會到了，自行車，從一開始就不是依託縝密的物理學、數學理論公式設計出來的。
它的誕生，完全依靠人類的生活經驗！
不過存在即合理，自行車不僅存在了快兩個世紀，而且還不斷 “ 進化 ”，到現在已經可以不借助人力自己保持平衡了，如此神奇的現象，肯定應該有個能用來解釋它的科學依據吧？
於是乎，科學家們開始倒回去反推它的設計原理，結果發現，誒？這玩意兒玄學了，居然沒法兒用現有的科學理論去解釋！
從 19 世紀末開始，科學界就已經發布了各種論文來解釋自行車的穩定性。其中最主流的一種觀點認為，自行車的平衡原理是 “ 陀螺效應 ” 。
差友們小時候應該都玩過陀螺吧？
高速旋轉狀態下的陀螺，不管遇到怎樣的外力干涉，它的平衡都很難被破壞掉。
這是因為物體在快速旋轉狀態下，會產生一種叫做 “ 角動量 ”的物理概念。
還是拿陀螺來舉例子。當陀螺不轉動時，它會因為重力倒下，但一旦它開始高速旋轉，就會產生一個方向唯一的角動量。
在下面這張圖中，紅色箭頭所指的方向就是旋轉中陀螺角動量的方向。
用右手定則判定角動量方向
角動量方向一旦形成，就非常難以改變，也就是說如果它的方向是向上的，那就很難把它改變成朝向右上，或者左上。
角動量不是一種力，但它可以表達物體旋轉時的狀態。
而角動量的這一作用有多強大，看下面這張 GIF 你就知道了。。。
上圖左下角的陀螺儀沒有旋轉時，一鬆手就掉了；而當它高速旋轉時，產生的角動量甚至能讓它戰勝重力的影響，繼續掛在繩子上旋轉。
哪怕是質量更大的輪胎也一樣。
而此時，如果對這個高速旋轉的物體施加外力，只有兩種情況，一，物體會為了保持角動量的方向而產生平移；二，物體會被迫終止正在進行的運動，直接 “ 飛 ” 出去。。。
差友們理解到這裡其實就差不多了。
生活中有很多現象都遵循 “ 陀螺效應 ”，比如打水漂，很多人打水漂失敗的原因，多半是因為石頭的旋轉速度還不足以形成讓它保持方向的角動量。
以及玩兒飛盤，飛盤從被扔出去到落回到你的手裡，過程中一直遵循角動量方向不變的規律。
自行車當然也一樣了，只要輪胎的旋轉速度足夠高，不管車上是否有人操控，它們都會保持一個幾乎恆定的方向平移前進，（ 這也是為什麼，速度越快的自行車突然轉向，越容易翻車 ）
這套理論是不是足夠完整，足以說服你 —— 自行車的平衡原理就是因為 “ 陀螺效應 ” 了呢？
實不相瞞，差評君也差不多完全被說服了，這套理論也主導了自行車研究界好長一段時間，但在 1970 年，突然有個叫瓊斯的人突然跳出來說： 根本不是因為 “ 陀螺效應 ”！
瓊斯不僅說了，還設計出了一個不帶陀螺效應的自行車，做了實驗發佈在了一本叫 《 今日物理 》 雜誌上！
這輛特製自行車特別之處在於它有一大一小兩個前輪！大前輪在小前輪的傳動下，會以不同的旋轉方向轉動，也就是說這兩個輪子的角動量是完全相反的，並且相互抵消，所以這輛車成功在理論上消除了 “ 陀螺效應 ”！
可神奇的是，這輛車也能成功保持平衡。。。差評君感覺三觀受到了衝擊。。。
如果不是因為 “ 陀螺效應 ”，那自行車又是因為什麼才能保持平衡的呢？
瓊斯提出了一個新理論 —— “ 前輪尾跡 ”理論。
聽上去倒是挺高級的，簡單來說就是因為車輪軸心比車的方向把更靠前， 當車傾倒時，車頭也會朝同一個方向歪掉。
這就意味著在自行車行進的時候，傾倒的自行車靠著歪掉的車頭，把重心改回到了自行車重心的下方，得以保持平衡。
差友們仔細回想一下，騎車的時候，如果車就要朝著左邊倒了，是不是本能地會把車頭把向左邊，來維持平衡？
這套理論看上去也很有道理，看得差評君又幾乎信了。
可在 2011 年，又有人跳出來，做出了一個挑戰極限的終極版自行車 —— 它不僅挑戰了 “ 陀螺效應 ”，同時也推翻了 “ 前輪尾跡 ” 理論。
這輛自行車的特別之處有兩點：它有四個輪子；同時前輪的軸心比車把靠後！
前輪、後輪分別由兩個輪子組成，而這兩個輪子的旋轉方向是相反的，也就是說前後輪的角動量都被抵消了。
紅色箭頭表示角動量的方向
而車把比前輪靠後，意味著靠 “ 前輪尾跡 ” 改變車體重心，保持自行車平衡的理論也站不住腳跟了。
問題來了，這輛車真的還可以不靠人體掌控，自己保持平衡嗎？
答案是：當然可以。。。
據說，看了的科學家都哭了。。。而在此之後，直到今天，依然沒有人找出能完美解釋自行車保持平衡的原理。
可能看到這裡，差友們想問了，科學家為啥非得和自行車過不去呢？
因為這正是他們畢生努力的意義所在啊：探索這個世界的真相，找到這個世界運轉的真相。
在這一點上，幾百年來我們都做得很成功，從宇宙運行到微觀粒子，科學家都能找到合理的解釋。
但低下頭，盯著自己從家裡騎到實驗室通勤用的自行車，發現自己竟然連這麼個簡單玩意兒都沒弄懂，這對他們來說簡直就像強迫症在一張平整的白紙上發現了一條抹不平的摺痕一樣，難受啊。。。
而也正是因為科學家們這樣錙銖必較、上下求索的精神，我們的科技才得以不斷被突破，常議常新，不是嗎？
也許自行車保持平衡的真正原因，就藏在競技精神裡吧！
差評
我來說幾句。
自行車的平衡主要是要做到左右平衡即可，因為前後各有一個輪子，有兩個支點，自然不太可能前後翻倒。
而左右平衡是怎麼做到的呢？
如果自行車不向前開，一般人原地是很難平衡的，只有受過特殊訓練的雜技演員才能做到。
所以，自行車為何平衡本質上的問題就是，為何前進的自行車不會倒。
實際上騎自行車的人會發現，騎行時，會不斷的向左前方和右前方晃動，就是說，騎行的過程就是人通過動作的調節，讓左右晃動的力轉化為向前的力，從而達到了平衡。
可能很多人還是不是太明白。簡單的說，就是，騎行的人右腳向右蹬時，力朝向右前方，身體會向右傾斜，與此同時為保持平衡，會立即向左蹬腳，從而抵消了向右的斜力並使力向左，然後就右蹬腳，形成循環。
如果還是不明白，我再簡單的說，騎行就是不斷向左斜前方和右斜前方交替用力，從而達到了左右的平衡和向前進的力。學過高中力的合成與分解的話，應該看得懂。
暴雪皇帝
要問今年最火的是什麼，相信不少人都會回答是共享單車。儘管“小黃”、“小藍”們擠佔了公共空間、影響了交通秩序，卻也著實方便了人們最後一公里的出行，以至於有人將共享單車與網購、高鐵、支付寶一起稱為“新四大發明”。
共享單車倡導綠色出行，給人們的生活帶來了便利
自行車，是我們十分熟悉的代步工具，不過，一個“簡單”的問題是，行進中的自行車為啥能保持平衡而不傾倒呢？
關於陀螺效應的聲音
技術上的革新往往需要理論上的突破作為支撐，可自行車卻是個例外，人們先發明瞭它，然後才研究它的運動原理。
鏈條傳動的自行車誕生至今已有一百多年，科學家們對其行進中的穩定性問題也研究了一百多年，然而，看似簡單的問題卻包含極為複雜的力學原理，如今仍無人能清晰完整地解答自行車憑啥可以成為“不倒翁”。
20世紀初的自行車
雖然誰也說不清，但還是有一些頗有影響力的解釋，其中最流行的觀點是陀螺效應。
啥是陀螺效應呢？顧名思義，它和陀螺有關。玩過陀螺的小夥伴都知道，當陀螺高速旋轉後，其自轉軸的空間指向將一直保持不變，如果你試圖用手去改變自轉軸的指向，會發現非常困難，這就是陀螺的定軸性。
此外，我們還會看到，在離心力與重力的作用下，陀螺並不會傾倒，而是自轉軸繞著某一旋轉軸轉動，這就是陀螺的進動性。
由此看來，如果聯想到地球的自轉與公轉，我們會發現一個有趣的現象：我們本身就生活在一個巨大的“陀螺”上！
利用陀螺效應，人們發明了陀螺地平儀、陀螺半羅盤等儀表設備，可以方便地測出輪船的航向與飛機的姿態角。
早期的科學家在對自行車進行一番力學分析後認為，正是自行車前輪的陀螺效應使它維持了穩定，當自行車前輪有向左或向右傾倒的趨勢時，我們通過操縱把手給前輪施加一個力矩，前輪便因此由傾斜向直立方向運動。
自行車前輪的陀螺效應
陀螺效應的解釋很符合我們的直觀感受，小夥伴們也可以在國內外諸多科普書籍中找到它的身影。
可是，我們在路上常看到有些“牛人”騎車不握把手，這說明在不操縱前輪的情況下，自行車也能穩定行進，這又怎麼解釋呢？
大撒把雖酷，卻很危險
1970年，一位名叫大衛·瓊斯（David E.H. Jones）的英國科學家對陀螺效應的解釋產生了質疑。
為此，他在自行車前輪邊上平行安裝了一個不和地面接觸、旋轉速度與前輪相同的車輪。當附加的車輪與前輪旋轉方向相同時，會使陀螺效應加倍，而當旋轉方向相反時，整體的陀螺效應則會抵消為零。
有意思的是，試驗結果表明，無論陀螺效應加倍還是消失，都不影響自行車的穩定性。
瓊斯與他設計的可消除陀螺效應的自行車
既然不是陀螺效應，那是何原因呢？
瓊斯提出了一個“前輪尾跡”的概念，他認為由於“前輪尾跡”的存在，一旦自行車發生傾斜，便會自動產生一個將自行車扶正的偏轉角。
前輪尾跡的概念示意
瓊斯的研究可謂一石激起千層浪，數十年來，科學家們前仆後繼地投入到自行車穩定性的研究中。
尤其自2006年瓊斯的論文被重新刊登以來，自行車的穩定原理再次成為科學家們研究的熱門，如今瓊斯的論文已經被引用近200次（據谷歌學術數據）。
不過，人們的討論越多，瓊斯的“前輪尾跡”理論也就越被質疑。
2011年，一貫刊登生物、醫藥、化學等領域前沿研究的《科學》雜誌，卻發表了一篇有關自行車的研究論文。
和《科學》雜誌高大上的形象相比，這篇頗顯“寒酸”的論文題目為“沒有陀螺效應和前輪尾跡的自行車也能自穩定”。看到這個題目，小夥伴們一定猜到了這篇論文做了哪些事兒。
陀螺效應的解釋早已被瓊斯否定了，而為了否定瓊斯，研究者們製作了一種既沒有陀螺效應也沒有前輪尾跡的自行車模型，試驗結果表明，這樣的“兩無”自行車仍然能夠穩定行駛。
令人遺憾的是，對於自行車為啥能穩定，論文的作者們卻表示：不知道。繞了一圈，人們對自行車穩定性的認識又回到了原點。
研究者們設計的既無陀螺效應也無前輪尾跡的自行車模型
和汽車、火車、飛機相比，自行車無疑是結構最簡單的代步工具之一，然而簡單的結構卻掩蓋了它複雜的動力學特性，科學家們用了一個多世紀依舊無法解答它的穩定性問題。人類對真理的探索仍然任重道遠！
楊yangyongbing
這個問題就目前來說真的沒有合理的解釋，只能說是人為的平衡，據悉全球的專家們也沒辦法說清這個問題。
文武斌哈哈
自行車並也有摔倒的時候，但你可以回想一下，摔倒都是在瞬間完成的。回到本題，自行車到底是如何保持平衡的呢？如果是兩個輪子保持平行狀態，中間有橫樑固定兩輪圓心，像三輪車兩個後輪，就可以保持穩定的平衡，但是這樣的構造對方向的控制會非常的困難；而自行可以說是這個結構的極限狀態，不斷縮小兩輪間的垂直距離到0，然後把兩輪分前後，而橫樑仍是連接圓心；但是在騎行過程中前後輪子的垂直距離並不是0，具有一定的穩定性，我們不斷的通過操作控制前輪，使得整個騎行過程中形成一個動態平衡。
而獨立出來的前輪有具有了可以控制方向的作用，但是如果平衡瞬間被打破，我們並沒有時間維持動態平衡。
當然可能有人會想到更深的問題，為嘛操作前輪可以調整平衡呢？這就要說到輪胎的構造，輪胎和地面是以點到線的形式相切，而輪胎面的對稱弧形結構賦予了相切點的可變性，可能說的有點複雜。舉個例子，如果輪胎的面是平平的一塊鐵皮，當平衡失去時我們很難調節回來，當然這種以面相切的形式不容易穩定性更好，但可調性較差。
說了這麼多，總結起來就兩部分：1、自行車騎行中，具有動態的穩定性；2、輪胎的構造具有平衡的可調性。第一點保證了給予了時間，第二點給予了空間。說的可能有點不清楚，如有疑問可以再討論。也歡迎提問
北海海怪
自行車的平衡首先來自於騎車人腰部的肌肉。熟練的騎車人，其身體形成自動的條件反射，當自行車稍微傾斜倒下時，人的身體會感受到，腰部肌肉會自動動作，把身體拉向另一側，形成的反向力矩促使車身抬起。我們學習騎自行車，也就是訓練身體的肌肉完成這種條件反射，而一旦學會，這個控制迴路就保持在小腦中，隨時可以啟用，許多年也不會忘記。
但是高速騎車時，會感覺車子比剛剛起步的時候穩定，這又是為什麼呢？ 自行車本身的平衡機制，來自於前叉後傾。我們可以觀察到，幾乎每輛自行車的車把軸，都不是與地面完全垂直，而是後傾的。
由於前輪是固定在車把的前叉上，因此又叫前叉後傾。前叉後傾，使車輛轉彎時產生的離心力其所形成的力矩方向，與車輪偏轉方向相反，迫使車輪偏轉後自動恢復到原來的中間位置上。這樣，車子就有了自動回正的穩定性。車速越快，所造成的恢復力矩越大，騎車人就越感到穩定。這就是高速騎車時，會感覺車子比剛剛起步的時候穩定的原因。
一般而言，車子前叉越後傾，車子越穩定，但轉動車把越費勁；而後傾角度小，轉把較容易，但車子的穩定性不夠。但如果自行車完全沒有前叉後傾，那麼，騎自行車會是一件很痛苦的事情。
餘味872
根據物理規律、生活中觀察和總結，得出結論，凡達到一定速率的作圓周運動的自旋物體，都有一定的自平衡維持功能，比如單點觸地的陀螺，在一定的轉速下，維持旋轉而不倒地，具體原理只有物理大神能解釋清楚。
55030991神州署光
物理學家拿出一個陀螺，放在地上轉一下，並開始用鞭子使勁抽打它，隨著陀螺越轉越快，陀螺也像不倒翁一樣，雖然只有一個尖著地，卻左右搖擺而不肯倒下。這就是陀螺效應：旋轉的物體有保持其旋轉方向（旋轉軸的方向）的慣性。
陀螺只有一個旋轉方向，已經很穩定了。而自行車有2個輪子，顯然自行車輪子在高速旋轉的時候，會使自行車更穩定。因此，騎車人撒開車把也不會倒下。
但遺憾的是，這並非一個合理的解釋。
陀螺效應在保持自行車穩定中也許起到不可忽略的效果，但是，如果自行車單單憑藉陀螺效應保持穩定，那麼，初學者也應該在高速騎車時不會倒下。但是，2個陀螺似乎並不足以支撐騎車人重達幾十公斤的身體的傾斜。剛學習騎車往往會摔得很慘。從另一個方面看，騎獨輪車的雜技演員由於車速很低，甚至車輪完全停止轉動，則基本無法依靠陀螺效應保持平衡。
自行車的平衡首先來自於騎車人腰部的肌肉。熟練的騎車人，其身體形成自動的條件反射，當自行車稍微傾斜倒下時，人的身體會感受到，腰部肌肉會自動動作，把身體拉向另一側，形成的反向力矩促使車身抬起。我們學習騎自行車，也就是訓練身體的肌肉完成這種條件反射，而一旦學會，這個控制迴路就保持在小腦中，隨時可以啟用，許多年也不會忘記。
但是高速騎車時，會感覺車子比剛剛起步的時候穩定，這又是為什麼呢？
自行車本身的平衡機制，來自於前叉後傾。我們可以觀察到，幾乎每輛自行車的車把軸，都不是與地面完全垂直，而是後傾的。由於前輪是固定在車把的前叉上，因此又叫前叉後傾。前叉後傾，使車輛轉彎時產生的離心力其所形成的力矩方向，與車輪偏轉方向相反，迫使車輪偏轉後自動恢復到原來的中間位置上。這樣，車子就有了自動回正的穩定性。車速越快，所造成的恢復力矩越大，騎車人就越感到穩定。這就是高速騎車時，會感覺車子比剛剛起步的時候穩定的原因。
一般而言，車子前叉越後傾，車子越穩定，但轉動車把越費勁；而後傾角度小，轉把較容易，但車子的穩定性不夠。但如果自行車完全沒有前叉後傾，那麼，騎自行車會是一件很痛苦的事情。
自行車其實是相當複雜的力學體系，而汽車的前輪定位更加複雜。有主銷內傾、主銷後傾、前輪外傾和前輪前束，這保證開車的時候車子儘可能穩定，但又減少輪胎的磨損
TOGAWA
保持自行車平衡的主要原因還真不是陀螺效應，當自行車騎的特慢時，陀螺效應幾乎可以忽略不計，自行車兩個輪子，前進中的自行車只能向前左方或前右方倒，前行中的自行車倒的過程其實是一個緩慢到加速的過程，假如自行車向左倒，自行車會向左先偏離方向，當方向不對時人會下意識的調整方向保持自行車的前行，如果人不扶把，自行車也是邊前進邊倒，而且一開始倒的並不快，而是逐漸加速的過程，人在這個過程中智能保持平衡。
瀟灑哥zhy
因為自行車向前移動的慣性所致。與摩托車相比，單車的雙輪角動量太小因此車輪的陀螺平衡效應忽略不計。保持騎行單車的動態平衡很簡單，控制龍頭使車的走向與車身的傾向保持一致，換言之，如車身倒向左就向左拐、倒右則右拐，如圖所示（傾斜度有點誇張），
騎行者和單車的重心向下，等量於地面對輪胎的向上彈力。地面對輪胎的摩擦力也就是單車轉彎所需的向心力。可見，騎單車看似直線行走實為一系列反覆或向左或向右的圓周運動的組合修正。
關於單車，愛因斯坦說過一句很有名的話，“生活就像騎單車，為保持平衡你只有不停地向前走。”不過，他的單車比喻強調個人主義，忽略了生活的倫理、與別人的關係，這一點正好體現了為什麼這位成就的天才不是個成功的丈夫。
