魔鬼在細節中:古埃及六輻條車輪可能嗎?結構穩定性有問題!

輻條是什麼

強度與剛度

一根3毫米直徑的長直鐵絲,用人的力氣肯定是拉不斷的。但是隻要輕輕一用力壓,鐵絲就會迅速變彎曲。這種拉扯不斷,但是一壓就會變彎的材料說明:強度夠,但是剛度不夠。

結構影響剛度

在物理上一般用彈性模量,來表示物體的剛度。剛度不僅和材料有關,還和材料的形狀有關。

增加材料剛度的兩個辦法

第1個辦法,擴大材料的外輪廓。

如果比較精確的講,材料的剛度和材料的慣性距有關係。通俗一點說,就是材料外輪廓尺寸越大材料的剛度越好。一塊鋼錠壓成工字鋼形狀,就是增加鋼材的慣性距,就是增加鋼材的剛度。用相同的力,工字鋼樑更加不容易彎曲。

把一張紙折成型的目的,就是為了增加紙張的慣性矩

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高聳的鐵塔為了不易倒塌,就是要擴大外輪廓。

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第2個辦法,減小材料的長細比。

如果是相同的材料,截面積越大剛度越大。如果截面積不能做大,那就減少它的長細比。腳踏車上有那麼多的輻條,就是用輻條與輪轂外緣的連線來分割輪轂,把一個長的弧形輪廓分割成一小段一小段。

腳踏車輪上的輻條就是為了分割輪轂弧度,變大弧形為小的短弧度的連線。

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古代車輪的幾種形式

古人雖然沒有很多的材料力學理論知識,但是古人在長期的實踐中對事物進行反覆的觀察,總能找到解決問題的方法。古人做車輪的方法,完全符合材料力學和結構力學。

第1種古代的車輪,多輻條分割車輪外緣,車輪外緣可以做薄。

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第2種古代的車輪,車輪的輻條少,但是車輪的外緣很厚。

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第3種原始的車輪,懶癌患者直接把厚木板做成圓形當車輪。

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因為車輪不僅要有一定的剛度,否則沒辦法維持形狀。車輪還要轉動靈活,這就要求它的轉動貫量比較小。所以古代的大多數車輛,都是透過輻條,把車輪做成鏤空的結構。

古埃及的六輻車輪,如果用古代的材料做,在路上行駛,會讓車輪的外緣迅速的失去穩定。如下圖所示。

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古埃及壁畫中的車輪,小編開始以為他們在開玩笑,其實博物館裡真的就是這樣的車輪。

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古埃及博物館中的戰車

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如果一定要把車輪做成,古埃及壁畫和博物館中那樣的形式,並且能夠在戰場上使用,必須徹底改變原來的材料,必須用45號鋼或者碳纖維才能做出來,青銅還是免了吧。

電瓶車的6輻條車輪,6輻條只能做很小的車輪

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