为什么超市购物车的脚轮能够自由转动

超市购物车

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。（刘延柱）

自行车前叉有助于保持稳定

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【关键词】空气动力学　稳定性