回想起童年学习骑自行车的时光，无数次摔倒后，终于掌握这项技能的那一刻，兴奋与激动溢于言表，总是迫不及待地想向朋友们炫耀自己的 “掏骑” 绝技。

在我们眼中，骑自行车似乎并非难事，可大家是否深入思考过，自行车究竟是如何保持稳定的呢？

自行车的自我稳定堪称物理学上的一大奇迹。

一个仅靠两个轮子支撑的装置，不仅能稳稳站立，还能灵活调整稳定性以实现平衡，甚至在无人驾驶的情况下也能维持不倒，这种神奇的表现，仿佛带有魔法一般。

著名作家与未来学家亚瑟・C・克拉克先生曾说过：“任何足够先进的技术都与魔法无异。” 这句话用来形容自行车的平衡原理，似乎再恰当不过。

如今常见的自行车看似构造简单，实则经历了漫长的发展历程。

19 世纪 60 年代的老式自行车，采用无橡胶轮胎，车身和轮胎皆由铁制成。骑行这种自行车的体验十分独特，难以用言语形容，尤其不建议男同学尝试，其中缘由，相信大家不难理解。

随着时间推移，自行车制造技术不断革新，如今已相当先进。

关于自行车能够保持直立的原因，科学界存在多种假设。

其中一种较为知名的是陀螺效应。

陀螺仪由固定在轴上的金属轮子以及固定二者的金属框架组成，轮子可自由旋转。当轮子静止时，想要让陀螺仪直立是极为困难的。

然而，一旦使轮子高速旋转，就会出现神奇的现象：它能够自由地直立旋转，并且对外界试图改变其方向的作用力具有较强的抵抗能力。

比如，用一根线提起陀螺仪的一端，其另一端就如同被一只无形的手稳稳握住，依然能够保持稳定。快速旋转的自行车轮子，与大多数绕轴旋转的轮子一样，具备陀螺仪的特性。

在旋转的自行车车轮中，存在着角动量。

角动量是与自行车转速以及质量分布密切相关的内在特征，其中包括车轮自身的质量。仔细观察不同设计的自行车，会发现轮毂周围通常有集中的质量分布，这样的设计旨在增加特定速度下自行车的角动量。

陀螺仪因其出色的保持位置稳定的能力，成为飞机和太空探索飞行器中不可或缺的导航工具。简单来说，自行车轮子所呈现的陀螺效应，能够确保旋转的轮子持续转动，并维持其旋转轴的位置，进而对自行车的稳定起到一定作用。

不过，认为陀螺效应是自行车不倒的唯一原因，这一观点存在漏洞。

陀螺效应或许对摩托车骑手较为重要，因为摩托车车轮既重且转速快。

但对于那些在夜晚悠闲骑行的老年人而言，他们骑车速度极慢，此时陀螺效应几乎可以忽略不计，而且自行车车轮相对较轻，难以提供足够的轮轴稳定性。回忆一下自己学习骑自行车时满身的淤青，就会明白，仅靠陀螺效应，并不足以让我们轻松地推着自行车跳跃前行。

除了陀螺效应，脚轮效应也是解释自行车稳定的一种假设。

以自行车前部位于图像左侧为例，当存在正后倾角时，角度 θ 表示后倾角，它以度数为单位，体现了车轮垂直轴（用灰色垂直线表示）与转向轴（用红色虚线表示）之间的角位移。

若转向轴（红色虚线）从自行车（机器）后部向前倾斜，后倾角 θ 为正值；若转向轴从自行车或机器前部向后倾斜，后倾角 θ 则为负值。

脚轮效应在日常生活中十分常见，比如在超市拖动购物车时，我们会注意到购物车的轮子能够自动对齐或重新定位方向，始终跟随购物车的运动方向改变而调整，两个轮子总是试图保持在同一条直线上。

自行车同样如此，即便方向发生变化，车轮也能始终在骑手下方保持对齐，这便是脚轮效应对自行车稳定的作用体现。

然而，荷兰代尔夫特理工大学的自行车动力学专家阿伦德・施瓦布（Arend L. Schwab）指出，陀螺效应和脚轮效应并非自行车实现自我稳定的必要条件。

2011 年，研究人员发表了一篇名为《自行车可以在没有陀螺或脚轮效应的情况下自我稳定》的科学论文，通过设计一款无人驾驶的自行车，有力地证明了这两种效应并非自行车稳定性的关键因素。

这款特殊设计的自行车，不仅缺乏常见的自我控制特性，而且在运动过程中能够自动修正自身状态。在深入研究中，他们发现质量分布、转向倾斜轴等多种设计参数，以复杂的方式共同影响着自行车的稳定性。

尽管目前关于自行车稳定原理的研究仍在持续进行，但这些发现无疑为我们理解自行车的平衡之谜提供了全新的视角。