自行车为什么能保持平衡？
这是一个很有趣的话题，一直以来普通民众跟科学家都在讨论这个问题。但是很多讨论都是错的，今天就跟大家解释一下这个问题。
1、角动量守恒
一直以来，流传最广的一个解释就是角动量守恒或者说陀螺效应。但是这种解释是有问题的，是不对的。
角动量是物理学里面一个重要的概念，旋转的物体都具有角动量，其公式是
角动量的大小和旋转物体的质量、半径以及角速度有关；
角动量也有方向，它的的方向符合右手定则，是垂直于旋转面的。伸出右手，四指环绕，将四指环绕的方向指向旋转方向，大拇指的方向就是角动量方向。
物体旋转时的角动量有保持恒定不变的特性，这也叫做角动量守恒，就像动量守恒机械能守恒一样。角动量守恒不仅仅是角动量的大小保持不变，而且方向也保持不变。
这就是旋转的陀螺不会倒的原因，或者一个硬币能在地面滚很远的原因。
旋转的陀螺它具有角动量，而要保持角动量不变，所以它就是要这么一直旋转下去。所以就体现出来陀螺就不会倒了。
一个硬币在地面滚动，它也能跑得很远，这也是角动量守恒的原理。硬币在地面滚动的时候，其角动量的方向沿水平方向。为了保持角动量不变，会尽量保持旋转，所以滚起来的时候他能够停留的时间更长。
角动量守恒还有很多有趣的例子，比如说车轮单手横着拿，很吃力，一般人都拿不起来。但是当他旋转的时候就能够轻松地拎起来，仿佛就是失重一样。所以有些不明真相的小伙伴会认为旋转的物体反重力，其实不是的。
单手无法横着拿起来
根本不是失重，而是因为不旋转的时候，你要把它举起来相当于翘起来，是一个杠杆，动力臂很短，所以需要的动力很大。
当轮子飞速旋转的时候，轮子就有了水平方向的角动量，他就会自己保持水平，不需要再施加一个力矩。人只要施加一个轮子本身的重力大小的支持力即可。
轮子转起来 可以轻松横着拿起来
用于定向的陀螺仪为什么能够定向，就是因为他要保持角动量守恒，角动量包括大小和方向，他要保持方向不变。所以会始终指向一个方向，这就可以用于定位了。
但是陀螺效应，角动量守恒，并不是自行车保持平衡的原因。车轮的质量非常轻，其旋转产生的角动量非常小。而人和自行车加在一起的重量很大。车轮的一点角动量，根本不足以保持人和车的平衡。
就像一个硬币，它单独旋转，能够在地面滚得很远。但是你假如在硬币上面压上一个重物，他还能滚得很远吗？你把重物压上去，硬币立马就倒了，他立马死给你看。
为了严谨的验证不是角动量是自行车保持平衡，有科学家专门做了实验，做一个反向旋转的轮子，和车轮反向旋转，这就可以抵消车轮的角动量。此时自行车还是可以正常行驶，所以车轮的角动量守恒不是保持平衡的原因。
2011年顶级学术期刊《Science》还发表了一篇论文，证明了在没有陀螺效应，也没有前轮尾迹的情况下，自行车仍然可以平稳行驶，论文标题叫做《A Bicycle Can Be Self-Stable Without Gyroscopic or Caster Effects》
那为什么角动量守恒、陀螺效应这种解释很多人相信呢？
就是最开始，有一些人提出了角动量来解释，乍一听上去，似乎很合理，但是并没有去深究到底对不对。然后很多群众不明真相，根本搞不清楚陀螺仪、角动量的原理，于是就照单全收。于是这种说法就传播得非常广泛，其实是错的。
2、向心力使自行车平衡
还有人提出是向心力的解释，说向心力使得自行车保持平衡。这种说法对不对呢？
如果在斜面上骑行，地面对自行车的支持力是沿着斜方向的，这个斜方向的力可以分解成两部分，竖直和水平。竖直分力和重力相平衡，水平分力提供自行车做圆周运动的向心力。比如说F1摩托车倾斜的很厉害，奥运会的场地自行车。
场地自行车速度越快，它会倾斜的越厉害。就是因为你速度越快，需要越大的向心力。倾斜的越厉害才能提供更大的向心力。
但是有人会说我们日常生活中，并不会骑这种倾斜路面，并不会做这个大圆周运动啊，这怎么解释呢？
其实一样的，当自行车要倾倒的时候，我们会不自觉地把龙头往一侧拐，于是自行车便会往一侧倾斜，这时地面对自行车轮的作用力除了竖直的支持力，还有水平的摩擦力。竖直的支持力和重力相平衡，而水平方向的摩擦力可以用来提供向心力，使得车子做圆周运动。本来车子要倒下去的，这时候就会沿圆周运动下去，这样车子就不会摔倒。
所以一定程度上用向心力来解释是可以的。
骑自行车拐弯速度太快，为什么会被甩出去呢？当你骑得很快的时候，需要较大的向心力，但是地面的摩擦不足以提供很大的向心力，所以你就会被甩出去，无法做圆周运动。
3、进动原理
还有人提到了进动，进动是有一点道理的，但是不是主要的。
进动的解释是：旋转的物体具有角动量，角动量原本就是有一定的方向。如果外界给这个物体施加一个力矩，由于力矩也是有方向的，在力矩的作用下，物体旋转的角动量方向就会发生改变。
比如说用一根绳子把旋转的车轮吊起来，车轮一边绕着自己的轮轴自己旋转，同时还会绕着绳子旋转。就是因为重力对车轮施加了一个力矩，在力矩的作用下，车轮角动量方向发生改变。
或者旋转的陀螺，当陀螺转动的时候，还会晃脑袋。这个晃脑袋也是由于自己的重力施加的力矩导致的。
自行车在正常行驶的时候，车轮角动量的方向指向骑车人的左边。
如果人和车的重心偏向右边，那么就会产生一个方向向前的力矩。原本指向左边的角动量就会发生轻微的改变，方向改为左前方。车子稍微向右边转向，然后做圆周运动。这样就减缓了向右侧倾倒的趋势。
如果身体的重心偏向左边，就会产生一个方向向后的力矩。原本车轮的角动量的方向是向左，这时候再加上一个向后的力矩。所以就会使得车轮的转动的方向发生改变。车子就会向左边偏转一点。然后做向心运动。同样，倾倒的趋势就被减弱了。
某些无人驾驶的自行车，为什么能够自动调整方向，尽量保持平衡？就是类似的原因。
但是同上面的道理一样，人在骑车的时候这一点点角动量进动是不足以保持平衡的。
4 平衡的原因——重心调整 动态平衡
那自行车能够保持平衡，根本的原因是什么呢？
其实很多人一上来的思路就错了，总想着自行车怎么平衡，其实自行车是不平衡的。
车轮接触地面的连线是一条直线， 我们在骑自行车的时候人和自行车有一个重心，这个重心要么在车轮连线的左边，要么在车轮连线的右边。
当重心偏向一侧的时候，人肯定是要向那一侧倾倒。
但是又如何做到不倒呢？我们可以通过龙头摆动，调整车轮连线，使得重心偏向另一侧。就是这样忽左忽右的调整重心，使得我们不会倒向一侧，而是每一次都是将倒未倒。
我们的重心就是在忽左忽右的不断的调整，每次都是一个将倒未倒的动态平衡的过程。
具体来说，当我们的重心在左边的时候，整个人是要向左边倾倒的。这时候我们会把龙头扭向左边，使自行车往左边跑。当车子前轮跑到左边的时候，两个车轮的连线也来到人的重心的左边。这时候就等于说，人的重心跑到了车轮连线的右边。
此时人就不会往左边倒，而是又要往右边倒了。这时我们再把车轮指向右边，车子往右边跑得多一点。于是重心又跑到车轮连线的左边了。
就是这样子左右反复调整，使得我们的重心一会在左一会在右，每次都是看着要倒了，但是在倒之前我们都把重心调整到另一侧，它就会向不往这边倒，变成要往另一侧倒了，所以每次都是将倒未倒。
小孩学骑自行车，到底在学什么？其实就是学习“通过龙头掌握重心调整”的方法。
当我们把车龙头锁死的时候，你是没办法骑的，车子没办法保持平衡。通过龙头的来回扭动，我们才能正常骑车，车子锁死就没法骑了。所以，一定要把解决问题的重点放在车龙头上面。
有人说骑车可以脱手，不需要用手扶着龙头也是可以骑的。其实道理还是一样的，你如果把龙头说死了，他脱手还是骑不了。脱手骑车就是通过身体扭动，带动车龙头轻微的扭动，还是调整重心。
那么为什么车子骑得越快越，就越稳，越容易调整方向的
那是因为你骑得快的时候，重心调整也可以更快。比如说你要往左边倒的时候，你把车龙头往左边扭，然后车子往左边跑。由于车子速度快，所以车子很快就跑到左边了。两个车轮的连线跑到重心的左边，就等于说重心，很快就变到车轮连线的右边。所以速度越快越容易调整。
