腳踏車為什麼騎起來就不容易倒?

琥珀
琥珀腳踏車在騎動的時候,反而比較不容易倒呢。這是為什麼呢?
30秒看懂答案
琥珀答案和常聽到的說明,有一點不一樣喔。

行進中的腳踏車一傾斜,龍頭就會自然轉向傾倒的那一側,車輪回到車身下方,所以不容易倒。常聽到的「因為車輪像陀螺一樣轉」這個效果,在2011年的實驗中發現,就算沒有它,腳踏車也能自己恢復平衡。詳細的原理至今仍有未解之謎。

從側面看停在石牆前的一輛黑色舊腳踏車
前輪接觸地面的點和龍頭轉動軸的位置關係,也是影響腳踏車穩定的因素之一。照片:DeFacto / CC BY-SA 4.0 / 維基共享資源

常聽到的2種說明

關於腳踏車不容易倒的原因,以前常用2種說明。一種是轉動的車輪像陀螺一樣想保持姿勢的「陀螺效應」。另一種是前輪接觸地面的點,位在龍頭轉動軸的後方,所以像超市推車的前輪一樣,會對齊前進方向的「腳輪效應」。

去除陀螺效果的腳踏車

2011年,台夫特理工大學和康乃爾大學等單位的研究團隊,做了一輛去除這2種效果的特製腳踏車。他們在小小的車輪上分別裝了反方向轉動的圓盤,抵消陀螺的效果,並把前輪接觸地面的點移到轉動軸的前方。即使如此,讓它以超過時速約5英里(約8公里)的速度前進時,就算從側面輕推,它也會自己恢復成筆直的姿勢。

琥珀
琥珀就算消除了陀螺的效果也能恢復平衡,真讓人意外呢。

往傾倒的方向轉動龍頭

研究人員認為重要的是,腳踏車會「往傾倒的方向轉動龍頭」。車身一傾斜,前輪就會轉向傾倒的那一側,車輪回到車身下方,於是能重新站穩。陀螺效應和腳輪效應並不是不可或缺的,但也有說明指出,在一般的腳踏車上它們通常都有幫助。

圖:行進中的腳踏車重新站穩的流程
車身傾斜前輪轉向傾倒的那一側車輪回到車身下方重新站穩往傾倒的方向轉動龍頭

好幾種效果互相配合

研究報告指出,只要改變腳輪效應、前輪的陀螺效果、龍頭周圍重量的位置之中的任何1項,穩定的腳踏車就可能變得不穩定,或者相反。腳踏車的穩定性已經被研究了將近150年,但據說至今仍留有一些謎團。

想知道更多

  • 台夫特理工大學的研究人員在2007年發表的一般腳踏車計算模型,用了尺寸、重量等多達25個數值。
  • 研究人員表示,現在的腳踏車造型可能還留有尚未嘗試過的好設計,或許能幫助做出更安全的腳踏車。
琥珀
琥珀一傾斜,龍頭就會轉向傾倒的那一側,車輪回到車身下方。即使如此,還是留有一些謎團呢。

三選一小測驗

行進中的腳踏車不容易倒的重要原因是?

看答案
  1. 龍頭會轉向傾倒的那一側
  2. 車輪像陀螺一樣轉動
  3. 輪胎會吸住地面

龍頭會轉向傾倒的那一側 車身一傾斜,前輪就轉向倒下的那一側,讓車輪回到車身下方。實驗發現,就算沒有陀螺效應也能自己站穩。

參考資料

  1. A bicycle built for none: Riderless bike helps researchers learn how balance rolls alongScienceDaily(Cornell University の発表資料)(英文)
  2. Balancing bicyclesDelta(TU Delft)(英文)

本文內容是在 2026-10-03 確認上列資料後撰寫的。隨著研究進展,說明也可能改變。照片的出處標示在各照片下方。