这天，同事给小编发了段视频，说要考考小编。
自行车的问题，能难倒我小・十二年骑车老司机・编？
要知道这种自行车为啥不能平衡，那我们只要从普通自行车为啥能平衡来分析就可以。
如果说怎么控制自行车平衡，这个问题小编可太知道了，写篇论文都没问题。
难道小编这么多年骑了个假的自行车？
带着问题，小编试图查资料找到答案。这一查还吓一跳，原来自行车平衡的问题已经困扰了科学界上百年之久，还真不简单。
01、自行车：我赌你不懂我的平衡
据说最早的自行车，是 1790 年，一个法国人觉得四轮马车太占地方，于是一拍脑袋直接去掉一半，只留了两个轮，这就有了自行车的雏形。
就是这样一种大家都十分熟悉的交通工具，却让科学家们犯了难。
如果问空调调控温度的原理，科学家们可以给你讲讲卡诺循环。
如果问遥控器的原理，科学家们可以从红外线与编码序列来讲。
但是自行车作为一种生活经验产物，发明的时候就没有考虑过为什么能平衡，当后人试图对其解析时，却发现了一个又一个的问题。
为什么只有骑起来之后才能维持不倒呢，速度在其中起了什么样的作用？将自行车用力推出去，自行车没有人控制也能保持平衡，这又是为什么呢？
在自行车发明的百年之后，英国数学家弗朗西斯・惠普尔 (Francis Whipple) 推导出了惠普尔模型，这个模型用四个刚体来代表自行车，引入了质量、车轮半径等 25 种参数来描述自行车的运动状态，是世界上最早也最经久不衰的自行车模型之一。
可惜的是这个模型只为我们提供了模拟的方法，而没有指出其背后的原理。
时间来到 20 世纪，自行车平衡问题悬而未决，吸引了大量的科学家关注，其中就有一位我们物理界的老熟人阿诺德・索末菲（Arnold Sommerfeld）。
他和另外两位科学家：费利克斯・克莱因（Felix Klein）和弗里茨・诺特 (Fritz Noether) 共同提出了一种解释 —— 陀螺效应。
陀螺效应其实是角动量定理的表现，在外力矩作用下，旋转物体角动量改变，产生进动角动量。也就是说，陀螺效应作用下，转动的物体不会直接倒下，而是发生转动方向的改变。
小时候应该都玩过陀螺吧，陀螺旋转过程中，会绕着一个自转轴进行自转，同时这个自转轴还会绕着一个垂直轴进行旋转，这种转动物体的自转轴同时进行旋转的现象就叫做进动。
陀螺的进动状态十分稳定，即使施加一定的外力也可以保持平衡，这就是陀螺效应。像陀螺仪就是利用了陀螺效应，可以维持很大质量的物体不倒。
其实上面这张动图已经说明得非常清楚了，在陀螺效应作用下，轮子克服了重力，形成了进动，通过改变方向维持了自身的平衡。
这种平衡状态与车轮的速度有关，速度越快，车轮的倾角越小，车身越稳定。所以我们在骑车时会发现骑得越快越容易保持平衡。
把前轮拆开之后，同一时间只有三分之一的部分能与地面接触，其它的部分没有直接的外力矩作用，无法形成进动，没有陀螺效应使其保持稳定。
03、琼斯：还得看“转向轮后倾”
其实到目前为止，陀螺效应解释了开头的问题，已经很好地说服了小编。
你以为这就结束了？NO！
在索末菲等人提出陀螺效应解释 60 年后，一个叫作大卫・琼斯（David Jones）的化学家发表了篇文章，跳出来推翻了陀螺效应解释。
上面不是说陀螺效应适用于常见的车型吗？琼斯说，那我就设计一款不适用的自行车。于是就有了下面图片里的这辆车。
这辆自行车，它有一大一小两个前轮，通过大小前轮之间的传动，让两个前轮向相反的方向旋转。再通过控制大小比例关系，就可以做到两个前轮的角动量大小相等、方向相反，即完全抵消！
角动量都没了，哪里还有陀螺效应？这不就证明了用陀螺效应来解释自行车平衡问题是错误的。
当然琼斯也不是只管推翻不管重建的人，他提出了一个新的理论 —— 转向轮后倾效应（the Caster Effects）。
在这个理论中，有一个重要的概念：前轮轨迹（the trail）。前轮轨迹指的是前轮转向轴延长线与地面交点和前轮与地面接触点之间的距离。如果转向轴交点在接触点之前，前轮轨迹为正；反之则为负。
琼斯指出，当自行车开始倾倒时，正的前轮轨迹会让自行车的前轮在重力作用下发生后倾，带动车头发生转向，自行车通过这个转向，将重心回到车体中间，回归平衡状态。
