轮子为什么会转动?

2009年5月3日

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一辆车,车轴是用厕纸做的

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成分

一些纸板 瓦楞纸板 硬纸管 卡管
一把剪刀 剪刀 胶带 磁带

指令

你想要建造至少两辆不同大小的车轴的汽车,结构的细节并不重要,它可能更容易将车轮连接到车轴,并允许车轴转动,但这是我建造的:

我造了两辆车轴大小不同的车。为了使测试尽可能公平,我用瓦楞纸板做了两个轮子,用卫生纸做了两个车轴,所以在两种情况下,轮子和车轴之间的摩擦应该是一样的……

有大车轴的汽车 大轴的关闭
有大车轴的汽车 车轮被一个稍微小一点的硬纸板环紧紧地固定在车轴上。

对于较小的车轴,我把一个卫生纸切成两半,然后把这两半紧紧地卷起来,形成两个车轴。然后他们需要一些东西来保持轮子直,所以我用了一个小磁盘附加到车轴。

小轴汽车 小轴的关闭
有较小车轴的汽车 轮子是用一个较小的纸板盘固定住的。

作为对照,我做了一个小的纸板雪橇,所有的车都是用一个空果酱罐装的。

无轮雪橇
没有轮子的纸板雪橇

然后我们开始测试我们的汽车,把它们放在一块板上,抬起一端。用量角器,我们可以测量汽车开始滚动的角度。

结果

在我们的例子中,雪橇直到倾斜约20°才移动,而具有大轴的汽车移动约18°。这表明,大轴的车轮对摩擦的影响很小。

然而,具有小轴的汽车开始在10°左右移动,显示摩擦大大减少。

测试简单的雪橇。它以超过20度的角度移动
用大约18°移动的大轴测试汽车
用大约10°移动的小轴测试汽车

解释

如果你把雪橇推过一个表面,那么只有当你推的力大于雪橇和地板之间的摩擦力时,它才会移动。

雪橇图 要移动雪橇,你必须推动(蓝色)和摩擦力(红色)一样用力。

两个表面之间的摩擦取决于材料,以及它们之间的力,所以在两种情况下,轮轴和车轮之间的摩擦应该是相同的。

如果你有一个轮子,它的作用是杠杆。这意味着,车轮的行为有点像一个乌鸦杆,所以一个小的力量在车轮的边缘将克服更大的力量接近枢轴。所以大车轴会稍微减少

大轴杠杆

由于杠杆所需的力量,以扭转车轮是略小于轴和车轮之间的摩擦。

这就像试图拉一个靠近你想撬开的东西的撬杠

如果车轴比车轮小得多,那么就有很大的杠杆作用,所以你不必施加很大的力来克服同样多的摩擦。

小轴杠杆

杠杆作用意味着你只需要施加很小的力来克服摩擦。

这就像把撬杠拉得离你想撬开的东西很远,所以杠杆作用对你很有利。

所以轮子真正聪明的地方,并不是它是圆的,而是它的车轴比轮子小得多!

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