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为什么车轮是圆形论文(车轮为什么要做成圆形的论文)

圆形的轮子可以滚动,这是常识,我们见过的车轮,齿轮都是标准的圆形,但不是圆形的轮子也可以正常滚动,这你认为可能吗?

你先看看这个:

为什么车轮是圆形论文(车轮为什么要做成圆形的论文)插图

书本在三角形上推动,一点也没有起伏。如果把水杯放在三角形上推动,有趣的科学现象发生了,从视频中可以看到,如果将四个盛满水的高脚杯放在平行板上,下方就是不断移动的三角形,可让人感到意外的是,水杯中的水并没有因为三角形的推动,而导致水流出。

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即便是推动速度加快,水杯内的水也仅仅因为推动而产生晃动,并没有因为下方抖动而出现漏水的现象。

怎么样?神奇吧!

三角形在我们身边应用非常广泛,它本身具有良好的稳定性,一般很难稳定滚动,但为什么会如此呢?因为这里用到了一个神奇的几何形状:莱洛三角形。

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莱洛三角形(Reuleaux triangle)

是机械学家莱洛首先进行研究的。莱洛(Franz Reuleaux)一八二九~一久零五年,德国人。这个人可谓是全才。在教育界,当过ETH和柏林工业大学的教授和校长,当然了那个时代这两所学校还不叫现在的名字。在政界,他是一八七六年世界工业博览会德国代表团的主席,参与创立了德国的专利体系。

莱洛三角形它是一个宽度相同的凸形平面形状,不管曲线的方向如何。这个“不安分”的三角形也被称为弧三角形、圆弧三角形。它本身具有极高的稳定性,作为几何图形中的特殊存在,莱洛三角形看似是三角形,但它本身和圆形有着相同的特质,

要想得到莱洛三角形,最简单易懂的作法为先画正三角形,然后分别以三个顶点为圆心,边长为半径画弧所得到的三角形,就可以得到一个标准的莱洛三角形。

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莱洛三角形不是圆,可它在每个方向上的宽度都等于正三角形的边长,用它的形状做成滚轮,和圆形滚轮的效果是一样。

这是此类三角形旋转的一个例子,因为这个特点,该类三角形可用于做运输的轮子,搬东西会很稳定。

莱洛三角形还可以衍生出各种变形或三维的衍生形,也都有类似的特性。

但是,为什么生活中车轮都是圆形的而没有这种三角形的?一个原因是:形状制作技术要求高,边角受力大,材料不耐磨实用性差。还有一个原因是:圆形几何中心的稳定性好,圆的中轴(过圆心的轴)在圆转动的时候是保持高度不变的,始终是地面往上半径的高度。但是上面的莱洛三角形,它的几何中心是不稳定的,随着图形的转动上下跳动,这样是不适合做车轮的。

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也有人根据莱洛三角形打造出自行车,骑行的过程中虽然有所晃动。特殊设计使骑行者没有感到太明显的晃动产生,但毕竟这种车太费车轮。

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利用莱洛三角形原理还可以用钻头加工出方孔,原理就是固定宽度的曲线能够钻出方孔,所以莱洛三角形形状的钻头可钻出四角为圆弧的正方形的孔。

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莱洛在工业界,发明了300多种机械模型,被誉为动力学(kinematics)之父。动力学是一门研究机械以及组成机械的各个部件之间的运动关系的科学,被广泛应用于机械设计领域。比如:

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这是一个没有活塞的发动机气缸,转子的形状是莱洛三角形的。

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可以看到莱洛三角形转子把气缸分成三个独立空间,三个空间各自先后完成进气、压缩、做功和排气,三角转子自转一周,发动机点火做功三次,要知道四冲程发动机的曲轴每转两周发动机才做功一次,所以很容易做到高转速。

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这个发动机被日本马自达公司购买授权后,采用在某些型号的竞赛汽车上,一鸣惊人,速度噪声和重量大大优于传统发动机,可惜油耗和机械寿命还有不足。

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莱洛三角形甚至还能做成井盖,保证在材料最节省的情况下,井盖不会掉到井口里,因为在任何角度去测量其宽度,尺寸都是一致的。

声明:本文文本和图片参考多篇网络文章。

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