你知道车轮为什么做成圆的吗(用科学的方法解释给你听)

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2020年3月22日00:26:57 评论 3,929

  我们每天都开车、坐车,对开车可谓驾轻就熟,可是汽车上还有很多不起眼的小功能、零部件并非我们所熟知。比如轮胎。

  虽然轮胎是一个再普通不过的汽车零部件,可它还是充满了很多奥秘, 比如为什么它是圆的。那么这次车突突就盘点一些汽车轮胎方面的冷知识。

  你知道车轮为什么做成圆的吗(用科学的方法解释给你听)

  为什么轮胎是圆的

  先排除安装难易的问题,首先来说说为什么圆形车轮才能让汽车平稳运行。

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  如图黑色部分,A、B表示车轮边缘上的两点,O表示车轮的轴心,那么就有:

  OA的长度=OB的长度

  而以C为车轮边缘上的任意一点,要是满足车轮能平稳滚动的话,应该满足:OC=OA。

  要是轮胎不是圆形的会产生怎样的后果呢?

  从图上蓝色部分来看,OC的长度与OA不同,所以在滚动过程中轮胎轴心就会上下跳动。想想看,如果骑着一个方形轮胎的自行车,会是怎样一种体验?

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  为什么汽车轮胎标号末尾都是5?

  我们都知道汽车轮胎的编号通常是205/45 R17这样的格式,其中205这个数字代表汽车轮胎断面宽度位205mm。常见汽车轮胎宽度从小型车的165、185、195,再到中型车乃至大型车用的225、245、275,可是问题来了,为什么汽车轮胎宽度都是以5结束?

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  在设计和制造轮胎的时候,需要考虑的因素非常多,其中非常重要的一点是满足车型适配与遵循行业标准。

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  这就好比电脑的USB接口一样,是一个硬性的尺寸标准。虽然可以被设计成不同的形状与造型,但最终他们都能满足插入和兼容各种电脑的USB接口,并读取或者写入数据。

  轮胎的宽度并不是一开始就预设好的,每家制造商都有自己的标准,不过为了满足不同汽车厂商的要求,轮胎制造商根据汽车厂商需求,满足在一个尺寸范围内的最小抓地力、最大速度、最大承载力、成本等条件,最后渐渐发展成为了国际标准。

  其实,他们的宽度并不全是205mm,也可能是203mm、204mm或者是206mm,可要是用这些不同的数据来标注他们的型号,那么轮胎的种类就会非常繁多。因为大多尾数都接近5,这个标准就折中取了个5。通过下表就可以发现,很多轮胎实际宽度并非是以5结尾。

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  所以你看,工程师有时候并非我们想象中的那么勤劳!

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  接触面越大摩擦力越大,为什么轮胎还要有花纹?

  学过物理的人都知道,接触面越大,摩擦力越大。在胎面上抠出花纹来,接触面积变小了,抓地力会变差,那为什么还要抠呢?

  你知道车轮为什么做成圆的吗(用科学的方法解释给你听)

  其实这是一个综合性的问题。第一,轮胎和地面并非是刚性的,在接触时会产生变形、相互咬合,这样汽车就不仅仅依赖于轮胎和路面之间的摩擦力,还有相互之间的推力,就像齿轮一样。

  第二,我们买了车不可能只在晴天时驾驶,还要面对雨雪、泥地等,如果没有花纹,就会产生打滑的现象。试想,如果没有花纹的轮胎在雨后的路面行驶,就会像···

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  为什么轮胎是黑色的?

  关于轮胎为什么是黑色的,车图腾曾发布过一篇文章:终于知道汽车轮胎为什么都是黑色的了|涨姿势进行过解读。

  其实,汽车工业最开始的时候存在很多其他颜色的轮胎,比如白色。这是由于轮胎生产时加入的添加剂不固定,导致轮胎的颜色有很多,但是耐久性和抗老化能力很差。为了提高轮胎的耐用性,科学家想到了碳元素与碳氢化合物高温凝聚的工艺,使得抗老化等性能大大提高,只是炭黑的存在,导致轮胎呈黑色,就像包公一样。

  你知道车轮为什么做成圆的吗(用科学的方法解释给你听)

  在之后的很多年,很多轮胎公司为了显示自己的身份地位不同,也研制了很多加入其他添加剂使轮胎颜色不同的方法,但是时间长了颜色会掉,会老化变色,成本也会提高很多。所以黑色轮胎一直占据着轮胎生产线的主导地位。

  为什么汽车轮胎看起来是倒着转?

  其实这并非一个运动学问题,而是光学问题。因为人眼对图像的捕捉速度没有那么快,如果所看的画面的帧速率高于10-12 FPS的时候,就人眼就会傻傻分不清,从而认为图像是连续的。

  画一个简单的图来直观感受一下:

  你知道车轮为什么做成圆的吗(用科学的方法解释给你听)

  假如轮胎每秒旋转1.2圈,同时人眼每秒只能捕捉一次图像,那么每次看到红线的时候,都会误认为是在往前转,从而感觉轮胎在向前旋转。

  你知道车轮为什么做成圆的吗(用科学的方法解释给你听)

  而假如轮胎再快点,每秒旋转1.8圈,那么每次看到红线的时候,就会误以为是轮胎在往后旋转。

  其实,在相同车速的情况下,轮胎的尺寸、轮辐数量也会影响这种视觉效果,一般来说,车速越高,越会造成这种视觉假象,所以有时候我们在路上看到很多车的车轮似乎是在快速倒退,其实很可能是它在快速向前飞奔。

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