“妈妈，为什么车轮是圆的？汽车、自行车、摩托车都是圆的？”

小时候每次带女儿圆圆出门，她坐在车里，看着窗外人来人往，总是会问这个问题。

“车轮就应该是圆的，不然怎么开呢”人们总是理所当然地这么想。

“妈妈，你看，我就知道轮子还有其他形状。”

今天女儿拿着手机兴冲冲跑来，打开一个新闻链接，链接中的自行车，轮子都是方形的，像这样：

这勾起了我的好奇，这到底能不能骑呢？

我们都知道圆形的车轮可以让车在重心、高度不变的情况下平稳向前，在平面骑行时非常省力，但这样方形的车轮却能让自行车在凹凸不平的道路上平稳前行。

今天就让我们一起研究车轮的奥秘——

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发明自行车的人来自德国，他是一名看林人叫德莱斯。

每天，他都要从林子的这头走到那头，这实在是太辛苦了，于是他想发明一种交通工具为自己提供便利。

他设想的交通工具有一个鞍座、一个车把、两个轮子组成，人只要在车上用两只脚蹬着地面，木轮就能够转动起来。

就这样世界上第一辆自行车出现了，当时自行车的轮子还是方形的，德莱斯第一次骑车出行时受尽路人们怪异的眼光和嘲笑。

在一次测试实验中，同样的距离，他的自行车花了四个小时，而马拉的车却跑了15个小时。

尽管这样，那时仍然没有厂家愿意生产他的自行车。

于是他继续改进，他发现把轮子换成圆形能够再节省一半的时间，而且比原先更加稳。

于是，我们现在看到的圆轮自行车就问世了。

在1839年，来自苏格兰的马克米廉给自行车又按上了脚蹬。

从此，人们不用踩着地面前行。

1869年，来自法国的吉尔梅为自行车又加上了链条，使自行车成为了大众化的交通工具。

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上面的小故事中德莱斯通过实验发现圆形车轮能够使车开的更快更稳，那这其中的原理是什么呢？

其实这个问题的答案不仅是物理知识，还是个历史知识。

古时候人们还没有发明轮子，那时人们如果搬运重物，都是许多人拉着绳子在地上拖。

由于物体的重力和与地面的摩擦力十分大，这不仅需要耗费许多人力，还要耗费许多时间。

古人们发现，只要在物体的下面铺上一根根圆木，就能够轻松拖动物体，古埃及人建造金字塔时也是用了这种运物方式。

因为圆木的滚动能把原本的滑动摩擦变成滚动摩擦，降低了摩擦力，所以才能省力。

但是圆木滚动并不是真正的车轮，因为人们需要不断地把最后的木头搬到最前面才能够正常工作。

在6000年前，美索不达米亚、中欧等地开始出现了我们现在真正的车轮，它的结构分为轮和轴两部分，轴处于静止状态，而轮围绕轴进行旋转。

其实这样的滚动就是我们现在的物理知识：

我们让物体以避免产生摩擦的方式向前翻滚，滚动时，物体与地面接触的点为支点，而施力点与支点间垂直的距离就是力臂。

这就说明，只要在一个物体上能够产生支点、施力点、力臂，物体就能够滚动。

举例来说，人们用圆木搬运重物，支点就是圆木接触地面的点，施力点就是圆木与重物接触的地方，力臂则是圆木的直径。

按我们刚刚的说法，除了圆形当然还有许多其他形状能够作为轮子使用，但为什么圆形最终被选中呢？

1.圆形车轮在转动的过程中力臂的长度始终相等，我们只需要控制好力气，就可以控制车轮输出的力，这就是物理知识中的轮上扭矩。

所以我们拖着东西在地面上滚就比我们拖着东西在地面上单纯地走要省力得多。

2.圆形的车轮外侧轮廓十分平滑，滚动时的摩擦也非常小，减少了车的阻力。

你看，小溪水里的小石头都是圆形的，那是因为在河水的冲刷下一直受到阻力。

日复一日石头的边缘就被打磨得十分光滑，这样以后受到的阻力就会减少。、

3.圆形的圆心到圆周上任意一点的距离都是相等的，这个相等的距离，叫做半径。

当车轮在地面上滚动时，车轴离开地面的距离就总是等于车轮半径那么长，这样行驶起来才会平稳。

难怪现在的车轮都是圆形的，不过如今既然已经有人发明了其他形状的车轮，那它们用起来会是什么样的呢？

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其实圆形半径不变的这种情况，还有一种图形也可以做到，比如莱洛三角形：

莱洛三角形也有这样的等宽不变曲线，在美国旧金山我们能看到图上这样的井盖，就是用这样的形状制作的。

但是，莱洛三角形和圆形不同的是，它没有稳定不变的中心，所以如果用它做轮子的话，车会非常颠簸。

通常人们用莱洛三角形作为滚轴来搬运东西，这还是非常实用的。

如果车轮做成方形能行吗？

国外有个21岁大学生，自己发明了一种方形轮子的三轮车，不过这样的车在我们平滑的路面是压根没法动弹的：

因为方形的中心到地面的距离在行驶中是会不断变化的，但是在他自己设计的路面上行驶就完全没问题！

那是因为轮子与他设计的特殊地面在行驶过程中距离是不变的，这样就能够平稳不颠簸啦。

这种特殊轨道就是一条“悬链线”，虽然凹凸不平但是却弥补了方形车轮的缺陷。

悬链线就好像我们拿一条链子自然悬挂，这时在重力的作用下，链子会形成一道曲线，如下图。

不过，如果每种不同的轮子都要造一条专门的路，那实在是太麻烦了。

这位方轮自行车的发明者说，他希望未来的交通工具能把圆形和方形结合，这样就可以全地形行驶不会受限制啦。

其实这样的设计在我们的生活中也是能看到的，比如拱桥也是利用同样的原理。

如果车轮做成不规则的样子可以吗？

国外有个叫大卫帕特里克的大兄弟发明了奇怪的“鲨鱼轮”，在具有摩擦的地面上，它居然比圆形的轮子滚得还要快呢，因此它在滑板界的影响力非常高：

鲨鱼轮就像是圆形和方形的结合体，由三层结构组成，滚动时每一层都会创建出螺旋状，当轮子接触地面时只要我们稍稍发力，就能轻松滚动。

鲨鱼轮的单环或多个联锁环都是基于正玹波模式，与同宽的传统轮子相比，正弦波模式使轮子与路面的接触面更小，受到的阻力也就更小了，所以它比圆形轮子跑得更快。

其次，正玹波使轮子对地面的抓地力更强。

所以它在粗糙、潮湿、甚至是雪地行驶得也非常平稳，怪不得滑板爱好者都如此推崇。

这里稍微给大家解释一下：

正玹波其实是频率成分中的一种信号，长得跟心电图很像，因为这种信号的波形是数学中的正玹曲线所以才有了这个名字。

我们看到一些音乐信号，就是许多不同的正玹波组成的。

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总之，轮子的形状目前为止取决于地面的形状，地面是水平的那么圆形才是最佳的选择。

要是地面是三角形的，那正方形的轮子可就要横空出世了。

眼看已经有那么多人想出了种种奇葩的轮子，过不了多久，车轮的形状就变了也不一定呢！

到这里，我们要深思一下，为什么孩子能问出“车轮为什么是圆的？”为什么有些人能做出“奇葩”的轮子？

而我们却觉得：车轮本来就是圆的。

是我们的思维方式比孩子更成熟吗？

不是，是我们思维已经固化，没有发散思维，更不懂聚合思维。

发散性思维是指把点扩散成面，表现为思维呈现多维发散状。

如孩子问车轮可不可以有其他形状？

这个题有没有别的方法?

这个东西有没有其他用途？

这种思考即为发散性思维。

聚合性思维是指把面聚焦成点，是有方向、有条理、有范围的收敛性思维方式。

如思考哪些情况下可以用动能定理？

哪些实验涉及到氧化还原反应？

这种归纳总结的过程即为聚合性思维。

这两种思维有什么作用？

1、培养孩子想象力和创新能力

心理学家研究：一般人只用了想象区的15%，其余的还处于“冬眠”状态。

那人的想象力为什么会处于冬眠状态?

“夸父追日”是我们中国的神话故事，不管故事结局，我们知道人是追不上太阳的。

但是，爱因斯坦却不信，他从幼时就开始幻想追上光线并超过它，最后爱因斯坦以光速不变原理出发，建立了新的时空观，提出了狭义相对论。

爱因斯坦说过：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。”

人们思考海豚游泳时为什么能使身体表面不产生紊流？

人们思考苍蝇翅膀的震动方式，最终模仿它制成了“振动陀螺仪”；

人们思考如何制造出飞鸟的翅膀，最终设计出了世界上第一架飞机。

有多少创造是不断观察，不断提问，不断想象得出的？

然而现在，在孩子上幼儿园的时候，很多家长让孩子上补习班，学习小学的知识，当孩子真正上小学时，反而觉得学的内容很幼稚，没有兴趣，这个过程其实将孩子的发散性思维早已扼杀，反而起到了揠苗助长的作用。

所以，父母要从小培养孩子的发散性思维。

当孩子问起：天为什么是蓝的？花为什么这么香？泥土为什么不能吃？

我们一定不要说本来就是这样，我们要循循善诱，让他们去探索，去追寻原因，说不定孩子也能像爱因斯坦一样，提出像相对论一样伟大的理论。

2、锻炼孩子归纳总结能力

《蒋铭祖算经》上说：'故禹之所以治天下者，此数之所由生也”。

“此数'指的是'勾三股四弦五'。

这句话是说：数学中有名的勾股定理是大禹治水时发现的，大禹忙着治水，怎么还能发现数学公式?

这个时候就显现出聚合思维的神力了，大禹经常治水，会经常用到直角三角形，久而久之，就发现只要满足“勾三股四弦五”，就是直角三角形。

而在现实生活中，我们也可以有意培养孩子的聚合思维。

当孩子吃辣条时，父母可以问他：狗狗可以吃吗？鱼可以吃吗？小老鼠可以吃吗？

这个时候，孩子的思维就在整合。

他也会更愿意去实践，当他实践后发现小动物都不喜欢吃时，父母再告诉他：小动物不愿意吃是因为辣条有害健康，孩子就联想到吃辣条对自己的身体也有害。

在学习的过程中，孩子学习了一个新公式，当他在做题时发现好多题都会用到时，他就会思考哪些情况下会使用到，这样的聚合思维比老师的归纳总结更有效率。

那又有人问到，发散思维和聚合思维冲突吗？

答案是不冲突。这两种思维是相辅相成的关系，孩子在思考问题时会经历发散——聚合——再发散——再聚合的过程。

当孩子两种思维运用得当时，就会有很多新的发现，说不定哪一天你的孩子就变成了小科学家呢！

当孩子再问起自行车车轮为什么是圆的？

我们不妨动手和孩子一起做一个方轮子的自行车！