車(chē)輪做成圓的有什么科學(xué)原理
車(chē)輪做成圓的科學(xué)原理有很多。
其一,省力。圓形能減少摩擦阻力,讓速度更快,效率更高,以滾動(dòng)代替人力或畜力的負(fù)重,運(yùn)動(dòng)時(shí)重心不變,不額外消耗動(dòng)力。
其二,平穩(wěn)。圓心到圓周各點(diǎn)距離相等,也就是半徑相同,車(chē)軸通過(guò)圓心,車(chē)輪滾動(dòng)時(shí)車(chē)軸到地面距離始終是半徑,行駛平穩(wěn)沒(méi)顛簸。比如車(chē)輪破了不圓,就會(huì)顛簸難行。
其三,滾動(dòng)摩擦力小。相比滑動(dòng)摩擦力更省勁,能在一定時(shí)間內(nèi)行駛出更遠(yuǎn)距離,既省時(shí)間又省油。
其四,節(jié)省材料。圓形車(chē)輪半徑相同,輪輻長(zhǎng)度一致,制造時(shí)能降低成本,強(qiáng)度分布均勻且更耐用。
其五,制造簡(jiǎn)單。工藝相對(duì)簡(jiǎn)便,易于自動(dòng)化生產(chǎn),還能方便用現(xiàn)成輪胎,降低成本。
其六,節(jié)省空間。安裝時(shí)占空間小,利于提升車(chē)內(nèi)空間利用率,適應(yīng)車(chē)型設(shè)計(jì)需要。
此外,圓的特性使得中心到邊緣距離處處相等,這讓車(chē)輪在滾動(dòng)時(shí)能保持穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)軌跡。要是車(chē)輪是方形,直角處與地面接觸會(huì)突然變向,產(chǎn)生巨大摩擦力和沖擊力,車(chē)輛運(yùn)動(dòng)極不穩(wěn)定難操控。而圓形車(chē)輪每點(diǎn)到中心距離相等,與地面接觸始終是穩(wěn)定線(xiàn)性關(guān)系,大大減少摩擦力和沖擊力,讓車(chē)輛平穩(wěn)順暢行駛。
而且圓形車(chē)輪行駛中旋轉(zhuǎn)慣性力均勻分布,各部分受力平衡,沒(méi)額外振動(dòng)和噪音。方形或三角形車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)各邊長(zhǎng)度和角度不同,會(huì)產(chǎn)生不均勻慣性力,導(dǎo)致振動(dòng)和噪音,影響舒適性和安全性。
除了物理原理,還和人類(lèi)對(duì)效率及舒適性的追求有關(guān)。早期人們就發(fā)現(xiàn)圓形車(chē)輪能提高行駛效率,因滾動(dòng)摩擦力小、沖擊力小,能省能量提速度,還能減少振動(dòng)和噪音,提高乘坐舒適性。并且圓形車(chē)輪適應(yīng)性和通用性好,不管在平坦公路還是崎嶇山路,都能穩(wěn)定行駛。