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车轮都是圆的吗?我偏偏要做个棱角分明的!

2025-06-10 10:16 发布

今天,我们就来探讨一下那些有棱角的车轮,看看它们是如何工作的:

首先,我们需要准备一些实验器材,包括杯、筷子、铅笔、美工刀、剪刀、硬纸板、A4纸、胶枪等。接下来,我们开始制作一个三角形的车轮。先在A4纸上画一个圆,然后在圆周上一点画一个半径相同的圆,两个圆周有两个交点。

以任意一个交点作为圆心,再画一个相同半径的圆。将三个圆相交的公共部分剪出,得到一个以圆弧为边的三角形。将这个三角形的轮廓描在硬纸板上,从硬纸板上剪出4个这样的三角形。将两根筷子截成粗细均匀、长度一致,并将两个三角形分别粘在两根筷子两边,注意两边的三角形要对齐。这样我们就得到了小车的前后轮。把一张硬纸板搭在轮子上,并在纸板上放上一杯水。即使轮子是三角形的,车仍然可以正常行驶。

这个实验背后的原理其实是非常有趣的。众所周知,日常各种交通工具的车轮大都是圆形的。而圆形又可以视为边数趋近无穷大的多边形。

秉持着“大简至美,返璞归真”的思想,一些小天才不禁生出一些奇思妙想,可不可以将圆形的车轮“简化”为多边形呢?以三角形为例,分别以正三角形的顶点为圆心,以其边长a为半径作圆弧,由这三段圆弧组成的曲边三角形,称为勒洛三角形。勒洛三角形可以在距离为a两条平行线间自由转动,并且始终保持与两直线相切,有这种性质的图形被称为“定宽图形”。勒洛三角形在转动时,其中心点虽然上下起伏,但可以保持最高平面的平稳,不会上下起伏。

以此类推,以n边形的顶点为圆心,以对角线为半径做出n段弧形,相交得到的圆弧n边形,这类图形都属于定宽图形。虽然定宽图形转动中最高、最低点始终分别保持在各自平面上,但是由于其中心会上下移动,因此不能直接用作自行车的前后轮。自行车轮子的轴是固定的,如果将自行车轮轴进行改装为特殊的非固定式,就可以做出奇奇怪怪的自行车啦。

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