哪吒「風火輪」現實版：電動平衡車科學大解構｜星島教室

近期內地動畫電影《哪吒》大熱，相傳哪吒腳踏「風火輪」，瞬息千里、上天入地。時至今日，「風火輪」的幻想已化身為現實中的電動平衡車（Hoverboard），成為都市人短途代步的新寵。這類裝置憑藉靈活與速度，悄然穿梭於香港的街巷與郊野，卻也因潛藏的法律及安全風險，引發爭議。本文將從種類差異、科學原理、香港法規3方面，初步探討電動平衡車的新知識。

兩大類型

目前香港流行的電動平衡車主要分為兩類：

1. 電動滑板車（雙輪）

外形類似傳統滑板，配備雙輪與踏板，穩定性較高，適合初學者。

部分高階型號時速可達30公里，但因車身較重，緊急煞車時慣性衝力大，容易引發摔車事故。

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2. 電動單輪車

僅靠單輪與雙腳夾持維持平衡，體積輕巧如手提包，便於攜帶。

對駕駛者的平衡感要求極高，且因缺乏物理煞車裝置，須完全依賴重心後移減速，操作不慎易釀意外。

 

物理現象

電動平衡車的運作，核心仰賴3大科學原理：陀螺效應、重心反饋控制，以及動能轉換機制。這些原理共同構築了車輛的平衡與動力系統，卻也暗藏失控風險。

1. 陀螺效應：

自旋輪子的「不倒翁」魔法

「陀螺儀」是電動平衡車的「平衡守護者」。其核心為高速旋轉的飛輪，根據「角動量守恆定律」，旋轉物體的角動量方向會抵抗外力改變。當車身傾斜時，陀螺儀內部飛輪的旋轉軸會產生進動效應，即自動調整方向以抵消傾斜力矩，從而穩定車體。

• 物理公式：角動量L=Iω（I為轉動慣量；ω為角速度）
• 實際應用：陀螺儀每秒數千轉的高速旋轉，使其能即時感測車體姿態變化，並通過微處理器調整馬達輸出，維持動態平衡。

2. 重心反饋控制：

人車合一的「意念驅動」

電動平衡車的「前進」與「後退」，實質上是駕駛者重心位移與傳感器互動的結果。車內置的加速度傳感器與傾角傳感器，會即時偵測重心偏移角度（通常精確至0.1度）。

• 牛頓第二定律：當駕駛者前傾，傳感器便會將傾角數據轉換為加速度指令（a=F/m，其中F是合力，m是物體的質量，a是加速度），驅動馬達產生向前推力。
• 反向控制：後仰時系統降低馬達功率或反向輸出，實現減速或倒車。

此機制模擬了人體行走時的「自然平衡」——大腦透過小腦調節肌肉，而平衡車則以電子信號替代生物神經。然而，過度依賴重心控制可能導致「滯後效應」：若駕駛者突然大幅前傾，馬達須瞬間輸出高功率，易因反應不及而失控。

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3. 動能危機：

速度如何化身「隱形殺手」

電動平衡車的危險性，根源於動能隨速度平方增長的特性。以時速30公里（約8.33米/秒）為例：

• 動能公式：Ek=1/2 mv2（其中Ek代表動能，m代表質量（千克），v代表速度（米/秒））

假設車體加人體總重80公斤，動能Ek=0.5×80×(8.33)22,776焦耳（等同於從3米高處墜落的衝擊力）。

• 跳車衝擊：若跳車逃生，腳部須在短時間（約0.1秒）內吸收這股能量，根據衝量公式︰F=Δp/Δt（其中F代表淨外力的大小，ΔP代表動量的變化量，Δt代表外力作用的時間），腳掌承受的力可達27,760牛頓（約2,830公斤力），足以導致粉碎性骨折。

4. 路面變數

輪胎與地面的摩擦力（Ff=μN，其中μ為摩擦係數，N為正向力），既是行車動力，也是潛在危機：

• 濕滑路面：摩擦係數降低（如栢油路濕滑時μ0.3），車輪易打滑，陀螺儀便因無法有效反饋而失控。
• 顛簸地形：車體瞬間離地時，傳感器便失去參考基準，可能誤判為「自由落體」而停止輸出動力，導致落地後失衡。

法例規管

儘管電動平衡車風靡全球，香港現行法例卻對其使用設下嚴格框架：

《道路交通條例》第374章：將電動平衡車歸類為「汽車」，須領牌及投保方可上路。然而，運輸署以安全為由拒絕發牌，變相禁止所有公共道路使用。

康樂及文化事務署管轄範圍：公園、郊野公園等場地亦明文禁止使用，違禁者最高可罰款2000元及監禁3個月。

然而，法規模糊與執法寬鬆的矛盾，催生「灰色地帶」：

玩家多趁深夜出沒，或轉戰私人場地；

有活動愛好者參考台灣、澳洲等地的分級管理（如限速、限齡），取代一刀切禁令。

電動平衡車的便捷無可否認，但其風險與法規困境亦不容忽視。政府欲推動綠色出行，或可借鑑國際經驗，劃定專用車道、強制佩戴護具、規範車速上限，讓「風火輪」真正成為安全可靠的代步選擇。而玩家更須銘記：科技雖能賦予速度，惟有謹慎與尊重法律，方能駕馭自由。

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小思考，大智慧

1. 如果在私人屋苑內使用電動平衡車，是否合法？
2. 若因為使用電動平衡車受傷，保險會否賠償？

參考答案

1. 根據法例，只要場地屬於「私人物業範圍」且業主允許，即可合法使用。但須注意，若私人場地連通公共道路（如屋苑出入口），駛出後仍可能觸犯法例。
2. 香港保險業聯會明確指出，任何違法行為（如於公共道路行駛）均不受保單保障。換言之，若在禁區發生意外，醫療或責任賠償恐須自行承擔。

本欄逢周四刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：香港大學博士後研究員（人工智能）、教育評議會執委馮穎匡博士