自行車的奇幻旅程

葉茂

自行車我們都很熟悉了，“纖細(xì)苗條”的身子，簡簡單單的構(gòu)造，一對車把、一個坐墊、一段鏈條再加兩個輪胎，這些普通的東西就組成了經(jīng)典的交通工具，騎上它仿佛就能走遍世界。當(dāng)然，這種想法不太現(xiàn)實，世界那么大，單靠自行車很難走遍，好在科技發(fā)展至今，交通工具發(fā)生了翻天覆地的變化。未來，自行車又會發(fā)生什么變化呢？

自行車的成長史

想知道自行車未來會怎樣，我們還得從它的過去說起。

自行車剛出現(xiàn)時可不是現(xiàn)在這樣的，當(dāng)初的它比現(xiàn)在更加“其貌不揚”。1790年，一位法國年輕人由于被路過的四輪馬車濺了一身水，一氣之下拆掉了馬車的兩個輪子，制造了世界上最早的自行車。由此，我們可以想象出這輛初代自行車的樣子：一根長條木板架在兩個輪子上，既沒有車頭車把，也沒有鏈條軸承，就連原來套馬的結(jié)構(gòu)也被省掉了。想要這輛自行車動起來，騎車人得用自己的大長腿在地上“劃動”，沒錯，就是電動車沒電時人們推動電動車那樣，雙腳用力蹬地前行。人們要轉(zhuǎn)彎時就要下車，通過搬動車子來扭轉(zhuǎn)前進方向。

你一定會說，這種東西怎么能叫自行車呢？當(dāng)時的人們也這么想的，因此很長一段時間里，這所謂的自行車都被人們棄如敝履。直到1817年，德國的看林人德萊斯再次獨立發(fā)明了自行車。德萊斯用兩個木輪、一個鞍座、一個安在前輪上起控制作用的車把，制成了一輛輪車。制成后，他每天就坐在車上，用雙腳蹬地驅(qū)動自行車，在樹林里巡邏，而不用再像之前一樣，整天走來走去。剛開始，人們對此還是不以為然，他們認(rèn)為這種自行車比馬車差遠(yuǎn)了，沒想到事實讓人大跌眼鏡：在一次比賽中，德萊斯騎著自行車僅用4個小時就到達(dá)了終點，馬車卻用了15個小時。從這時起，人們開始重視自行車，紛紛加入了改良自行車的大軍。

我們現(xiàn)在熟悉的自行車是許多人一點點“拼湊”出來的。

1839年，英國人馬克米廉發(fā)明了腳蹬，將它裝在自行車的前輪上，從此人們就不必再以蹬地的方式推動車子，騎車更加省力了。

1869年，法國人吉爾梅首次將鏈條裝到了自行車上，通過此前人們發(fā)明的曲柄、輻條和軸承等將鏈條與輪胎聯(lián)系在一起，當(dāng)人們蹬車時，鏈條會將動力傳給后輪，車子就會動起來。

1886年出現(xiàn)的自行車的工作原理已經(jīng)與現(xiàn)代自行車基本相同，英國工程師斯塔利給自行車裝上了前叉和車閘，用鋼管制成了菱形車架，還首次使用了橡膠車輪。從那時起，騎著自行車出行，變成了人們司空見慣的場景。

自行車為什么這么穩(wěn)

縱觀自行車的發(fā)展史，你會發(fā)現(xiàn)，自行車更像是一種隨手造出的玩具，為什么將馬車鋸掉一半造出的自行車還能正常行駛？馬車用四個輪子才能保持穩(wěn)定，兩個輪子的自行車如何保持穩(wěn)定呢？這個問題科學(xué)家們至今還沒搞明白。

最開始，人們聯(lián)想到的是陀螺，陀螺的主體是圓盤狀的，靜止?fàn)顟B(tài)下是不可能保持穩(wěn)定的，但一旦開始旋轉(zhuǎn)，除非遇到強大的外力干擾，否則它能保持很長一段時間的勻速運動，久久都不會停下來。這與自行車不是很相似嗎？自行車靜止時，兩個圓環(huán)形的輪胎是不能讓它保持穩(wěn)定的，但自行車運動一段時間后，不需要包括人力在內(nèi)的其他支撐物，自行車就能平穩(wěn)地運行。由此，人們提出了“陀螺效應(yīng)”，在高速運動時，陀螺能產(chǎn)生一個與重力方向相反、大小相等的作用力，這使得它在運動時能屹立不倒，而自行車的運動則與此相似。

這種說法感覺很有道理，因此從19世紀(jì)末提出開始，人們大多相信了這種說法。直到1970年，一位名叫大衛(wèi)·瓊斯的英國科學(xué)家證偽了這一說法。瓊斯造出了一輛奇怪的自行車：他在一輛普通的自行車的前輪旁邊平行安裝了一個不和地面接觸、旋轉(zhuǎn)速度與前輪相同的車輪。當(dāng)附加的車輪與前輪旋轉(zhuǎn)方向相同時，會使陀螺效應(yīng)加倍，而當(dāng)旋轉(zhuǎn)方向相反時，整體的陀螺效應(yīng)則會抵消為零。有意思的是，試驗結(jié)果表明，無論陀螺效應(yīng)加倍還是消失，都不影響自行車的穩(wěn)定性。

據(jù)此，瓊斯提出了一個新理論：“前輪尾跡”，他認(rèn)為由于前輪重心比車把更靠前，當(dāng)車傾倒時，車頭也會朝同一個方向歪掉，這樣車子的重心就會發(fā)生反向的偏移，車身最終得以平衡。

但瓊斯的理論又被另一輛奇怪的自行車推翻了：2011年，荷蘭的研究者造出了一輛既不符合陀螺效應(yīng)也不符合前輪尾跡的自行車，它的前后輪分別有兩個，大小相同，旋轉(zhuǎn)方向相反，而且，它的前輪遠(yuǎn)遠(yuǎn)落在車把之后。試驗結(jié)果表明，這樣的“兩無”自行車仍然能夠穩(wěn)定行駛。吸取了教訓(xùn)的研究人員表示，自行車到底為什么能保持平衡，他們也不知道。從此，自行車保持平衡的“秘訣”更加撲朔迷離起來。

自行車的奇特未來

沒搞懂自行車的平衡原理不要緊，至少，工程師們知道了，不那么中規(guī)中矩的自行車也能穩(wěn)定行駛，這樣，未來的自行車就能往各種神奇的方向展開了。

英國賽車手克里斯·博德曼設(shè)計的智能自行車是簡約派的代表，整輛車看不到一點金屬線條，剎車裝置、傳動鏈條和輪胎輻條通通沒有，座位也僅靠一段碳纖維與車頭相連。不過，這輛車的功能可不少，車上設(shè)計有指紋安全掃描儀、太陽能備用發(fā)動機和車載電腦。車子的指紋解鎖加強了防盜功能，如果想要鍛煉可以通過腳踏板驅(qū)動內(nèi)置齒輪，累了的話太陽能電池能讓車子秒變電動車，內(nèi)置電腦還能播放音樂，開啟一段舒適的兜風(fēng)旅程。

中國一位設(shè)計師放棄了自行車通常的三角車身，設(shè)計了一個由圓環(huán)結(jié)構(gòu)串聯(lián)在一起的可變車架，由此將車頭、車座、鏈條和后輪全部連接在一起。由于這些圓環(huán)結(jié)構(gòu)的角度均可調(diào)整，因此，整個車身能自由變化——銳角三角形、正方形、鈍角三角形乃至折線都可以被折疊出來，無論你是個多么挑剔的人，都可以找到最適合自己的位置。另外，這款自行車還內(nèi)置了諸多傳感器，能提供包括車速、消耗的卡路里數(shù)量等數(shù)據(jù)，并通過LED顯示屏進行顯示，滿足了人們的健身需求。

美國一家公司設(shè)計的“懸浮自行車”是為了網(wǎng)絡(luò)生活而生的，它不僅能作為“充電寶”，還是一款“路由器”。用戶在騎車的過程中，其內(nèi)置電池能將踩踏時產(chǎn)生的動力轉(zhuǎn)化成電能，插上配套的USB插頭就能給其他電子產(chǎn)品充電。這款自行車還內(nèi)置一個Wi-Fi熱點，在騎行過程中電子設(shè)備也能夠聯(lián)網(wǎng)。不過這款自行車的騎行體驗可能不會太好，因為它的座椅比車頭還要高，而且這個座椅也僅僅是一塊橫板，這種設(shè)計是為了增強整個車架的強度。

工程師們還有許多更神奇的設(shè)計，比如配有方形輪胎的自行車、車架呈“X”形的可折疊自行車、前后輪大小不同的變速自行車等，它們有著各自不同的功能。作為廉價、環(huán)保的代表，自行車這種簡單的交通工具在未來還會煥發(fā)出新的生機，讓我們拭目以待吧。

（迎風(fēng)摘自《中外文摘》2022年第12期）