车轮为什么是圆的准确答案(车轮为什么是圆的数学问题)
为什么汽车轮胎是圆的？
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这个问题相当有意思，基本上算是一个对车轮设计的刨根问底式探究了。关于车轮为什么是圆的这种问题，要讨论的问题就很多了，不仅仅是物理学，恐怕更要从车轮诞生的历史来说起。
历史上轮子的发明
在轮子还没有被发明之前，人们搬运重物只能靠在地上拖动，重力和摩擦力没有任何途径能够被减小，因此搬运是一件十分耗费人力的事情。在劳动实践中，善于观察的人类发现只要在重物下面枕上多根圆木，就可以轻松拖动重物，因此这种方式一时间就得到了广泛的运用。不管是我国古代书籍中记载的劳动场景还是古埃及人建造金字塔时，都曾大规模使用过这种运物方式。原木滚动可以将滑动摩擦巧妙地转变成滚动摩擦，因此摩擦力大大降低，这就是省力的基本原理，同样也是车轮的最早原型。但是这时候的“轮子”并没有轴，效率依然不算特别高。
6000年前人类发明了车轮
原木滚动并不能算真正意义上的车轮，因为原木是一直在相对于货物向后移动的，也就是说需要人们不断地将最后面的原木搬到最前面去，才能让它们重复地进行工作。那么有什么办法可以一劳永逸地利用滚动摩擦呢？有一种说法是6000年前在美索不达米亚、高加索及中欧等地出现了真正的车轮，它的基本原理和今天的车轮没有什么区别，结构分为“轮”和“轴”两部分，轴与货物相对静止，而轮围绕轴做旋转运动。早期的轮子是木制的，其实就是一整截圆木。
自从车轮诞生之后，给人类的生活带来了很多变化，它不仅推动了人们提升了货运效率，还促进了机械结构的发展，进而出现了类似齿轮、纺车、水车等等的发明和进化。可以说车轮结构是一项人类历史上意义重大的发明。当今社会我们看到的车轮似乎早已觉得平淡无奇，但其实已经是非常高科技的产物。
轮子为什么要用圆形？
在本质上，滚动利用的就是力矩效应，让物体以尽可能避免产生静摩擦的方式向前进行翻滚运动。滚动时，物体与地面的接触点作为支点（中心点），施力点与支点间的垂直距离就是力臂，这样就形成了一个滚动力矩。也就是说这要能在一个物体上产生支点、施力点和力臂，就可以让它滚动。
对于古代的原木来说，支点是原木的触地点，施力点是原木与石块的接触点，而力臂是原木截面的直径。
对于现代车轮来说，支点是轮胎与地面接触点，施力点是轴心，而力臂是车轮的半径。
也就说，其实不光是圆形，还有很多其他形状的物体都可以在地面上滚动，比如椭圆、多边形等等。但不同形状的物体在滚动时所表现出的运动特性是完全不一样的，只有圆形表现出的各项特性才最符合我们在运送重物时的需求。那么圆形车轮具体都有哪些优势呢？
1、旋转过程中力臂长度始终相等（近似于圆心至车轮触地点），这样只要控制驱动车轮的力，就可以控制车轮的输出力矩，也就是我们所说的轮上扭矩。
2、车轮转动到任何一个角度，圆心到地面的距离都是恒定的，这样就不会造成圆心（也就是轴心）上下浮动的问题，否则的话车辆就会出现上下跳动的情况。（想象一下那样驾驶的感受，是不是很刺激）
3、圆滑的轮廓和恒定的半径决定了它在滚动时，前进速度也是平滑线性的，而不会出现忽快忽慢的情况。
车轮的主要结构
当代汽车的车轮设计已经相当的成熟，其工艺也日渐复杂。看似平常的车轮上每一个细节都体现了人类伟大的智慧。
轮胎
车轮的最外层边缘，由橡胶材质构成。轮胎的作用就是直接与地面接触，增加摩擦力，并承担一部分减震的功能。
轮框
也就是安装轮胎的基座。轮框的圆度非常重要，因为它是构成车轮形状的主要因素，由于轮胎是软的，因此轮框才是直接决定车轮圆度的关键部分。
轮毂
也就是车轮的中心部分，轮毂的作用是连接中心轴承和轮框，使轮框的几何中心始终与轴心重合。如今出于轻量化和美观的目的，轮毂的造型也是最有设计感的部分，当然制作工艺也越来越复杂。
轴承
轴承是将静态车身与动态车轮相连接的重要部分。可以说有没有轴承设计是区别轮子与原木的重要标志。
综上所述，汽车轮子设计成圆形是祖先们的智慧留给后人的灵感，是最省力也最舒适的一种方式。许许多多今天司空见惯的东西上面其实都能见到它们过去的影子，有机会我们再接着聊。
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车轮为什么是圆的准确答案(车轮为什么是圆的数学问题)
汽车轮胎为什么是圆的而不是方的？如果是方的会怎样？
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汽车轮胎为什么是圆的而不是方的？这个看似简单的问题，其实上还是有很多可以讨论的空间的。
轮胎之所以做成圆形的而不是做成方形的，最主要的一个原因就是圆形轮胎所产生的滚动摩擦力要远小于方形轮胎所产生的滑动摩擦力。
再者，车轴的中心是被安装在圆心上的，而且我们都知道圆周上任何一个点到圆心的距离都是相等的，换言之，圆形的每条半径都是相等的。那么，当车辆在路面上行驶的时候，车轴离开地面的距离都是相等的。
因此，车上的乘员也都将被车辆平稳地拉着走，所以乘坐舒适性也就好很多了。再者，现代汽车可以做到飞快滚动，而作为基础设施的滚动轴承钢减少了大量的摩擦力也起到了非常重要的作用。
假设说轮胎是方形的，那么轮胎将不会产生滚动摩擦力，而是会产生滑动摩擦力，对于轮胎的磨损必然很大，如此一来，车辆如果想行驶在路面上就需要更大的动力性能输出，也会多出很多不必要的油耗，产生的胎噪肯定也会很大。
与此同时，方形轮胎的磨损必然会大于圆形轮胎，所以方形轮胎的使用寿命就会很短，一方面使得车主用户的使用成本变高了，另外一方面也降低了整车的质量表现。采用方形轮胎的车辆，乘坐舒适性也很差，因为方形轮胎的对角线距离和两条平行边的距离不相等，坐在车内的乘员会感到很大的颠簸。
古代人从很早开始就在使用圆形轮胎了，无论是马车，独轮车还是其他类型的车辆，人们从古至今使用的都是圆形轮胎。除非有人想搞创意设计，不然的话，圆形很有可能将永远都是轮胎的唯一造型。
车轮为什么是圆的准确答案(车轮为什么是圆的数学问题)
为什么自行车，汽车的车轮是圆的？
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因为圆形在滚动过程中，同等距离做功最多，阻力最小。所以自行车，汽车的车轮是圆的。
可以从从以下方面来分析：
（1）做功：如果车轮不是圆的，那么会出现什么后果。打个比方：车轮是4方形的，如果然辆车能够行驶，则此时这辆车必须做两个功，即碰到四边形的每个角时(4个点)，车子要抵抗重力，把车往上方抬起，
向上做功，同时还要做位移功，整辆车就会乎高乎低的向前走，如果车子是在一个水平面上走时，车子的行动轨迹将不会是一条水平线。这样的车子不仅严重浪费油，还会让坐在车内的人很不舒服。
（2)? 历史：车轮出现的历史有很久了，从动物（马，牛等)拉车及人力拉车，到现在的火车，汽车。打个比方，如果有动力（蒸汽，汽（柴）油，太阳能或核能等）的车可以拉得动方形车轮，那么我们的祖先就没有那么幸运了，因为如果采用方形车轮则赶车的人或动物都将很累，他们为了抵消重力，一路要把车子抬来抬去，速度又慢。
车轮为什么是圆的准确答案(车轮为什么是圆的数学问题)
为何古代马车车轮是椭圆形而非今天的圆形车轮呢？
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不同人，不同视角，即使对同一事物，可能会提出截然不同的问题。
就拿这三幅中国古代国画来说，可以有多个与本问题不同的提法，譬如
①本问题的提问者为什么会把明明是圆形的马车车轮认为是椭圆形的？
②许多明星喜欢45度角拍照，认为45度角拍照效果最美；振振有词地说，这是西方文艺复兴时期的一大发明发现，还让不相信人去法国卢浮宫去看看。不知道他(她)为什么不看看这幅画，全是45度角，明显比西方文艺复兴要早很长时间？
③对于投影学原理的出现，许多人认为是在西方文艺复兴或者机械制图学出现的时候才有的。而这幅中国古代国画的高明画师却那么早就清除地知道了，垂直于视线方向上的尺寸不变，沿视线方向的尺寸会缩短的道理(这个道理使得圆形的东西看上去像一个椭圆形，这个道理甚至连现代人有的都没有转过弯来)？
车轮为什么是圆的准确答案(车轮为什么是圆的数学问题)
小汽车轮胎截面充完汽为什么不是圆的？
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原因：空气可以压缩
不论什么汽车轮胎充完气落地后都不会是正圆形，首先因为空气可以被压缩，其次因为轮胎侧壁的橡胶层强度很低也可以被压缩，最重要的是车身总会有1~2吨不等的重量。
PV=nRT，这一公式指固定压强下有气体分子个数、常数以及温度决定了气体体积。在固定压力下空气的分子数量是相同的，那么气体的摩尔体积理论上固定不变，那么压强越大或温度越高则空气的体积会越小。
气体密封在轮胎与轮毂之内，车身重量对于轮胎施加的压力则可以转化为压强。压强等于压力除以面积，压力等于质量乘以重力重量除重力加速度，简而言之只要重量足够大就能把空气体积压缩成更小的体积，体积缩小后轮胎自然会瘪一些。
其次轮胎的侧壁本就需要被压缩压扁，因为侧壁的作用是“减震和滤震”；正常道路看似平整但是实际却有很多细微的凹凸不平，车辆在行驶中如果轮胎一点不变形则说明胎压极其高或者是实心轮胎，此时路面高频率起伏则会产生振动，这些振动通过螺旋弹簧和减震器并不能完全抵消，而是悉数传递到车架以及方向盘，驾乘体验会差的一塌糊涂，就像是木车轮的板车或马车。
而轮胎侧壁如果做的很薄且胎压合理并不会严重撑起侧壁导致无法压缩的话，路面细碎的震动则会通过挤压轮胎使侧壁不断压缩和释放实现滤震，车辆的行驶体验则会立下过的多。为了实现这种效果所以建议胎压往往不会很高，轮胎的侧壁的厚度也仅仅是6mm左右，加固层只有帘布层一层，满足了这些条件汽车才能感觉到舒适。
所以汽车轮胎只需要按照建议胎压充气即可，扁一些也不会影响驾驶安全，因为被压扁的位置在离开里面后会因高气压快速恢复圆形。不过胎压不能过低，因为低胎压会造成轮胎形变严重，恢复成圆形的速度会边长；此时如果车速过高则会导致轮胎的某一区域变形后未能恢复原状，旋转一圈后再次被碾压，出现这种驻波现象的位置过多则会导致轮受热不均导致爆胎事故，胎压不建议低于建议值0.5。
而车辆行驶中轮胎的磨损又会产生高温，高温通过橡胶层传递至内部则会加热空气，空气会造成压力升高导致胎压升高；一般连续驾驶200~300公里胎压可升高0.5左右，所以胎压也不宜高于建议值，供参考。
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