自行車如何保持平衡?訣竅都在大腦中

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Image caption (圖片來源: Getty Images)

英語裏有一句諺語叫「像騎自行車一樣容易」。但是人們究竟是如何在自行車上保持平衡的?很多試圖嘗試回答這個問題的人會談到「陀螺效應」,但實際上並不準確。

簡而言之,陀螺效應的產生是由於輪子在旋轉中能保持軸的方向的能力,就像一個旋轉的陀螺,或者圍繞軸心旋轉的地球。摩托車手由於駕駛飛速旋轉的重型機車會更容易意識到陀螺效應的作用,但是普通的騎車人由於使用的輪胎輕得多,速度不夠快而不會注意到陀螺效應的存在。

如果腳踏車可以因為陀螺效應而保持直立,那麼任何新手都可以坐在上面不用蹬車,被人推著前進了–因為陀螺效應本身就可以發揮作用促使車輛前進。簡單來說,你必須學會如何騎車,就像你必須學會如何走路一樣。駕馭一輛自行車的關鍵全在大腦中。

想像一下,你沿著一條完全平坦的筆直的道路騎行。非常容易是不是?嗯,並不是,基本上人很難沿著一條狹窄的直線騎行,就像不可能走出一條完美的直線一樣,即便是在你完全清醒的情況下,不信你可以試試。

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Image caption 自行車的設計允許騎行者不扶把,通過身體微傾保持平衡。(圖片來源: Getty Images )

現在嘗試這個小實驗:一隻腳站在球上,用你的手臂來保持平衡。非常難。現在試著從一隻腳跳到另一隻腳。這樣保持平衡容易的多。這個過程叫做跑動。你的大腦所做的是每次你起跳的時候根據位置進行調整,這樣如果你朝右邊倒了,下一步大腦就會指導你往左跳一些。

這和蹬著自行車一樣。在整個騎行過程中你總是在不斷的做調整。如果你朝右邊倒了,潛意識裏你就會朝左邊傾斜一些以使車輪在你腳下移動。然後,不用想你又回到了路徑上。

這個「搖擺」是很正常的。在初學者中更為明顯(大部分是兒童)會一直不停的搖擺,但是從專業騎手上基本上看不到任何搖擺。然而,這些小的搖擺都是學會騎車的過程的一部分,這也就解釋了為什麼行走,或者騎行,出一條筆直筆直的直線是不可能的,因為你很難一直不停的做出精確的矯正。

有一些非常聰明的設計可以使自行車騎起來更容易。最重要的事實是,轉向柱(「頭管」)是傾斜的,因為前輪和地面的著力點,是在轉向軸線與地面接觸點之後的。這兩點之間的距離稱為「騎行痕跡」。

這個軌跡有助於你在騎行時保持平穩,當你騎車不扶把的時候,當你身體右傾斜時,在人行道上的接觸點的力量會促使前輪轉向右邊。這有助於你將毫不費力的通過身體微傾來控制方向。

但人們也設計了一些垂直頭管的自行車,而且也完全可以騎。事實想造一輛不能騎的自行車是很難的,很多人都嘗試過了。

那是因為保持自行車直立主要是靠你和你的大腦來進行控制,而這點很容易證明。嘗試交叉雙手,你恐怕很難騎起來,即便是在騎行中間嘗試換手,注意,你會馬上摔倒-如果自行車是通過陀螺效應保持直立,就不會發生這樣的情況。

小丑和街頭藝人騎反向齒輪轉向的自行車。要花幾個月才能達到這樣的水平,需要你把騎普通自行車的方法都忘掉。大腦的工作能力令人驚訝。

那麼我之前提到的陀螺效應呢?難道不能起作用麼?嗯,並不能,除非你騎得特別快。有一個著名例子顯示了陀螺效應在車輪上是如何發生作用的,但是如果你自己算算你就會發現那個效果遠不足以支持你騎自行車。

為了證明陀螺效應不重要的,我造了一輛擁有第二個反旋轉前輪的自行車。我不是第一個這樣做的人,瓊斯戴維(David Jones)早在1970年就造過了。我們的想法一樣。基本上來說,反旋轉的輪子將正向旋轉的輪子產生的陀螺效應抵消,證明了陀螺效應並不重要,而真正使你能夠直立的是你的大腦。這個實驗非常有趣,大家都可以嘗試。

那麼,最好的學騎自行車的方法是什麼呢?嗯,看小孩子們用訓練專用的自行車學習讓我很苦惱,因為每一次保持平衡訓練輪著地的時候就意味著又白學了。要想學會騎自行車,你的大腦必須要學會搖擺,所以把訓練輪子拆除吧,搖擺的越厲害你就學得越快。騎自行車的訣竅真的都在你的大腦中。

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