歷史上輪子的發明

在輪子還沒有被髮明之前，人們搬運重物只能靠在地上拖動，重力和摩擦力沒有任何途徑能夠被減小，因此搬運是一件十分耗費人力的事情。在勞動實踐中，善於觀察的人類發現只要在重物下面枕上多根圓木，就可以輕鬆拖動重物，因此這種方式一時間就得到了廣泛的運用。不管是中國古代書籍中記載的勞動場景還是古埃及人建造金字塔時，都曾大規模使用過這種運物方式。原木滾動可以將滑動摩擦巧妙地轉變成滾動摩擦，因此摩擦力大大降低，這就是省力的基本原理，同樣也是車輪的最早原型。但是這時候的“輪子”並沒有軸，效率依然不算特別高。

6000年前人類發明了車輪

原木滾動並不能算真正意義上的車輪，因為原木是一直在相對於貨物向後移動的，也就是說需要人們不斷地將最後面的原木搬到最前面去，才能讓它們重複地進行工作。那麼有什麼辦法可以一勞永逸地利用滾動摩擦呢？有一種說法是6000年前在美索不達米亞、高加索及中歐等地出現了真正的車輪，它的基本原理和今天的車輪沒有什麼區別，結構分為“輪”和“軸”兩部分，軸與貨物相對靜止，而輪圍繞軸做旋轉運動。早期的輪子是木製的，其實就是一整截圓木。

自從車輪誕生之後，給人類的生活帶來了很多變化，它不僅推動了人們提升了貨運效率，還促進了機械結構的發展，進而出現了類似齒輪、紡車、水車等等的發明和進化。可以說車輪結構是一項人類歷史上意義重大的發明。當今社會我們看到的車輪似乎早已覺得平淡無奇，但其實已經是非常高科技的產物。

輪子為什麼要用圓形？

在本質上，滾動利用的就是力矩效應，讓物體以儘可能避免產生靜摩擦的方式向前進行翻滾運動。滾動時，物體與地面的接觸點作為支點（中心點），施力點與支點間的垂直距離就是力臂，這樣就形成了一個滾動力矩。也就是說這要能在一個物體上產生支點、施力點和力臂，就可以讓它滾動。

對於古代的原木來說，支點是原木的觸地點，施力點是原木與石塊的接觸點，而力臂是原木截面的直徑。

對於現代車輪來說，支點是輪胎與地面接觸點，施力點是軸心，而力臂是車輪的半徑。

也就說，其實不光是圓形，還有很多其他形狀的物體都可以在地面上滾動，比如橢圓、多邊形等等。但不同形狀的物體在滾動時所表現出的運動特性是完全不一樣的，只有圓形表現出的各項特性才最符合我們在運送重物時的需求。那麼圓形車輪具體都有哪些優勢呢？

1、旋轉過程中力臂長度始終相等（近似於圓心至車輪觸地點），這樣只要控制驅動車輪的力，就可以控制車輪的輸出力矩，也就是我們所說的輪上扭矩。

2、車輪轉動到任何一個角度，圓心到地面的距離都是恆定的，這樣就不會造成圓心（也就是軸心）上下浮動的問題，否則的話車輛就會出現上下跳動的情況。（想象一下那樣駕駛的感受，是不是很刺激）

3、圓滑的輪廓和恆定的半徑決定了它在滾動時，前進速度也是平滑線性的，而不會出現忽快忽慢的情況。

車輪的主要結構

當代汽車的車輪設計已經相當的成熟，其工藝也日漸複雜。看似平常的車輪上每一個細節都體現了人類偉大的智慧。

輪胎

車輪的最外層邊緣，由橡膠材質構成。輪胎的作用就是直接與地面接觸，增加摩擦力，並承擔一部分減震的功能。

輪框

也就是安裝輪胎的基座。輪框的圓度非常重要，因為它是構成車輪形狀的主要因素，由於輪胎是軟的，因此輪框才是直接決定車輪圓度的關鍵部分。

輪轂

也就是車輪的中心部分，輪轂的作用是連線中心軸承和輪框，使輪框的幾何中心始終與軸心重合。如今出於輕量化和美觀的目的，輪轂的造型也是最有設計感的部分，當然製作工藝也越來越複雜。

軸承

軸承是將靜態車身與動態車輪相連線的重要部分。可以說有沒有軸承設計是區別輪子與原木的重要標誌。

綜上所述，汽車輪子設計成圓形是祖先們的智慧留給後人的靈感，是最省力也最舒適的一種方式。許許多多今天司空見慣的東西上面其實都能見到它們過去的影子，有機會我們再接著聊。

從物理角度叫摩擦力。

方形和其它形狀的做輪胎，表面摩擦力大，阻力增加。

因為圓形表面光滑，與接觸地面的距離小，短，所以適應做汽車腳踏車，電動車的輪胎，只有與地面摩擦係數小，才會省力

車輪為什麼是圓的？因為道路是平坦的！

第一，節能。從物理學上來看，圓和直線是兩個銜接性很好的圖形，圓可以在直線上滾動而不會打滑。由於打滑的時候摩擦力很大，需要更多的能量供應。所以，第一個理由就是圓形的車輪可以在平直的道路上滾動向前，而不打滑，節省了很多能源。

第二，舒適。從物理學上看，圓具有一個圓心，在車輪向前滾動的過程中，車輪的中心也就是圓心，也是沿著直線向前運動，既不會上升也不會下降。因此，乘客坐在車上就不會上下顛簸，感覺就很舒適。

第三，容易加工。在加工圓形輪胎的時候，需要的引數很少，不需要特殊尺寸的工具就能加工。

第四，當然道路並不是絕對平坦的，所以剛性的圓並不是最佳選擇。因此，我們現在都使用橡膠輪胎來給輪胎增加一些柔韌性，在需要彎曲的地方可以發生適當的變形。

車輪為什麼是圓形的？

1、旋轉過程中力臂長度始終相等，只要控制驅動車輪的力，就可以控制車輪的輸出力。

2、車輪轉動到任何一個角度，圓心到地面的距離都是恆定的，車輛不會出現上下跳動的情況。

3、圓滑的輪廓和固定的半徑，決定了它在滾動時很平滑，不會出現忽快忽慢的情況。