為什麼汽車輪胎是圓的?

榮升吉祥


這個問題相當有意思,基本上算是一個對車輪設計的刨根問底式探究了。關於車輪為什麼是圓的這種問題,要討論的問題就很多了,不僅僅是物理學,恐怕更要從車輪誕生的歷史來說起。

歷史上輪子的發明

在輪子還沒有被髮明之前,人們搬運重物只能靠在地上拖動,重力和摩擦力沒有任何途徑能夠被減小,因此搬運是一件十分耗費人力的事情。在勞動實踐中,善於觀察的人類發現只要在重物下面枕上多根圓木,就可以輕鬆拖動重物,因此這種方式一時間就得到了廣泛的運用。不管是我國古代書籍中記載的勞動場景還是古埃及人建造金字塔時,都曾大規模使用過這種運物方式。原木滾動可以將滑動摩擦巧妙地轉變成滾動摩擦,因此摩擦力大大降低,這就是省力的基本原理,同樣也是車輪的最早原型。但是這時候的“輪子”並沒有軸,效率依然不算特別高。


6000年前人類發明了車輪

原木滾動並不能算真正意義上的車輪,因為原木是一直在相對於貨物向後移動的,也就是說需要人們不斷地將最後面的原木搬到最前面去,才能讓它們重複地進行工作。那麼有什麼辦法可以一勞永逸地利用滾動摩擦呢?有一種說法是6000年前在美索不達米亞、高加索及中歐等地出現了真正的車輪,它的基本原理和今天的車輪沒有什麼區別,結構分為“輪”和“軸”兩部分,軸與貨物相對靜止,而輪圍繞軸做旋轉運動。早期的輪子是木製的,其實就是一整截圓木。


自從車輪誕生之後,給人類的生活帶來了很多變化,它不僅推動了人們提升了貨運效率,還促進了機械結構的發展,進而出現了類似齒輪、紡車、水車等等的發明和進化。可以說車輪結構是一項人類歷史上意義重大的發明。當今社會我們看到的車輪似乎早已覺得平淡無奇,但其實已經是非常高科技的產物。


輪子為什麼要用圓形?

在本質上,滾動利用的就是力矩效應,讓物體以儘可能避免產生靜摩擦的方式向前進行翻滾運動。滾動時,物體與地面的接觸點作為支點(中心點),施力點與支點間的垂直距離就是力臂,這樣就形成了一個滾動力矩。也就是說這要能在一個物體上產生支點、施力點和力臂,就可以讓它滾動。

對於古代的原木來說,支點是原木的觸地點,施力點是原木與石塊的接觸點,而力臂是原木截面的直徑。


對於現代車輪來說,支點是輪胎與地面接觸點,施力點是軸心,而力臂是車輪的半徑。


也就說,其實不光是圓形,還有很多其他形狀的物體都可以在地面上滾動,比如橢圓、多邊形等等。但不同形狀的物體在滾動時所表現出的運動特性是完全不一樣的,只有圓形表現出的各項特性才最符合我們在運送重物時的需求。那麼圓形車輪具體都有哪些優勢呢?

1、旋轉過程中力臂長度始終相等(近似於圓心至車輪觸地點),這樣只要控制驅動車輪的力,就可以控制車輪的輸出力矩,也就是我們所說的輪上扭矩。


2、車輪轉動到任何一個角度,圓心到地面的距離都是恆定的,這樣就不會造成圓心(也就是軸心)上下浮動的問題,否則的話車輛就會出現上下跳動的情況。(想象一下那樣駕駛的感受,是不是很刺激)


3、圓滑的輪廓和恆定的半徑決定了它在滾動時,前進速度也是平滑線性的,而不會出現忽快忽慢的情況。


車輪的主要結構


當代汽車的車輪設計已經相當的成熟,其工藝也日漸複雜。看似平常的車輪上每一個細節都體現了人類偉大的智慧。

輪胎

車輪的最外層邊緣,由橡膠材質構成。輪胎的作用就是直接與地面接觸,增加摩擦力,並承擔一部分減震的功能。

輪框

也就是安裝輪胎的基座。輪框的圓度非常重要,因為它是構成車輪形狀的主要因素,由於輪胎是軟的,因此輪框才是直接決定車輪圓度的關鍵部分。

輪轂

也就是車輪的中心部分,輪轂的作用是連接中心軸承和輪框,使輪框的幾何中心始終與軸心重合。如今出於輕量化和美觀的目的,輪轂的造型也是最有設計感的部分,當然製作工藝也越來越複雜。

軸承

軸承是將靜態車身與動態車輪相連接的重要部分。可以說有沒有軸承設計是區別輪子與原木的重要標誌。


綜上所述,汽車輪子設計成圓形是祖先們的智慧留給後人的靈感,是最省力也最舒適的一種方式。許許多多今天司空見慣的東西上面其實都能見到它們過去的影子,有機會我們再接著聊。

只講真話的硬核系說車,關注“馬頭人車庫”


馬頭人車庫


第一點,假如輪子是方的或其它非圓形狀,那麼在車輪安裝過程就可能存在不同步的情況,即一個輪子著地另一個輪子懸空,其帶來的問題就是車身的穩定性不足。第二點,假如非圓輪高速運轉時,起受到的衝擊力相對圓輪要大的多,且集中在某幾個部位,帶來的問題就是可能因為衝擊過大兒解體。


冬天的白樺林632


非常喜歡回答你這個問題,因為這個問題問得太可愛了。

汽車輪胎為什麼會是圓的?

因為根據世界通史記載,早在幾千年前的古埃及人就知道利用圓木搬運巨大的石塊,後來人們又從圓木的滾動中得到啟迪,將樹幹鋸成圓片而做成車輪。

車輪之所以做成圓的,就是因為圓形可以減少摩擦阻力,加快速度,提高效率。


寫手龐永華的陝南生活


為了安全唄 非純圓形必然跑偏
不是圓形,還能是方的麼?

希望能幫到您

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V服愛車


滾動能力強

1,因為圓的不管朗個轉, 都是圓的, 不會因哪一邊窄一點會掉下去,

2,運輸方便, 可以打滾兒,

3,節約材料, 相同大的面積, 用更少的材料,

4,圓形物品本身也是美學元素之一,

5,圓形物品的設計主要是有利於均勻分散物體受到的壓力,使其不至破損。


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