車輪做成圓的有什么科學(xué)原理
車輪做成圓的科學(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,以滾動代替人力或畜力的負重,運動時重心不變,不額外消耗動力。
其二,平穩(wěn)。圓心到圓周各點距離相等,也就是半徑相同,車軸通過圓心,車輪滾動時車軸到地面距離始終是半徑,行駛平穩(wěn)沒顛簸。比如車輪破了不圓,就會顛簸難行。
其三,滾動摩擦力小。相比滑動摩擦力更省勁,能在一定時間內(nèi)行駛出更遠距離,既省時間又省油。
其四,節(jié)省材料。圓形車輪半徑相同,輪輻長度一致,制造時能降低成本,強度分布均勻且更耐用。
其五,制造簡單。工藝相對簡便,易于自動化生產(chǎn),還能方便用現(xiàn)成輪胎,降低成本。
其六,節(jié)省空間。安裝時占空間小,利于提升車內(nèi)空間利用率,適應(yīng)車型設(shè)計需要。
此外,圓的特性使得中心到邊緣距離處處相等,這讓車輪在滾動時能保持穩(wěn)定運動軌跡。要是車輪是方形,直角處與地面接觸會突然變向,產(chǎn)生巨大摩擦力和沖擊力,車輛運動極不穩(wěn)定難操控。而圓形車輪每點到中心距離相等,與地面接觸始終是穩(wěn)定線性關(guān)系,大大減少摩擦力和沖擊力,讓車輛平穩(wěn)順暢行駛。
而且圓形車輪行駛中旋轉(zhuǎn)慣性力均勻分布,各部分受力平衡,沒額外振動和噪音。方形或三角形車輪轉(zhuǎn)動時各邊長度和角度不同,會產(chǎn)生不均勻慣性力,導(dǎo)致振動和噪音,影響舒適性和安全性。
除了物理原理,還和人類對效率及舒適性的追求有關(guān)。早期人們就發(fā)現(xiàn)圓形車輪能提高行駛效率,因滾動摩擦力小、沖擊力小,能省能量提速度,還能減少振動和噪音,提高乘坐舒適性。并且圓形車輪適應(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。