自行车之谜

叶茂

自行车我们都很熟悉了，“纤细苗条”的身子，简简单单的构造，一对车把、一个坐垫、一段链条再加两个轮胎，这些普通的东西就组成了经典的交通工具，骑上它仿佛就能走遍世界。当然，这种想法不太现实，世界那么大，单靠自行车很难走遍，好在科技发展至今，交通工具发生了翻天覆地的变化。未来，自行车又会发生什么变化呢？

自行车的成长史

想知道自行车未来会怎样，我们还得从它的过去说起。

自行车刚出现时可不是现在这样的，当初的它比现在更加“其貌不扬”。1790年，一位法国年轻人由于被路过的四轮马车溅了一身水，一气之下拆掉了马车的两个轮子，制造了世界上最早的自行车。由此，我们可以想象出这辆初代自行车的样子：一根长条木板架在两个轮子上，既没有车头车把，也没有链条轴承，就连原来套马的结构也被省掉了。想要这辆自行车动起來，骑车人得用自己的大长腿在地上“划动”，没错，就像电动车没电时人们推动电动车那样，双脚用力蹬地前行。人们要转弯时就要下车，通过搬动车子来扭转前进方向。

你一定会说，这种东西怎么能叫自行车呢？当时的人们也这么想的，因此很长一段时间里，这所谓的自行车都被人们弃如敝履。直到1817年，德国的看林人德莱斯再次独立发明了自行车。德莱斯用两个木轮、一个鞍座、一个安在前轮上起控制作用的车把，制成了一辆轮车。制成后，他每天就坐在车上，用双脚蹬地驱动自行车，在树林里巡逻，而不用再像之前一样，整天走来走去。刚开始，人们对此还是不以为然，他们认为这种自行车比马车差远了，没想到事实让人大跌眼镜：在一次比赛中，德莱斯骑着自行车仅用4个小时就到达了终点，马车却用了15个小时。从这时起，人们开始重视自行车，纷纷加入了改良自行车的大军。

我们现在熟悉的自行车是许多人一点点“拼凑”出来的。

1839年，英国人马克米廉发明了脚蹬，将它装在自行车的前轮上，从此人们就不必再以蹬地的方式推动车子，骑车更加省力了。

1869年，法国人吉尔梅首次将链条装到了自行车上，通过此前人们发明的曲柄、辐条和轴承等将链条与轮胎联系在一起，当人们蹬车时，链条会将动力传给后轮，车子就会动起来。

1886年出现的自行车的工作原理已经与现代自行车基本相同，英国工程师斯塔利给自行车装上了前叉和车闸，用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶车轮。从那时起，骑着自行车出行，便成了人们司空见惯的场景。

自行车为什么这么稳

纵观自行车的发展史，你会发现，自行车更像是一种随手造出的玩具，为什么将马车锯掉一半造出的自行车还能正常行驶？马车用四个轮子才能保持稳定，两个轮子的自行车如何保持稳定呢？这个问题科学家们至今还没搞明白。

最开始，人们联想到的是陀螺，陀螺的主体是圆盘状的，静止状态下是不可能保持稳定的，但一旦开始旋转，除非遇到强大的外力干扰，否则它能保持很长一段时间的匀速运动，久久都不会停下来。这与自行车不是很相似吗？自行车静止时，两个圆环形的轮胎是不能让它保持稳定的，但自行车运动一段时间后，不需要包括人力在内的其他支撑物，自行车就能平稳地运行。由此，人们提出了“陀螺效应”，在高速运动时，陀螺能产生一个与重力方向相反、大小相等的作用力，这使得它在运动时能屹立不倒，而自行车的运动则与此相似。

这种说法感觉很有道理，因此从19世纪末提出开始，人们大多相信了这种说法。直到1970年，一位名叫大卫·琼斯的英国科学家证伪了这一说法。琼斯造出了一辆奇怪的自行车：他在一辆普通的自行车的前轮旁边平行安装了一个不和地面接触、旋转速度与前轮相同的车轮。当附加的车轮与前轮旋转方向相同时，会使陀螺效应加倍，而当旋转方向相反时，整体的陀螺效应则会抵消为零。有意思的是，试验结果表明，无论陀螺效应加倍还是消失，都不影响自行车的稳定性。

据此，琼斯提出了一个新理论：“前轮尾迹”，他认为由于前轮重心比车把更靠前，当车倾倒时，车头也会朝同一个方向歪掉，这样车子的重心就会发生反向的偏移，车身最终得以平衡。

但琼斯的理论又被另一辆奇怪的自行车推翻了：2011年，荷兰的研究者造出了一辆既不符合陀螺效应也不符合前轮尾迹的自行车，它的前后轮分别有两个，大小相同，旋转方向相反，而且，它的前轮远远落在车把之后。试验结果表明，这样的“两无”自行车仍然能够稳定行驶。吸取了教训的研究人员表示，自行车到底为什么能保持平衡，他们也不知道。从此，自行车保持平衡的“秘诀”更加扑朔迷离。

自行车的奇特未来

没搞懂自行车的平衡原理不要紧，至少，工程师们知道了，不那么中规中矩的自行车也能稳定行驶，这样，未来的自行车就能往各种神奇的方向展开了。

英国赛车手克里斯·博德曼设计的智能自行车是简约派的代表，整辆车看不到一点金属线条，刹车装置、传动链条和轮胎辐条通通没有，座位也仅靠一段碳纤维与车头相连。不过，这辆车的功能可不少，车上设计有指纹安全扫描仪、太阳能备用发动机和车载电脑。车子的指纹解锁加强了防盗功能，如果想要锻炼可以通过脚踏板驱动内置齿轮，累了的话太阳能电池能让车子秒变电动车，内置电脑还能播放音乐，开启一段舒适的兜风旅程。

中国一位设计师放弃了自行车通常的三角车身，设计了一个由圆环结构串联在一起的可变车架，由此将车头、车座、链条和后轮全部连接在一起。由于这些圆环结构的角度均可调整，因此，整个车身能自由变化——锐角三角形、正方形、钝角三角形乃至折线都可以被折叠出来，无论你是个多么挑剔的人，都可以找到最适合自己的位置。另外，这款自行车还内置了诸多传感器，能提供包括车速、消耗的卡路里数量等数据，并通过LED显示屏进行显示，满足了人们的健身需求。

美国一家公司设计的“悬浮自行车”是为了网络生活而生的，它不仅能作为“充电宝”，还是一款“路由器”。用户在骑车的过程中，其内置电池能将踩踏時产生的动力转化成电能，插上配套的USB插头就能给其他电子产品充电。这款自行车还内置一个wifi热点，在骑行过程中电子设备也能够联网。不过这款自行车的骑行体验可能不会太好，因为它的座椅比车头还要高，而且这个座椅也仅仅是一块横板，这种设计是为了增强整个车架的强度。

工程师们还有许多更神奇的设计，比如配有方形轮胎的自行车、车架呈“X”形的可折叠自行车、前后轮大小不同的变速自行车等，它们有着各自不同的功能。作为廉价、环保的代表，自行车这种简单的交通工具在未来还会焕发出新的生机，让我们拭目以待吧。