圆形之所以成为车轮的不二之选,而非其他形状,原因众多。
其一,从力学角度看,圆形车轮滚动时受力均匀。车轴在圆心,地面反作用力由圆心承受,车轴负担小,车辆行驶稳定。方形车轮支撑点在角上,受力不均,车轴负担重,易致行驶不稳。
其二,摩擦力方面,圆形车轮与地面接触面积小,摩擦力小,滚动轻松。且滚动中形变恢复能自动调整位置,提升稳定性。方形等其他形状与地面接触面积大,摩擦力大,滚动费力。
其三,制造和维修上,圆形车轮制造能用统一模具,成本低,维修时更换和修理也简单。方形车轮生产和使用易出问题。
其四,能源消耗上,圆形车轮滚动时形状优势能减少空气阻力,降低车辆能耗。方形车轮则可能增加空气阻力,不利于节能。
其五,滚动状态上,圆形能顺畅滚动。若为方形或三角形等,与地面接触面积大,滚动费力甚至无法滚动。
其六,当车轮在地面滚动,圆形能保证车轴始终处于同一高度平面,乘坐舒适无颠簸。而其他形状轮缘到圆心距离不等,会让人头晕。
此外,圆形的周长相对较短,能节省材料。而且圆形滚动摩擦阻力小于滑动摩擦阻力,车子行走更省劲。
总之,圆形车轮在力学性能、摩擦力、制造维修、能源消耗、滚动状态和节省材料等方面优势明显,故而不可被其他形状替代。
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