问你个简单的问题：行进中的自行车为啥不倒呢？

如果你想问今年最热门的事情是什么，我相信很多人会回答是共享自行车。虽然“小黄”和“小蓝”占据了公共空间，影响了交通秩序，但它们也确实方便了人们最后一公里的出行，因此有人把共享自行车与网上购物、高铁和支付宝一起称为“四大新发明”。

图1——共享自行车促进绿色出行，给人们生活带来便利(图片来源:中国日报)

自行车是一种非常熟悉的交通工具。然而，一个“简单”的问题是，为什么一辆行驶中的自行车能保持平衡而不翻倒？

技术创新通常需要理论突破作为支撑，但自行车是个例外。人们首先发明了它，然后研究了它的运动原理。链条驱动自行车的诞生已经有100多年了。科学家们也研究了自行车在100多年的旅行中的稳定性。然而，看似简单的问题包含着极其复杂的机械原理，没有人能清楚而完整地解释为什么自行车会变成“翻车机”。

图20世纪早期的自行车(图片来源:*)

虽然没有人能确定，但仍然有一些有影响的解释，其中最流行的是陀螺效应。

什么是陀螺效应？顾名思义，它与陀螺仪有关。玩过陀螺仪的小朋友都知道，当陀螺仪高速旋转时，旋转轴的空间方向将保持不变。如果你试图用手改变旋转轴的方向，你会发现非常困难，也就是说，陀螺仪的轴方向。此外，我们还将看到，在离心力和重力的作用下，陀螺不会倾倒，而是绕着某个旋转轴旋转，这就是陀螺的进动。从这个角度来看，如果我们想到地球的自转和公转，我们会发现一个有趣的现象:我们生活在一个巨大的“顶端”！(推荐视频→:陀螺效应)

利用陀螺效应，人们发明了陀螺水平仪、陀螺半罗盘等仪器，可以方便地测量船舶航向和飞机姿态角。早期科学家认为，在对自行车进行机械分析后，自行车前轮的回转效应使其保持稳定。当自行车的前轮有向左或向右倾斜的趋势时，我们通过操纵车把对前轮施加一个力矩，从而使前轮从倾斜移动到直立。

图自行车前轮的陀螺效应(照片来源:*，作者中文)

陀螺效应的解释符合我们的直觉，我们的朋友可以在国内外许多科普书籍中找到它。然而，我们经常看到一些“牛人”在马路上骑着自行车却不拉把手，这表明自行车不用前轮就能平稳行驶。这怎么解释呢？

图达萨巴很酷但很危险(见图片来源的水印)

1970年，一位名叫大卫·琼斯的英国科学家质疑陀螺效应的解释。为此，他安装了一个与自行车前轮平行的*，它不接触地面，并以与前轮相同的速度旋转。当附加车轮与前轮同向旋转时，陀螺效应将加倍，而当旋转方向相反时，整体陀螺效应将抵消为零。有趣的是，测试结果表明，无论陀螺效应翻倍还是消失，自行车的稳定性都不会受到影响。

图琼斯和他的自行车被设计用来消除陀螺效应(照片来源:参考文献

图前轮尾流的概念图(照片来源:参考文献

图研究人员设计的自行车模型，既没有陀螺效应，也没有前轮轨迹(照片来源:参考文献