輪子怎樣被發明？

輪子怎樣被發明
邵瑋婷

　　人類歷史長達數萬年，輪子發明至今也僅僅六千載光陰,不可否認的輪子可說是人類史上最偉大發明之一。我覺得或許輪子的發明跟原始民族對於空中的日月崇拜有關係，古代的人一定認為球體擁有最完美的外型。輪子有可能就是新石器時代的人們製作器具時模仿月亮和太陽時的產物,然後偶然的發現製成的圓形狀物體在掉落地上後可以轉動並保持形狀不變,因此開始了輪子的發明史。

　　說到它的歷史上的起源,要追溯到[b]西元前3500年[/b]，輪子的起源地--美索不達米亞，即底格裏斯河與幼發拉底河之間的陸地。

　　一開始輪子為雙輪使用,等到發展很久之後才有了四輪的產生。第一次的使用是在雙輪運貨馬車上來運輸笨重貨物，也就是還是有結合了獸力的幫忙,尚未完全獨立於前有的方式。此外,也有用在雙輪馬拉戰車上，成爲人們印象中電影場景,如「特洛依木馬屠城記」中英雄們所喜愛的軍用運輸工具。而在中國的歷史中,事實上使用[b]四輪馬車[/b]的次數並不多,仔細探究其原因不難發現,一方面是因為四輪馬車與二輪馬車相比,還要多設計一個難度很大的轉向裝置；另一方面,馬斯在中國是稀缺的資源,所以不是那麼適用。之後,則室友聰明的人想到了人類可以靠自己的力量或是機器的力量去取代以獸力為主力的運輸方式了。不過這都是在輪子的製作技術已到爐火純青的前提之下進行的。


　　讓我們來看一下輪子的製作史吧﹕

　　製作一個輪子的通常方法是用些橫板把幾段木料連接起來，再將這樣做成的方形物切割爲圓形，在一些缺乏好木料的地方，人們甚至試圖用石料來製造輪子，這些早期的木輪或石輪雖然牢固，但是，它們需要很強的拉力，所以軸承很快就磨壞了。值得注意的是，在掌握鋒利而堅固的工具以前，人類是不可能擁有輪式車輛的。用石器工具難以將木頭加工成合適的圓柱形，更不必說複雜到帶輻條的輪子了。所以，車輪的出現只能是青銅時代以後的事情。

　　在中國的漢朝, 皇帝徵召名士,會派所謂「安東蒲輪」接進京來,而「蒲輪」據說即是當時代的輪子：並以蒲席綑綁住輪子,用來緩衝震動。在當時更有一種說法認為「緩衝震動」的主要考量並不是為了讓乘坐的人舒適, 竟是為了要「保護生態」。人類與生物、生態的不可分離性。

　　人們曾做過種種嘗試，比如通過在木板上開洞來製造較輕的輪，中國的車輪修建工也曾採用了有少許圓錐形截面的輪子。這比普通輪子更爲堅硬，這樣可以用較少的木料一做成牢固的輪子，同時有利於減輕重量。其中最有效的還是裝上輻條的輪子，它是北歐，中國和西亞各自的獨立發明，並在西元前2000年以後廣爲流傳。
　　
輪子真的是一項很便利的發明，給予我們現代人如此棒的享受，
因此搜尋了很多網站，整理出了一些訊息結合自己的心得。

主要參考網站
　
http://www.scitom.com.cn/report/critique/ctq234.html

http://www.nbedu.net.cn/article/show_article.asp?
ArticleID=2190

史特靈引擎

主題：史特靈引擎
張鈞傑

　　在第七周（上一周）上課的時候，我們探討了一些現在一般汽車內較常見的幾種動力引擎的形式。而在這一周，我們又繼續討論了另外的幾種引擎。在這諸多種引擎當中，我覺得屬於外燃式的史特靈引擎最是特別。雖然在實際應用上，由於史特靈引擎是靠著溫度差產生壓力的方式來提供動力，在以往會有引擎需要一段時間暖機才能產生動力，以及引擎無法迅速改變其動力的缺點。但在科技日新月異的現在，這種”只要有溫度差”就能產生動力的引擎，似乎又能有更新更奇特的應用方法。以下便來介紹史特靈引擎的分類，以及以後可能能有的有趣應用。

　　　　
　　　　　基本史特靈引擎示意圖

　　史特靈引擎依本體結構大致可分為三類：Alpha、Beta與Gamma Type。Alpha Type引擎具有兩個分離的活塞汽缸，汽缸與汽缸間以加熱器、再生器、冷卻器所連接。Beta Type引擎與Gamma Type引擎同樣具有位移滑塊(Displacer)與動力活塞結構，差別在於Beta Type引擎的位移滑塊與動力活塞位於同一汽缸，而Gamma Type引擎的位移滑塊與動力活塞位於不同汽缸。

　　Alpha Type史特靈引擎主要由汽車相關產業所研發，最具代表的是福特公司與飛利浦公司所合作研發的4-215斜盤板驅動式引擎，與United Stirling Sweden公司所開發的P-40曲柄驅動式引擎。而最早的Alpha Type史特靈引擎則是於十九世紀即問世Ride引擎。Alpha Type引擎構造的主要優點在於簡單的多缸複合結構，可以產生極高的額定功率輸出。

　　　　

　　Beta Type引擎是史特靈引擎的典型構造，直到今日還是最常為人所使用的。最早於1816年所提出的史特靈引擎構想即是Beta Type的引擎。Beta Type史特靈引擎常用的機械傳動機構是1970年由飛利浦公司的工程師Meijer所提出的低震動菱形驅動裝置（vibrationless rhombic derive），另一個Beta Type史特靈引擎常用的傳動機構就是由Ohio University的William Beale於1960年代所提出的自由活塞結構。自由活塞結構的特點在於不使用任何傳統的機構連結元件，也因此引擎壽命更加延長。

　　Gamma Type史特靈引擎比Alpha Type與Beta Type引擎具有較大的非掃動空間，這會導致其額定功率的降低，因此僅在位移滑塊與動力活塞必須位於不同汽缸時採用。由James and Robert Stirling於1830年提出之構想引擎，與Robinson引擎皆屬這類引擎。

　　而在未來史特靈引擎之所以可能有廣泛的應用層面，原因在於它擁有”只要有溫度差，就有可能產生動力”的特性。若將史特靈循環應用在微機電領域的前提下，可能可設計出一個具有冷卻或發電效果的微型史特靈冷卻機/發電機（Micro Stirling Cooler/Generator）。其應用層面的簡介如下圖所示與說明。

１微型史特靈冷卻機　　其中綠色方形即為微型史特靈冷卻機，若串接數顆微型史特靈冷卻機，再加上增進熱傳係數的散熱鰭片（heat sink），將此系統裝於一絕熱密閉容器中，即可當成一小冰箱，可設計成用於車上，或以手提方式量產。

２微型史特靈發電機　　若可以將微型史特靈引擎做到約為10mm～5mm長，3mm～5mm厚，即可用於手機上，當作一隨時可以對電池充電的微發電機。當中冷端利用高效率的導熱機構（可能也是MEMS技術的產物）置於手機天線上，而引擎熱端則至於手機手持背面，當通話時，由於掌溫與天線的溫差，可以使發電機運轉發電。

　　由以上的兩個例子可知，雖然史特靈引擎算是一種已經研發出來很久的技術，但是只要我們能夠有創意，再搭配新興的科技技術，是可以有很多寬廣的發展的。

參考資料:

動力技術

主題：新一代的柴油引擎
張鈞傑

　　這一週的主題提到了現代的動力機械技術，課程中分別介紹了柴油跟汽油引擎的結構跟工作原理，也稍微比較了一下兩者的優缺點。在我自己的刻板印象中，柴油引擎好像是比較早期的落後技術，只有那種老舊的惹人厭烏賊公車或大卡車因為需要較大的出力才會使用這種高污染的引擎設備。但是近來，卻越來越常的在電視上看到搭配柴油引擎的高級車種，不免讓我心理產生疑惑。而正好這一次上課主題又有相關，便趁機來看看現今的柴油引擎究竟有何玄機。

　　經過在網路上查詢資料，才訝然發現事實上現在的柴油引擎其實已經擺脫了以往的諸多缺點，甚至在歐美國家已經快要成為主流了。目前柴油車的優點，除了包括了舊有柴油引擎的固有優點，包括出力大，效率高而且省油等等。而隨著科技的更進步，現在的柴油引擎不僅不會有舊型三噸半貨車行駛時那種「噠噠噠」的討厭引擎噪音，此外，新的柴油引擎所排放的空氣污染也比汽油引擎來的少。

　　在以前，柴油引擎最令人詬病的便是其會排放硫化合物污染空氣。但是新研發出的超級柴油已經克服了這個缺點。另外在二氧化碳的排放量比較上，其實光是舊的柴油引擎實際上二氧化碳排放量就已經比汽油引擎少了，而新研發的柴油引擎甚至能達到只有汽油的一半。因此無論是在經濟效益或是環保方面柴油引擎現今其實都已經是勝出了。唯一可惜的是現在新一代的柴油汽車在價錢上比汽油汽車貴了不少，但等到技術更成熟，使得價錢能更大眾化時，相信柴油車在不久的將來將會有一段風光的日子的。（前提是燃料汽車不能研發的太快太好 ）

參考資料：
http://tw.knowledge.yahoo.com/question/?qid=1005040601342

農業動力

主題： 未來的曳引機
張均傑

　　這一周上課的主題主要是關於農業動力之演化過程，並介紹了現今農業自動化中扮演十分重要角色的動力機械－曳引機。課程中也提出了一個有趣的問題，那便是未來的曳引機，會朝著什麼地方發展呢？　　　　未來的曳引機當然不必冀望它需要像跑車跑的那樣快。但是總歸起來，我覺得未來曳引機的發展方向主要有二，一是其機器本身的改良，另外便是如何和外在更多的技術或資訊結合應用。

　　首先提到曳引機機器改良，由於台灣是個地窄人稠的環境，這在發展農業上其實算是一個不利的因素。在此條件下，如果想在加入wto之後仍保有一定的競爭力的話，那麼精緻農業的發展就有其必要性。在此前提下，未來的曳引機除了須有穩重、舒適、操作方便、耗油量更低的基本性能改良之外，如何讓其機動性能更高，例如像是能將回轉半徑縮到最小以便完善的利用到所有的農地，我想也將是一個值得重視的重點。

　　除了曳引機本身機具的改良，另外未來的曳引機要是也能具有偵測環境以打造最適合作物生長的能力的話，相信便更能使得整體農業具有競爭力。舉個想像的例子，要是未來每一台曳引機上都具有能偵測土地肥力的感測器的話，如果能以此來決定是否還需要施加肥料的話，就能防止肥料施加過量或浪費的情形，使得作物能生長的更好。另外，像是現在真的已經開始運用的技術，如衛星定位(GPS)，只要將田區情況預先作安排，曳引機就能自動地沿設定的路徑前進，並可以決定到何時停止。對於人力的節省以及整體環境的規劃都將能擁有更好的效能，這也是未來曳引機一個值得改良發展的地方。

　　現在的台灣，雖然主要是靠著半導體及光電技術撐起經濟發展的一片天，但是畢竟民以食為天，對於農業的發展我們還是不能輕言放棄。像是舉瑞士為例，大家都知道瑞士素以精密工業為名，但是它所生產的巧克力同時卻也是受到世人的青睞，這是我們台灣能夠學習的好榜樣。另外，未來人們想要挑戰外太空發展的話，其實食物來源也將是一大課題。到那時，火星的曳引機又要如何發展，相信又是一個有趣又具挑戰性的問題了。