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现代的汽车、火车、电动车(图1)等各种各样车的车轮无有不是圆形的,车轮为什么是圆形的?你思考过吗?要说明这个问题。首先要知道下面所述:车是怎样发明的。
很早的时候,人们就知道:在平地上推动一个重物,要费很大的力气。如果把重物放在乎板上,下面放几根圆柱形的木头,就可以比较容易地把它推(拉)走(图2)。用物理知识解释,就是把原来的滑动摩擦改变成滚动摩擦,减少了重物与地面的接触面积,从而大大地减小了摩擦的缘故[注:仅就滑动摩擦而言,摩擦力大小与接触面积无关(见本刊2007年第六期中册)]。人们在实践过程中,发现重物在圆形木头上面滚动时,不会上下起伏,位置稳定。由此受到启示:把这种推物装置,改制成车,起滚动作用的木头,改进成为圆形车轮,车行驶在乎坦的路上车轮连续滚动并保持车身与地面的距离不变,使行进平稳。所谓的“车如流水”,除表示车很多外,还表示行车时的平稳状态。
从此,制成的各种各样的车,都要求车轮能够连续转(滚)动,运行平稳,运转长久,制造车轮要达到具有这些性能,在形状上一定要做成圆的。为什么呢?这是因为圆有下列的性质:
(1)从圆的定义可知:圆具有圆心,圆心到圆周曲线上的任一点的距离(半径)都相同;同圆或等圆的直径相等。因此,车轮的轴承设置在圆心位置而固定在轴上,当车轮放在地上就可连续转(滚)动;并在车轮滚动时,占地的宽度总是一样的。这样,就可达到运转平稳。
(2)圆是弯曲程度一样的曲线。也就是说圆上不能哪一部分弯曲都一样,不像抛物线、双曲线等——有的地方弯得厉害些,有的地方就直一些。圆除了是轴对称图形和中心对称图形外,还是旋转对称图形,即围绕圆心,旋转任意角度,它都与原来的位置重合。所以圆形车轮在地上滚动时,时时刻刻都一样,既不会忽快忽慢,所用力也不需时大时小,从而达到运行平稳。
(3)圆是“极小的”曲线,即在具有相同的面积的一切封闭曲线中,周长最小的是圆。因此,用圆形车轮比较节省材料,且比较坚固,如自行车的车轮多是用几十根钢丝辐条把车圈与轴承连接起来(图6),这样的车轮,即比较节省材料,比较坚固,能运转长久。
综上所述,车轮都做成圆形的。想一想,如果把车轮制成方形,我们坐车的感觉将会如何,坐车还是一种享受吗?
很早的时候,人们就知道:在平地上推动一个重物,要费很大的力气。如果把重物放在乎板上,下面放几根圆柱形的木头,就可以比较容易地把它推(拉)走(图2)。用物理知识解释,就是把原来的滑动摩擦改变成滚动摩擦,减少了重物与地面的接触面积,从而大大地减小了摩擦的缘故[注:仅就滑动摩擦而言,摩擦力大小与接触面积无关(见本刊2007年第六期中册)]。人们在实践过程中,发现重物在圆形木头上面滚动时,不会上下起伏,位置稳定。由此受到启示:把这种推物装置,改制成车,起滚动作用的木头,改进成为圆形车轮,车行驶在乎坦的路上车轮连续滚动并保持车身与地面的距离不变,使行进平稳。所谓的“车如流水”,除表示车很多外,还表示行车时的平稳状态。
从此,制成的各种各样的车,都要求车轮能够连续转(滚)动,运行平稳,运转长久,制造车轮要达到具有这些性能,在形状上一定要做成圆的。为什么呢?这是因为圆有下列的性质:
(1)从圆的定义可知:圆具有圆心,圆心到圆周曲线上的任一点的距离(半径)都相同;同圆或等圆的直径相等。因此,车轮的轴承设置在圆心位置而固定在轴上,当车轮放在地上就可连续转(滚)动;并在车轮滚动时,占地的宽度总是一样的。这样,就可达到运转平稳。
(2)圆是弯曲程度一样的曲线。也就是说圆上不能哪一部分弯曲都一样,不像抛物线、双曲线等——有的地方弯得厉害些,有的地方就直一些。圆除了是轴对称图形和中心对称图形外,还是旋转对称图形,即围绕圆心,旋转任意角度,它都与原来的位置重合。所以圆形车轮在地上滚动时,时时刻刻都一样,既不会忽快忽慢,所用力也不需时大时小,从而达到运行平稳。
(3)圆是“极小的”曲线,即在具有相同的面积的一切封闭曲线中,周长最小的是圆。因此,用圆形车轮比较节省材料,且比较坚固,如自行车的车轮多是用几十根钢丝辐条把车圈与轴承连接起来(图6),这样的车轮,即比较节省材料,比较坚固,能运转长久。
综上所述,车轮都做成圆形的。想一想,如果把车轮制成方形,我们坐车的感觉将会如何,坐车还是一种享受吗?