哪吒「风火轮」现实版：电动平衡车科学大解构｜星岛教室

近期内地动画电影《哪吒》大热，相传哪吒脚踏「风火轮」，瞬息千里、上天入地。时至今日，「风火轮」的幻想已化身为现实中的电动平衡车（Hoverboard），成为都市人短途代步的新宠。这类装置凭借灵活与速度，悄然穿梭于香港的街巷与郊野，却也因潜藏的法律及安全风险，引发争议。本文将从种类差异、科学原理、香港法规3方面，初步探讨电动平衡车的新知识。

两大类型

目前香港流行的电动平衡车主要分为两类：

1. 电动滑板车（双轮）

外形类似传统滑板，配备双轮与踏板，稳定性较高，适合初学者。

部分高阶型号时速可达30公里，但因车身较重，紧急煞车时惯性冲力大，容易引发摔车事故。

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2. 电动单轮车

仅靠单轮与双脚夹持维持平衡，体积轻巧如手提包，便于携带。

对驾驶者的平衡感要求极高，且因缺乏物理煞车装置，须完全依赖重心后移减速，操作不慎易酿意外。

物理现象

电动平衡车的运作，核心仰赖3大科学原理：陀螺效应、重心反馈控制，以及动能转换机制。这些原理共同构筑了车辆的平衡与动力系统，却也暗藏失控风险。

1. 陀螺效应：

自旋轮子的「不倒翁」魔法

「陀螺仪」是电动平衡车的「平衡守护者」。其核心为高速旋转的飞轮，根据「角动量守恒定律」，旋转物体的角动量方向会抵抗外力改变。当车身倾斜时，陀螺仪内部飞轮的旋转轴会产生进动效应，即自动调整方向以抵消倾斜力矩，从而稳定车体。

• 物理公式：角动量L=Iω（I为转动惯量；ω为角速度）
• 实际应用：陀螺仪每秒数千转的高速旋转，使其能即时感测车体姿态变化，并通过微处理器调整马达输出，维持动态平衡。

2. 重心反馈控制：

人车合一的「意念驱动」

电动平衡车的「前进」与「后退」，实质上是驾驶者重心位移与传感器互动的结果。车内置的加速度传感器与倾角传感器，会即时侦测重心偏移角度（通常精确至0.1度）。

• 牛顿第二定律：当驾驶者前倾，传感器便会将倾角数据转换为加速度指令（a=F/m，其中F是合力，m是物体的质量，a是加速度），驱动马达产生向前推力。
• 反向控制：后仰时系统降低马达功率或反向输出，实现减速或倒车。

此机制模拟了人体行走时的「自然平衡」——大脑透过小脑调节肌肉，而平衡车则以电子信号替代生物神经。然而，过度依赖重心控制可能导致「滞后效应」：若驾驶者突然大幅前倾，马达须瞬间输出高功率，易因反应不及而失控。

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3. 动能危机：

速度如何化身「隐形杀手」

电动平衡车的危险性，根源于动能随速度平方增长的特性。以时速30公里（约8.33米/秒）为例：

• 动能公式：Ek=1/2 mv2（其中Ek代表动能，m代表质量（千克），v代表速度（米/秒））

假设车体加人体总重80公斤，动能Ek=0.5×80×(8.33)22,776焦耳（等同于从3米高处坠落的冲击力）。

• 跳车冲击：若跳车逃生，脚部须在短时间（约0.1秒）内吸收这股能量，根据冲量公式︰F=Δp/Δt（其中F代表净外力的大小，ΔP代表动量的变化量，Δt代表外力作用的时间），脚掌承受的力可达27,760牛顿（约2,830公斤力），足以导致粉碎性骨折。

4. 路面变数

轮胎与地面的摩擦力（Ff=μN，其中μ为摩擦系数，N为正向力），既是行车动力，也是潜在危机：

• 湿滑路面：摩擦系数降低（如栢油路湿滑时μ0.3），车轮易打滑，陀螺仪便因无法有效反馈而失控。
• 颠簸地形：车体瞬间离地时，传感器便失去参考基准，可能误判为「自由落体」而停止输出动力，导致落地后失衡。

法例规管

尽管电动平衡车风靡全球，香港现行法例却对其使用设下严格框架：

《道路交通条例》第374章：将电动平衡车归类为「汽车」，须领牌及投保方可上路。然而，运输署以安全为由拒绝发牌，变相禁止所有公共道路使用。

康乐及文化事务署管辖范围：公园、郊野公园等场地亦明文禁止使用，违禁者最高可罚款2000元及监禁3个月。

然而，法规模糊与执法宽松的矛盾，催生「灰色地带」：

玩家多趁深夜出没，或转战私人场地；

有活动爱好者参考台湾、澳洲等地的分级管理（如限速、限龄），取代一刀切禁令。

电动平衡车的便捷无可否认，但其风险与法规困境亦不容忽视。政府欲推动绿色出行，或可借鉴国际经验，划定专用车道、强制佩戴护具、规范车速上限，让「风火轮」真正成为安全可靠的代步选择。而玩家更须铭记：科技虽能赋予速度，惟有谨慎与尊重法律，方能驾驭自由。

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小思考，大智慧

1. 如果在私人屋苑内使用电动平衡车，是否合法？
2. 若因为使用电动平衡车受伤，保险会否赔偿？

参考答案

1. 根据法例，只要场地属于「私人物业范围」且业主允许，即可合法使用。但须注意，若私人场地连通公共道路（如屋苑出入口），驶出后仍可能触犯法例。
2. 香港保险业联会明确指出，任何违法行为（如于公共道路行驶）均不受保单保障。换言之，若在禁区发生意外，医疗或责任赔偿恐须自行承担。

本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。

文：香港大学博士后研究员（人工智能）、教育评议会执委冯颖匡博士