传统文化系列010——车轮优化体现了对摩擦力的理解

上期說到 古人在設計製作車輪上下足了功夫 還總結了一套完善的針對車輪的製簡標準 但在古人不斷精進製輪技藝的同時 他們其實已經涉及了另一個 在現代才真正誕生的學科——摩擦學 摩擦、磨損和潤滑是自然界中普遍存在的現象 中國古人也很早就意識到了摩擦力的存在 車輪的誕生就是對摩擦力使用的一種實踐表達 甚至可以說 車輪的設計製作主要就是為了對抗減小摩擦力 比如古代車子的車軸與輪轂 共同組成了一組滑動軸承 考工記中寫道 轂小而長則坐 大而短則制 按照現代機械設計的觀點來解釋這句話 其實就是 車上滑動軸承的直徑過小 長度過大 那麼加工的精度不能保證 會造成軸承在使用時形變增大 摩擦力也會隨之變大 反之 直徑過大且長度過小 這工作的時候不夠穩定 易於摩損 只有直徑與長短比例適當 才能減少摩損 使使用壽命變長 再比如 古人在製作輪牙時 通常會把朝外著地的一側做成凸鼓形 這一方面當然也有減輕輪子重量的考慮 但更重要的是 為了減少外輪和地面的接觸面積 減少摩擦力 降低車輪的摩損 除了設計層面 古人還嘗試從選材階段來減少摩擦力 考工記中記載 軸有三理 一者以為美也 二者以為久也 三者以為利也 通俗來說就是 所選材料 一要平順乾淨 沒有節目 二要堅韌不畢 持久耐用 三要細密潤滑 不易凝滯 這三條準則 即使從現代眼光來看 也已經是十分全面的了 此外 經過實踐 古人其實已經意識到了 輪子的直徑越大 在使用時產生的摩擦力越小 不過輪子也不能就往大了做 輪子越大 人登車越不便 坐太小了也不行 輪子越小 拉車的馬越費力 於是經過反復實踐 古人將車輪的大小定在六尺六寸 考工記提到 輪以重則人不能登也 輪以畢則與馬中鼓登馱也 這說明當時人們已經能充分考慮人的生理特點 有了人體工學的意識 從考工記中對於車輪的質檢標準來看 古人的制輪業已有完善的工藝規範和管理體制 這種標準化方案不僅僅是便於製造 在某些特殊時刻還能快速實現模塊替換 例如商周時期 馬車是重要的戰士資源 一個國家擁有馬車的數量 可以間接反映出一個國家的實力 考工記中記載 車的種類分田車 兵車和乘車三種 後兩種車的車輪尺寸是一樣的 有學者認為 這也可能是因為在某些緊急時刻 乘車也可以迅速改裝成兵車參與戰爭 總的來說 小小車輪在設計 選材 加工 使用各個環節 確實涉及了許多學科的方方面面 它是建立在社會需要的基礎之上 其次是長期實踐經驗積累的結果 是其千百萬工匠 聰明才智之大成的產物 現代設計離不開對傳統設計文化的繼承和發展 我們在感嘆古人智慧的同時 也要善於從中獲得啟示 去進行科技文化全新的探索