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为什么超市购物车的脚轮能够自由转动

黄飞老师

　　超市里的购物车，或者机场里运行李的手推车，下方都有4个脚轮。仔细观察就可以发现，脚轮的轮轴和车体并不固定，而是可以绕垂直轴自由旋转。因为轮轴如果和车体固定，脚轮就只能朝前直行，车子就不能拐弯了。

　　此外还可以发现，当你推车前进时，脚轮总是跟随在旋转轴的后方。如果从前进改为后退，脚轮就会突然绕垂直轴转过180°，还是处于跟随旋转轴的位置。一般情况下，脚轮的滚动方向必须和前进方向保持一致才能使购物车顺当地运动。一旦脚轮的滚动方向和车体前进方向不一致，地面的摩擦力就会对前方的垂直旋转轴产生力矩，推动脚轮转到与行走方向一致的位置。

　　和购物车的脚轮相似，自行车也有类似的现象。如果将自行车前叉的旋转轴延长到地面，它和地面的交点总是位于前轮和地面接触点的前面。当你手扶坐垫向前推车时，前轮很顺从地跟随前进方向。如果向后倒退推车，前轮和前叉的相对位置正好相反，侧向摩擦力的推动方向也相反，前轮就会左右摇晃。

　　自行车的前叉旋转轴和前轮与地面接触点之间的相对位置，对于保证自行车的行驶稳定性有非常重要的作用。要了解这种作用，可以专门制作一辆特殊的自行车，使自行车前叉的`旋转轴延长线与地面的交点位于前轮和地面接触点的后面。骑上这种特殊的自行车，任凭你的骑车技术如何高明，自行车都不能稳定。

　　虽然自行车自发明以来已有200多年历史，但是要解释为什么静止的自行车一推就倒，骑行起来却稳定不倒的力学原理，却并不很容易。上面提到的前轮旋转轴的位置就是影响自行车稳定性的重要因素，甚至比车轮旋转时的惯性作用更为重要。

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