【菜科解读】

对于会骑自行车的人而言，两个轮子几乎就是自己的“双脚”，大腿发力，一切尽在掌控之中。

而对于那些不会骑自行车的人，却怎么也想不明白，前后两个轮子的结构，是怎样屹立不倒的。

你会骑自行车吗

其实这个问题也困扰了科学家200多年的时间，到现在还是未解之谜。

倒与不倒

在没有任何外力的支撑下，一辆普通的自行车会顷刻之间倒在地上。

这是因为自行车受到的重力作用和车轮表面与地面的接触面积不成正比，如果车轮地表的接触面积足够大，那么除非有外力作用影响，否则它能够直立在表面。

自行车结构

比如，货车的车轮和地表的接触面积够大，即使单个轮胎，也能够直立，而自行车的车轮却很难做到。

如果将车轮改装为左右轮子的形式，固然能加大自行车和地表的接触面积，但还必须在前方加一个车轮，也就是我们常说的三轮车。

在自行车最早出现的时候，人们就是参照了马车的形式，做出了脚蹬的三轮车。

这样无疑能够维持自行车的稳定，但骑行起来却非常的费力。

而设计者将三轮改为两轮结构之后，经过反复尝试，惊讶地发现，即便如此也能够骑行。

自行车最初的样子

这是令人匪夷所思的事情，毕竟大家都不明白，平时放自行车都需要三脚架，但骑行起来却能够稳定来回穿梭。

很多人认为正是骑行给自行车的直立带来了稳定。

骑行带来的稳定

当人们骑行的速度越快，这种趋势也就更加明显，人们对自行车的把控便能轻松自如。

比如，我国上世纪的“二八大杠”，在骑行之前，往往需要助跑一段距离。

究其原因，是自行车在骑行的过程当中，与空气阻力、地面的摩擦力、重力达到了一种动态平衡的效果。

自行车骑行力的分析

此时空气阻力就像是自行车的“支架”，帮助它直立在路面。

然而，这样的说法有待商榷，毕竟自行车并不一定要在骑行的时候，才能保持平衡。

像马戏团的那些杂技表演者，他们能够在自行车静止的时候保持平稳，甚至还有钢丝骑行的说法，这都是非常奇特的。

如果大家觉得马戏团是在做假，那么我们民间也有很多骑行高手，他们都不需要任何支撑，仅凭一辆自行车，在不骑行的情况下保持平衡，甚至耍出许多杂技来。

杂技团自行车表演

此时，自行车受到的力只有重力和地面的摩擦力。

那么，是人体的质量加大了摩擦力让自行车保持了平衡吗？想要验证这个问题很简单。

只需要将一块同等质量的石头和人分别骑在自行车上进行对比，相信大家心中都有了结果。

显然，前者是无法让自行车保持平衡的，因此，摩擦力并不是影响的主要因素，也许它能够在其中发挥作用，但效果并不明显。

骑行者

陀螺效应

此时，相信大家都想到了和自行车一样，能够在特殊条件下保持不倒的物体。

它就是旋转中的陀螺，陀螺是典型的下窄上宽的物体，没有转动的时候，全程保持倾倒状态。

之所以它能够在转动时保持稳定，是因为重力作用的影响下，高速旋转的陀螺产生对支撑点的力矩，使其不会倒下，科学家将这种现象称为陀螺效应。

旋转的陀螺中力的分析

自行车的车轮在运动过程当中，转动的轮子在轴心产生了力矩，将本体稳定在其中。

为了验证这种说法的真实性，有的人便造出了能够抵消陀螺效应的自行车，结果发现，虽然骑上去比较吃力，但仍旧能够保持平衡。

可见，陀螺效应也并不是支撑自行车的主要因素。

前轮效应

1897年，法国科学院为了研究自行车能够保持直立的原因，还特意发布了悬赏通告，只要提供有用的线索和研究，就能够获得一笔不菲的资金。

自行车车轮受力分析

很快，全国都动员了起来，正所谓人多力量大，其中一个人便发现了前轮效应。

这个效应出现在自行车失去平衡之时，即将侧倒，它的前轮会往相同的方向偏转，而后轮则是往相反的方向调控。

如果此时再配合上人类所施加的力，调转前轮就能够将失去平衡的自行车给修正回来。

所以，控制自行车的前轮非常重要，只有凭借个人的感觉，对其施加不同的力，才能把控平衡。

自行车轮轴运转原理

这个说法是目前为止最可信的，骑过自行车的小伙伴都知道，一旦前轮失控，如果不能及时调整角度，很有可能“翻车”。

不过，生活中也不缺乏“高手”去打破这些科学的认知，比如不少人在小时候都爱做的——“放双把”骑车。

此时，人们没有利用自行车把头调控前轮的力，可仍旧能够保持稳定，同样是引人深思的。

有人猜测，在放双把之前，自行车的车身就已经保持了某种平衡状态，在速度波动不大，路面平缓的情况下，是能够在一定程度上保持平衡的。

危险动作请勿模仿

后来又有人提出，其实自行车能够稳定直立，是多种物理现象的集合，我们不能孤立地看待问题。

此外，人对自行车的操控也非常重要，越是熟练的人，就越能够掌握到自行车平衡的关键点，也就是人们所说的重心。

从世界上第一辆自行车的发明到现在已经过去了200多年，人们对此仍旧没有一个定论，相关研究可能还需要更多人的智慧。

在此之前，我们不妨了解一下自行车的发展历史，丰富自己的阅历。

自行车的历史

关于第一台自行车是谁发明的，历史学一直没有定论，有人说是1790年法国人西夫拉克所发明。

自行车的老祖宗

当时，西夫拉克走在雨后的街道上，行人众多，马车也密密麻麻，急速驶过的马车将水坑溅起，弄得行人怨声载道。

西夫拉克心中在想，可不可以发明一种更加简易的交通工具，既能够在密集的人群当中穿梭，又不会对行人造成影响？

经过不断的努力，第一台自行车便从他的手中诞生了。

有历史学家认为，西夫拉克的发明并不是真正意义上的自行车，它只不过是三轮马车的改版。

后来德莱斯按照前者的设计思路，发明出了两轮自行车，被不少历史学家认为是世界上第一辆自行车。

最初的自行车

50年后，英国的雷诺将钢丝横条改善了自行车的结构，使得它的车身大小得到改良，有了现代自行车的雏形。

随着自行车的不断完善，人们发现它是一个物美价廉的代步工具，越来越多的消费者对此青睐有加。

骑自行车强身健体

直到今天，自行车仍旧是我们出行的重要工具，为国人解决“最后一公里”烦恼。

参考资料

[1]、刘伟佳 吉林师范大学学报《陀螺效应对转子临界转速的影响》

[2]、炎黄春秋《中国自行车的早期历史》

[3]、伦敦科学博物馆《Caunter C. F. The History and Development of Cycles》

五个科学无法解释的未解之谜

灵魂是否存在历史背景：人类对灵魂的探讨可追溯至几千年前，不同文化、宗教中均有关于灵魂的传说与观念，早期人类就对灵魂怀有敬畏与恐惧。

主要观点：非物质存在：部分人认为灵魂是非物质形态，与躯体共生，躯体死亡灵魂也随之消散；

或认为灵魂是独立生命形态，人死后进入更高时空维度（如四维空间）。

精神寄托说：更多人觉得灵魂是人类在拥有宗教、哲学、信仰后创造的概念，是人类对生命渴望的精神寄托。

研究现状：目前既未发现人死后灵魂存在的确凿证据，也无法证明灵魂不存在，其本质仍是未解之谜。

生命起源之谜常见解释及问题：神创论：认为生命是某种智慧生物创造，但此解释陷入逻辑死循环，无法说明创造生命的智慧生物起源。

自然发生论：认为生命从无生命物质中自发产生，然而生命复杂程度极高，现代科技无法用无生命物质制造出最简单的生命细胞，自然发生的概率微乎其微。

研究困境：除上述两种解释外，尚未找到其他合理且被广泛认可的生命起源解释。

宇宙的边界问题争议观点：无限宇宙观：因宇宙从大爆炸后持续加速膨胀，许多人认为宇宙无边界。

有限宇宙观：从科学角度思考，世间万物似乎都有大小和边界，如地球曾被古人认为无限大，但走出地球后发现是有边界的球体。

现实情况：宇宙由“可观测宇宙”和“不可观测宇宙”组成，因宇宙膨胀，遥远星系以超光速远离我们，我们只能看到部分宇宙，在观测到全部“不可观测宇宙”前，难以确定宇宙是否有边界。

梦境的真实性梦境体验：每个人都有做梦经历，多数梦境模糊，但少数非常真实，醒来后梦中人或物仍印象深刻，甚至有人难以分清现实与梦境。

相关猜想：平行世界论：有科学家猜想梦境可能是真实的，是我们在另一个平行世界的经历。

平行世界与多元宇宙论相关，随着科技发展，认可该理论的科学家增多。

多维空间关联：科学家认为平行世界与多维空间关系密切，人类生活在三维空间，之上还有更高维度空间，不同平行世界存在于不同维度，梦境可能是连接现实与平行世界的桥梁。

研究现状：目前这些只是猜想，尚未有确凿证据揭开梦境谜团。

宇宙中是否存在其他高级文明推测依据：地球是宇宙中普通行星，因具备适合生命存在的条件才有生命诞生。

宇宙有138亿年历史，行星数量难以计数，存在其他适合生命诞生行星的可能性极大，甚至可能存在领先人类数十亿年的高级文明。

现实情况：然而，我们眼中的宇宙一片死寂，迄今未发现任何外星人存在的痕迹。

科学家虽提出很多观点，但都只是猜测。

水虽常见，但在科学领域仍存在诸多未解之谜

水虽常见，但在科学领域仍存在诸多未解之谜，以下是五个与水有关的未解问题：1. 究竟有多少种冰？固态水存在17种晶体形式：目前统计显示，固态水有17种不同的晶体形式。

在地球自然环境中，Ih型冰最为常见，Ic型冰在高层大气少量存在，其余15种需在极高压力下形成。

星际空间中的冰多以无定形非晶态附着于尘粒。

形成原因：水分子间的四面体网络结构是关键。

每个水分子通过氢键形成近四面体键角，优化氢键能力。

Ih型冰的氢键构成开放、低密度的三维结构，使其能浮于水面。

压力影响：对四面体物质施加压力可使低密度固体坍缩，形成密度递增的结构，直至密堆积结构稳定。

目前观察到的17种结晶冰均由此形成，未来可能发现更多形态。

2. 有两种液态水吗？无定形冰的两相转换：日本科学家在高压下观察到无定形冰的两相转换，推测存在两种液态水：低密度常规水和高压高密度水。

模拟研究在“深度过冷”区找到相变证据。

争议与质疑：部分科学家认为结果可能由人为因素导致，统计力学原理表明此类转变远离平衡态，难以观察和模拟，目前仍是凝聚态理论前沿领域。

3. 水是如何蒸发的？蒸发速率的不确定性：液态水蒸发速率是气候模型的主要不确定因素，影响云滴大小分布及光线反射、吸收和散射。

蒸发速率表示为分子碰撞速率乘以蒸发系数（0-1之间），但实验测定值变化超3个数量级，理论计算也遇阻。

研究进展与问题：加州大学伯克利分校团队用过渡路径取样理论计算蒸发系数接近1，与液体微喷实验结果（普通水和重水均为0.6）相近。

但仍存在疑问：大气压实验数值为何低得多？盐对蒸发速率影响实验结果与理论预测矛盾（理论认为盐抑制毛细波应降低蒸发速率，但实验显示几乎无影响）。

4. 水的表面是酸性还是碱性？传统观点与新研究：传统认为瀑布雾气证明液滴表面聚集氢氧根离子(OH-)，呈碱性（pH>7），胶体科学领域默认此观点。

但近期实验和计算研究指出，液态水表面可能由氢离子(H+)主导，呈酸性（pH