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超市购物车脚轮为什么能轻易转动?

详细内容

 
超市里的购物车,或者机场的行李车,下面有4个轮子。仔细观察表明,超市购物车小车的车轮和车轮不是固定的,而是可以绕竖直轴自由转动。如果车轴固定在车体上,万向轮只能一直往前走,汽车不能转弯。

你也可以发现,当你向前推推车时,车轮总是跟着旋转轴的后部。如果从前向向后变化,车轮将在垂直轴附近突然旋转180度,或者在随后的旋转轴的位置旋转。一般来说,万向轮的滚动方向必须与前进方向一致,这样购物车才能与当地体育运动同步。一旦车轮的滚动方向与车身的前进方向不一致,则地面上的摩擦力在前方的垂直旋转轴上产生扭矩,并将车轮推到与行走方向相同的位置。

类似于超市购物车的脚轮,自行车也有类似的现象。如果自行车前叉的转轴伸向地面,前叉与地面之间的交点总是位于前轮与地面之间的接触点的前面。当你向前推动垫子时,前轮顺着方向平滑地前进。如果推车向后倒退,前轮和前叉的相反位置正好相反。侧向摩擦力方向相反,前轮摆动。

前叉转轴与前轮与地面的接触点之间的相对位置对保证自行车的稳定性非常重要。为了了解这种效果,可以制造一种特殊的自行车,使自行车前叉的旋转轴与前轮与地面之间的接触点的背面的地面相交。骑着这样一辆特殊的自行车,无论你骑自行车的技术多么聪明,你的自行车都是不稳定的。

虽然自行车发明已有200多年的历史,但很难解释为什么推车的固定轮被推倒,骑行的机械原理是稳定的。前轮转轴的位置是影响自行车稳定性的重要因素,甚至比车轮转动惯性效应更重要。

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