人类的发明成千上万,数不胜数,你知道最伟大的发明是什么?你可能会说是蒸汽机,可能说是发电机,或者说是电子计算机。其实,它们都不是。最伟大的发明应该是轮子。轮子不仅与生产、生活、交通运输和科学研究密切相关,而且还是其他发明的基础,以至于人们常常把轮子的发明和火的发明使用相提并论。车轮也是一种轮子。尽管车轮的种类很多,形态各异,像儿童玩具车的车轮、自行车的车轮、汽车的车轮等,但这些车轮有一个共同的特点:它们都是圆形的。车轮为什么都是圆形的呢?
我们知道,物体之间的摩擦有干摩擦和湿摩擦两种。干摩擦包括动摩擦和静摩擦,动摩擦又可分为滑动摩擦和滚动摩擦。在相同条件下,滚动摩擦比滑动摩擦小得多,它只有滑动摩擦的1/60到1/40。我们还知道,物理学中把力和物体在力的方向上移动距离的乘积叫做机械功,简称功。因此,一个物体对另一个物体做功必须具备两个条件:一是有力作用在另一个物体,二是这另一个物体必须在力的方向上移动一段距离。
当我们把车轮做成圆的形状时,车辆在地面正常行驶的时候,车轮是以滚动的形式相对于地面向前运动。这时,车轮要受到地面对它的动摩擦力的作用,这个动摩擦力是滚动摩擦力。由于滚动摩擦力远小于滑动摩擦力,因此,车轮行驶时受到的阻力很小。这样,不仅便于提高车辆行驶的速度,而且还能减少车辆行驶时消耗的能量。当车辆刹车时,车轮在刹车装置的作用下,停止转动,它不再沿地面向前滚动,而是随整个车辆一起向前滑动。这时,车轮与地面之间的摩擦力为滑动摩擦,车轮受到的摩擦力短时间内增大很多,有利于车辆刹车后减速停止。如果我们把车轮做成其他形状时,车辆在地面上行驶时,车轮只会在地面上滑动或翻转,而不会在地面上滚动,使车轮受到一个远远大于滚动摩擦力的滑动摩擦力,会使车辆行驶时受到的阻力增大很多,对车辆的行驶是极为不利的。
大家还知道,圆形边缘上的各点到圆心的距离是相等的,而三角形、长方形、正方形、菱形,甚至椭圆形,它们边缘上的各点到各自图形中心的距离是不相等的。这样,我们把车轮做成圆的形状时,在车辆行驶的时候,不管车轮在地面上滚动或者滑动时,车辆的重心相对于地面的高度总是保持不变,不会导致车辆在竖直方向上做忽上忽下的运动,使车辆在竖直方向移动一定的距离,当然也不需要车辆克服自身的重力做功了,也不再额外地消耗一定的能量了。当我们把车轮做成其他形状时,车辆在向前行驶时,车轮便随着车辆一起向前移动。由于车轮边缘到车轮轴心的距离不相等,会导致车辆忽高忽低,车辆的重心忽上忽下。不仅需要车辆去克服自身重力而额外做一些功,消耗更多的能量,而且,车辆上的人和货物还会处在不断的颠簸之中,感到很不舒服,货物有时也会受到损坏。
所以,各种车辆的车轮都要做成圆形的。据说,世界上最大的车轮是加拿大通用公司为矿区制作的一种巨无霸卡车的车轮,其直径超过4m。
来源:梁雪梅工作室的博客