随着共享单车的火热，自行车又开始变得火热起来。迈腿、上车、蹬腿、走你，动作一气呵成，随着小小的车轮转动，人们骑着自行车穿梭于大街小巷。

似乎自行车骑上后天生就是不会倒的，那你有偶尔思考过为什么吗？

自150年前自行车被发明以来这个问题在科学上至今悬而未决，为解开这个谜团法国科学院在1897年还专门设立了一个奖项（Prix Fourneyron competition）。200年来，许多物理学家、数学家孜孜不倦地研究着自行车不倒的问题，以期寻求一个合理的解释，他们发表了近百篇文献，提出了各种可能。

一. 陀螺效应

陀螺效应：旋转的物体有保持其旋转方向（旋转轴的方向）的惯性。陀螺只有一个旋转方向，已经很稳定了。而自行车有2个轮子，显然自行车轮子在高速旋转的时候，会使自行车更稳定。因此，骑车人撒开车把也不会倒下。

北京大学力学系教授武际可在其博客《自行车的学问》一文中写道：“对于陀螺效应自行车稳定性的解释，我们简要地来做说明。你拿一枚硬币，让它在平面上滚动，如果起始时刻让它略微倾斜，比方说倾向左侧，你就会发现，它会向倾斜的这方拐弯，当倾斜角变得愈大时，拐弯的曲率也愈大，最后到倾倒为止。”

同样可以类比在行进的自行车，

“假设自行车欲向左侧倾倒，即前轮向左倾斜，这时骑车人操纵车把使前轮向左转，这相当于给前轮一个向左旋转的力矩，在这个力矩作用下，前轮会由倾斜向直立方向运动。同样如果自行车欲向右倾倒，即前轮向右倾斜，这时骑车人通过把手使前轮向右转，这相当于给前轮一个向右旋转的力矩，在这个力矩作用下，前轮会由倾斜向直立方向运动。由此，自行车自然会稳定地向前行驶。”

无论从力学原理上来说，还是从骑车人的实际经验来看，以上自行车陀螺效应的解释都是行得通的。所以近百年中，这种观点流行比较普遍，以至于在许多科普书籍中，大半也是介绍这种观点的。

陀螺效应在保持自行车稳定中也许起到不可忽略的效果，但是，如果自行车单单凭借陀螺效应保持稳定，那么，初学者也应该在高速骑车时不会倒下。但是，2个陀螺似乎并不足以支撑骑车人重达几十公斤的身体的倾斜。刚学习骑车往往会摔得很惨。从另一个方面看，骑独轮车的杂技演员由于车速很低，甚至车轮完全停止转动，则基本无法依靠陀螺效应保持平衡。

二. 离心力效应

1948年，美国力学家铁木辛科和杨在他们所著的《高等动力学》一书中，对自行车稳定性问题作出了离心力效应的解释。他们认为，当自行车往一侧倾斜时，骑车人就会将前轮转向同一侧，由于前轮转了一个角度，自行车就会沿着倾斜侧的圆周行进，这时离心力向圆周外，就会将自行车扶正。

对此，武际可指出：“由这个解释，可以得出结论，自行车的速度越快，所产生的离心力便越大。所以自行车行进的速度越快自行车便越容易控制。”

不过，这种解释与现实生活略有偏差。当人们在平地上把一辆自行车推行到一定速度并且撒手，自行车会无控制地稳定地前行一段，这时，即使在中途扰动它一下，它也能够回复稳定。这说明，自行车本身在没有驾驶的条件下便有能够稳定前行的机制。

三. 脚轮效应

脚轮效应：能使前轮的支承力产生对前叉转轴的力矩，推动前叉朝倾斜方向转动，使离心力效应的稳定作用自动实现。

1970年，英国人大卫·骏斯（ David E.H. Jones）在《今日物理》杂志上发表了一篇文章。这篇文章对自行车平衡提出了新的理论。文章报道了作者自制了一辆没有前轮陀螺效应的自行车，依旧能够稳定地行驶。文章用事实证实了陀螺效应对于自行车行驶的稳定性不是主要的。骏斯的办法是，在普通自行车前轮边上，再增加一个平行的轮子，这个轮子通过传动与前轮旋转方向相反，旋转速度相同，这样从整体上说就抵消了前轮的陀螺效应。尽管这样，这辆自行车，仍然能够行驶自如没有任何困难。

琼斯计算得出：原来当行驶的自行车有一个倾斜角时，自行车的前轮由于有“前轮尾迹”的缘故，会自动向倾斜的一侧产生一个偏转角，由于有这个偏转角，自行车靠转弯的离心力便会扶正。因之即使没有人驾驶，在一定的速度之下，直行的自行车，运动也是稳定的。

上海交通大学刘延柱教授发表在《力学与实践》上的《自稳定的无人自行车》一文中写道：“琼斯的实验还证明，前叉转轴与地面的交点位于前轮触地点的前方，是影响自行车稳定性的重要因素，称为‘脚轮效应’。”

四：多重效应综合作用

2011年，《科学》杂志刊登了一篇名为《一辆自行车可以不借助陀螺或脚轮效应而保持平衡》的论文，文中荷兰达尔福特大学的研究者们否定了维持自行车稳定的陀螺效应和脚轮效应。

他们设计了一辆没有陀螺或脚轮效应的自行车。这辆车包含了车身、前叉和前后轮等自行车必备的元素，但其结构极其简单。车身和前叉简化成各自带有集中质量的直杆，前叉转轴接近垂直，前后车轮很小，且利用反向旋转的副车轮彻底消除了陀螺效应，同时，前轮的触地点比驾驶轴略微提前了一点，使得轮脚作用几乎为负。

在荷兰达尔福特大学的停车场和篮球馆，研究者们以每小时8千米的速度把这辆小车向外推了出去，它自己行驶了相当长的距离，如同任何一辆传统自行车一样，它能够平衡自己。研究者甚至还在自行车自我行驶过程中略微推了它一下，很快这辆小车又自己调整到直线轨道。参与研究者瑞纳说：“没人知道这是为什么。”该大学的另一名科学家阿诺德·舒瓦特说：“这辆自行车证明，自我平衡还无法用任何简单的词来解释。”

除了否定陀螺和脚轮效应的关键性之外，他们的实验还显示，自行车重量分布可能对平衡起到很大的作用，特别是自行车前部重量中心的位置，可能极大影响了自行车稳定性。

虽然科学家对于自行车平衡还没有一个确切的解释，不过可以肯定的是，陀螺效应、脚轮效应和脚轮这3点，虽然不会各自对平衡力起决定性作用，但可能三者有一股微妙的交互关联，影响自行车的平衡力。

在现代交通愈来愈碎片化的年代，我们与自行车之间的联系紧密。这种方便易学而又结构简单的代步工具为什么在弄清稳定性上这么困难呢？可能就像看起来最纯粹的白色实际是由七色光组成的最复杂的颜色一样，探索自行车平衡性这条路还很长，这个谜团什么时候会解开呢，我们不得而知。