为什么汽车轮胎是圆的(轮胎为什么是圆的)

相当有意思，基本上算是一个对车轮设计的刨根问底式探究了。关于车轮为什么是圆的这种问题，要讨论的问题就很多了，不仅仅是物理学，恐怕更要从车轮诞生的历史来说起。

历史上轮子的发明

在轮子还没有被发明之前，人们搬运重物只能靠在地上拖动，重力和摩擦力没有任何途径能够被减小，因此搬运是一件十分耗费人力的事情。在劳动实践中，善于观察的人类发现只要在重物下面枕上多根圆木，就可以轻松拖动重物，因此这种方式一时间就得到了广泛的运用。不管是我国古代书籍中记载的劳动场景还是古埃及人建造金字塔时，都曾大规模使用过这种运物方式。原木滚动可以将滑动摩擦巧妙地转变成滚动摩擦，因此摩擦力大大降低，这就是省力的基本原理，同样也是车轮的最早原型。但是这时候的“轮子”并没有轴，效率依然不算特别高。

6000年前人类发明了车轮

原木滚动并不能算真正意义上的车轮，因为原木是一直在相对于货物向后移动的，也就是说需要人们不断地将最后面的原木搬到最前面去，才能让它们重复地进行工作。那么有什么办法可以一劳永逸地利用滚动摩擦呢？有一种说法是6000年前在美索不达米亚、高加索及中欧等地出现了真正的车轮，它的基本原理和今天的车轮没有什么区别，结构分为“轮”和“轴”两部分，轴与货物相对静止，而轮围绕轴做旋转运动。早期的轮子是木制的，其实就是一整截圆木。

自从车轮诞生之后，给人类的生活带来了很多变化，它不仅推动了人们提升了货运效率，还促进了机械结构的发展，进而出现了类似齿轮、纺车、水车等等的发明和进化。可以说车轮结构是一项人类历史上意义重大的发明。当今社会我们看到的车轮似乎早已觉得平淡无奇，但其实已经是非常高科技的产物。

轮子为什么要用圆形？

在本质上，滚动利用的就是力矩效应，让物体以尽可能避免产生静摩擦的方式向前进行翻滚运动。滚动时，物体与地面的接触点作为支点（中心点），施力点与支点间的垂直距离就是力臂，这样就形成了一个滚动力矩。也就是说这要能在一个物体上产生支点、施力点和力臂，就可以让它滚动。

对于古代的原木来说，支点是原木的触地点，施力点是原木与石块的接触点，而力臂是原木截面的直径。

对于现代车轮来说，支点是轮胎与地面接触点，施力点是轴心，而力臂是车轮的半径。

也就说，其实不光是圆形，还有很多其他形状的物体都可以在地面上滚动，比如椭圆、多边形等等。但不同形状的物体在滚动时所表现出的运动特性是完全不一样的，只有圆形表现出的各项特性才最符合我们在运送重物时的需求。那么圆形车轮具体都有哪些优势呢？

1、旋转过程中力臂长度始终相等（近似于圆心至车轮触地点），这样只要控制驱动车轮的力，就可以控制车轮的输出力矩，也就是我们所说的轮上扭矩。

2、车轮转动到任何一个角度，圆心到地面的距离都是恒定的，这样就不会造成圆心（也就是轴心）上下浮动的问题，否则的话车辆就会出现上下跳动的情况。（想象一下那样驾驶的感受，是不是很刺激）

3、圆滑的轮廓和恒定的半径决定了它在滚动时，前进速度也是平滑线性的，而不会出现忽快忽慢的情况。

车轮的主要结构

当代汽车的车轮设计已经相当的成熟，其工艺也日渐复杂。看似平常的车轮上每一个细节都体现了人类伟大的智慧。

轮胎

车轮的最外层边缘，由橡胶材质构成。轮胎的作用就是直接与地面接触，增加摩擦力，并承担一部分减震的功能。

轮框

也就是安装轮胎的基座。轮框的圆度非常重要，因为它是构成车轮形状的主要因素，由于轮胎是软的，因此轮框才是直接决定车轮圆度的关键部分。

轮毂

也就是车轮的中心部分，轮毂的作用是连接中心轴承和轮框，使轮框的几何中心始终与轴心重合。如今出于轻量化和美观的目的，轮毂的造型也是最有设计感的部分，当然制作工艺也越来越复杂。

轴承

轴承是将静态车身与动态车轮相连接的重要部分。可以说有没有轴承设计是区别轮子与原木的重要标志。

综上所述，汽车轮子设计成圆形是祖先们的智慧留给后人的灵感，是最省力也最舒适的一种方式。许许多多今天司空见惯的东西上面其实都能见到它们过去的影子，有机会我们再接着聊。