生活中的初中物理（21）——车轮为什么是圆形的

有成千上万的人类发明。你知道最伟大的发明是什么吗？你可以说蒸汽机、发电机或计算机。事实上，他们不是。最伟大的发明应该是*。*不仅与生产、生活、运输和科学研究密切相关，而且是其他发明的基础，因此人们经常把*的发明与火的发明相比较。*也是*的一种。尽管有许多不同形状的*，如儿童玩具车、自行车和汽车的*，但这些*有一个共同点:它们都是圆的。为什么所有的*都是圆的？

我们知道物体之间有两种摩擦:干摩擦和湿摩擦。干摩擦包括动摩擦和静摩擦。动摩擦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，后者仅为滑动摩擦的1/60至1/40。我们还知道，在物理学中，力和物体在力的方向上移动的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满足两个条件:一个是对另一个物体施加强大的力，另一个物体必须在力的方向上移动一定的距离。

当我们绕过车轮时，当车辆在地面上正常行驶时，车轮以滚动的形式相对于地面向前移动。这时，车轮受到地面对它的动态摩擦力，即滚动摩擦力。因为滚动摩擦力比滑动摩擦力小得多，所以车轮运行的阻力非常小。这样，不仅便于提高车辆的速度，而且可以减少车辆行驶时消耗的能量。当车辆制动时，车轮在制动装置的作用下停止转动，不再沿着地面向前滚动，而是随着整个车辆向前滑动。此时，车轮与地面之间的摩擦力为滑动摩擦，车轮受到的摩擦力在短时间内增加很多，这有利于车辆制动后的减速和停车。如果我们将车轮做成其他形状，当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，因此车轮会受到比滚动摩擦力大得多的滑动摩擦力，这将大大增加车辆在行驶过程中遇到的阻力，对车辆的行驶极为不利。

还已知从圆的边缘上的每个点到圆的中心的距离是相等的，而从三角形、矩形、正方形、菱形或甚至椭圆形的边缘上的每个点到相应图形的中心的距离不相等。这样，当我们将车轮做成圆形时，无论车轮是否在地面上滚动或滑动，车辆重心相对于地面的高度将始终保持不变，这不会导致车辆在垂直方向上上下移动，从而导致车辆在垂直方向上移动一定距离。当然，车辆不需要克服自身重力来做功，也不会消耗任何额外的能量。当我们把*做成其他形状时，当车辆向前移动时，*也跟着车辆一起向前移动。由于车轮边缘和车轮轴心之间的距离不相等，车辆会上升和下降，车辆的重心也会上升和下降。车辆不仅需要克服自身的重力来做一些额外的工作和消耗更多的能量，而且车上的人和货物将会处于持续的颠簸中，感觉非常不舒服，并且货物有时会被损坏。

因此，各种车辆的车轮都应该是圆形的。据说世界上最大的*是加拿大通用公司为矿区制造的巨型卡车的*，直径超过4米。