方轮脚踏车

你见过正方形轮子的自行车吗?常用的车轮都是圆形的。而在武汉科技馆数学展厅里有一台正方轮脚踏车。在平面上行驶时,车轮将滑动摩擦转化为滚动摩擦,使阻力减小。同时,因为圆的对称性,车辆能够在重心高度不变的情况下,平稳向前移动,且省力。在这条凸凹不平的轨道上,正方形车轮的自行车可以平稳前行,而圆轮车就不行了。

这条轨道凸起的曲线是倒放的悬链线。悬链线是两头悬挂的绳子,由于地心引力,自然下垂形成的曲线。当正方形边长等于倒悬链线的全长时,轨道的起伏与方形轮引起的重心高度的变化相抵消,方形轮的中心始终保持高度不变。因此,方形轮滚动起来和圆轮沿平面滚动一样。这可利用解析几何的知识算出。你愿意算一下吗?

你坐上方轮车在特定的路面上骑行,感受趣味的同时领会科学道理,当小车到达一端后,可换至另一侧座椅骑回另一端。欢迎带上同伴们一起来武汉科技馆体验。