木牛流马——力学应用的典范

2，为了省力和维持平衡，一般将重心调节在车轮轴上，即一条线上。因此车的平衡性能提高。
3，由于力臂较长和平衡性能提高，可以用较小的力来维持平衡（两个车轮的圆心在同一条线上，
不存在转向问题）。
4，成本提高，载重 能力也提高。
5，对路况要求提高。
"覆者为牛背”，即粮厢的盖子是拱形的，为了防雨而作的设计。
“垂者为牛舌，舌着于腹”，牛舌是刹车装置的一部分，起刹车后需要回位作用，拴在车底向下垂着。“曲者为牛肋，刻者为牛齿”，曲也是弯的意思，牛肋即车厢上的弯杠，作用是保护粮厢。牛齿的作用是调节牛舌上的拉绳（并不确定）。
“立者为牛角，细者为牛鞅”，牛角为两根竖杠，下部安在车厢上，作用是防止粮厢向前滑脱。牛鞅是牛腰上的绳子，作用是拴紧厢盖。
2，为了省力和维持平衡，一般将车的重心调节在车轮上即与地面接触的一个点上，因此车的平衡
性能最差。
3，由于力臂较短和平衡性能差，需要用较大的力来维持平衡。
4，成本低，但载重能力也低。
5，对路况要求较低。
双轮车：
1，需要施加平衡、转向、牵引三个力。
零七年秋天，我在蔬菜大棚里干活，突然脑子里来了灵感，我哦了一声，心想木牛流马那不是独轮车与双轮车合二为一的产物吗！于是我买来《三国志》进行详细研究，终于在零八年夏天制作完成了木牛流马的模型，零九年春天当地报纸和电视台进行了报道，我写了文章进行了详细描述。
" 曲者为牛头"曲即弯的意思，在木牛车的前部，有两根弯曲的木杠与车厢相连，无意中组成了牛头的形状，因此定名为木形的稳固性能来加固车厢，使其不致左右扭动。车厢坚固则粮厢牢固。
“摄者为牛鞦轴”，摄为控制的意思，牛鞦轴在车的后部，是车的刹车装置。没有刹车装置的车子是功能不完备的车子，也是很危险的。当车走下坡路时，需要减速，而要靠人减速则多花力气。用力学原理来解释，人施加的阻力要小于车的下滑力，但不能小的太多，否则车速过快。人们就很难找到支点来施加这个阻力，最后车子失去控制发生危险。在《三国演义》中，魏军用仿造的木牛流马运粮，被蜀军扳动舌头而不能行走，我想这与实际不符。能够复制木牛而不知其功能，这不把魏军说的太笨了吗?我推测是当魏军车队来时，蜀军暗中将木牛的刹车装置破坏，魏军只能硬着头皮往前走。当车队走到上坡路或者下坡路时，出兵袭击它，魏军一定会大败。因为木牛要靠人去减速，顾车就无法迎战，迎战就无法顾车。“吃一堑，长一智”，下一次魏军可能就记住教训了，可以有备用的刹车装置。或者敌人来袭时，将车转向九十度，即横在路中间，利用滑动摩擦力进行制动，然后抽刀迎战就可以了。
"人行六尺，牛行四步，载多而行少“ ，木牛制造出来后，我手扶车辕，一脚站在车上，另一只脚在地上连蹬两脚，利用惯性木牛向前行走。六尺合现在的1.4米，正好是两步的距离。牛行四步即车轮转四圈。这是古人一个省力的设计，正是古人的这种省力的理念，让人完成了由地下驾车转到在车上驾车的转变过程。车上驾车更省力，运输效率更高，也就很好地解释了载多而行少的问题。你看现在的机动车辆，车速很快，人都是在车上完成驾车的。如果做不到在车上驾车，那就成了车发展的限制因素。但是，能够做到在车上驾车是需要条件的，即只有解决了车的平衡问题，转向问题和动力问题后才能做到车上驾车。在转向轴发明以前，只有将车的重心调节在一个面内，才能做到车上驾车。有人说，马拉大车，车是双轮车，重心在一条线上，驾车者依然在车上驾车。我说，不对！拉车的马也可以看做一个支点或两个支点。一个支点好比三轮车，两个支点好比是四轮车，无论看做三轮车或四轮车，重心都在一个面内。因此做到了车上驾车。转向轴发明以后，双轮车也能在车上驾车。像现在的自行车摩托车，那是因为转向装置同时完成了调节重心驾驭平衡的作用。但是，作为运输工具，自行车和摩托车不能拉货过多（即使解决了承载能力）。由于平衡性能差，如摩托车装上1000公斤，重心一偏离，就是几百斤偏离重心的力，人是无法驾驭的。而独轮车在杂技演员来说，也能做到车上驾车。但是用作运输工具却不行，如果装上100公斤货物，在乡间土路上行走却不行。往后我要说，我好像第二次被《三国志》中的记载误导了！因为空车时利用惯性车轮转四圈很容易，装上货以后就很难。那么史书记载就有问题！
“宜可大用，不可小使”，说的是木牛流马是四轮车，对路况有着很高的要求，我们不要认为木牛流马高山峡谷无阻挡，那不过是现代人们神奇的想象，是误区。山地无法行车，靠三家两户是很难修通道路的，只有官府组织民工大规模修路，木牛流马才能上路。
刚才说到木牛是在车后驾车的，刹车装置在车后也说明这一点。但这样的话，木牛是有缺陷的，我们知道在车后驾车，车上的货物不能阻挡驾车人的视线，那么木牛流马只能拉粮食等体积小的货物，而不能拉柴草等体积大的货物。就像现在的机动车辆，司机是在车的前部驾车的，货物装的再高也不挡视线。那么问题又来了，三国时候草料是怎样运到前线的呢？我想双轮车在车前驾车，可以用双轮车，然而由于柴草体积大，栈道窄，无法过去。我想是不是过去栈道以后，在当地解决的草料问题。如果是这样，那就说明一过栈道并不是前线，还是大后方。如果一过栈道就是前线的话，战争的残酷性让你无法做到，敌人会专门进攻你的弱点。是否如此，请教历史学家就请楚了。还要再说的是，木牛转向时，只有中间一对大车轮着地，以车中心为圆心，车子不挪动距离就能完成转向，因此原地转向直径最短，直径约等于车的长度。因此转向最方便，过栈道直接没问题。
"一脚四足，双者为牛脚”，在方案酝酿阶段，我认为木牛车中间有一个车轮，前后各有一对车轮，那木牛就有五个车轮。一作实验才知道，由于重心靠近中间轮，行走时车很容易向左右失衡。我当时想中间车轮挪向两侧变成两个车轮，不就解决了左右平衡问题了吗！再一看书上说“双者为牛脚"，双者一对也，这不就对上号了吗！过后才知道，这是第一次差点被书上误导。其实木牛应该是六轮车。中间两个车轮70厘米，前后两对车轮45厘米。当走上坡路时，中间双轮与前两小轮着地，车基本保持平衡，后两轮离地。下坡路时，后小轮着地，前两小轮离地，车保持平衡。转向时手用力将重心调到中间车轴上完成转向。这时四小轮离地，中间两轮在同一圆心不存在转向问题。这样木牛流马用转移重心的办法完成了转向。
“牛扬双辕”，双辕即木牛的两根车把。我制作的木牛是在车后驾车的，按人性化设计，双辕成半圆形，两头固定在车体上，非常结实。牛扬双辕时，车辕好比是以中间车轴为圆心而划的一段圆弧，这样驾车时非常方便也符合力学原理。过后我又考虑到流马有形制如象的记载，弯曲的车辕就像大象弯曲的鼻子---那么流马可能也有一对弯曲的车辕！因为流马是木牛改进来的，其它的结构可能有改动，弯弯的车辕就留下来了。
木牛流马，力学应用的典范——破解木牛流马之谜（上）
寿光菜农 刘树航
木牛流马是四轮车。但人们好像还不知道四轮车比独轮车和双轮车更省力。由于四轮车存在转向问题，专家认为木牛流马可能用转移重心的办法解决转向问题。但是却不清楚如何去操作。这些问题我已经全部解决。
我是央视科教频道的忠实观众，看了走近科学节目，零五年我写了《偶然中的必然---探索尸体不腐之迷》和《一叶障目不见泰山---探索纳斯卡线条制作之迷》。到现在还没有将稿子寄出去。我在等待机会。零七年电视节目播出有人复原了诸葛亮的木牛流马，但专家说并没有成功。我想我可以试一下，于是我整天陷入冥思苦想中。，
2，重心放在由四个车轮组成的四边形之中。平衡问题解决(一定条件下，四轮车的平衡性能要超过三轮车）。
3，成本更高，载重能力更高。
4，存在转向问题（但木牛流马用转移重心办法解决转向问题）。
5，对路况要求更高。
摩擦力的大小等于正压力乘以摩擦系数，通过试验发现，不管是独轮车还是双轮车、三轮车四轮车，（车轮性能一样），只要正压力相同，即车重加货重的总和相同，各种车向前的牵引力是一样的。摩擦力也相等。试验结果表明，只要力臂一样长，各种车的转向力是一样大的，因此需要施加平衡力最大的车子也就最耗力。可以下这样的结论：独轮车不如双轮车省力，双轮车不如三轮车四轮车省力。这样一下就否定了木牛流马是独轮车的结论！我认为的木牛流马是最省力的，独轮车是最不省力的，把最不省力的车子说成是最省力的车子，难道不是错误吗?这是用力学原理来解释的，你看力学规律的魅力有多大！力学规律是自然规律，无论时代如何改变，力学规律亘古不变。
带着疑问我研究了《三国志》中木牛的记载，发现其中数字的记录很不明确。例如木牛载一岁粮，一岁粮是多少不明确。而流马则是二斛三斗，即现在的140斤，两个方囊是280斤，非常明确！再者用了很多模糊语言来描述，如刻者、横者、覆者、摄者等等。而流马则用了详细的尺寸记录。为什么会出现这种情况呢？我认为作者在记录木牛时，木牛实物已经不存在了，已经改装成流马了。我想木牛的记载是听别人口述而记录的，因此不能详细记录尺寸。而流马则不同，流马有实物，可以详细丈量并详细记录。从记载流马的语气来看，是造出流马后才做的记录，而不是制造出来以前。
三轮车：
1，只施加两个力即转向的力和牵引力。省下了驾驭平衡的力。
2，重心放在了由三个车轮组成的三角形中，可以看成三角形的面内。平衡问题解决。
3,成本更高，载重能力更高。
4，存在转向问题。
5，对路况要求更高。
四轮车：
1，施加两个力即转向的力和牵引力。省下掌握平衡的力。
”横者为牛领“在车的前部，是车厢的一部分，也是作者从这里解开了木牛的结构问题。由于古代用的是卯榫结构，粮厢单独一体，然后将它装在车厢内 。
“转者为足”，牛足牛脚都是与地面接触部分，如果是转那一定是车轮，只不过有大小之分。木牛制造出来后，我进行了反思，发现能在陆地上跑的并且很成功运输工具只有车这一种工具。我想车之所以成为成功的运输工具，与它使用了车轮有着密不可分的关系，因为车轮将车与地面的磨擦变为滚动摩擦。我们知道滚动摩擦是很省力的。再一点车轮是圆的，它的各个半径都相等，这样车轮连续向前滚动时保证车的重心在与地面相同的高度进行，这一点非常重要。要是车轮不是正圆的，行走时车的重心就会忽上忽下增加了阻力。假设木牛流马用四脚行走的，用脚行走是生物的行走方式，它是经过千百万年不断进化的结果。要模仿他很难，即使现代高科技背景下的机器人用腿走路耗电很多，也就是不省力。可以说机器人好像专为我们做了一个实验，即用腿走路不省力。用力学原理来解释，当迈出一步时，这条腿担上重量，腿就产生一个向后的力和向上的托举力。向后的力与前进的力方向相反是阻力。由于腿向前迈时必须将腿抬高，如果没有弯曲的腿关节，车的重心就会抬高很多，就会很耗力，有可以弯曲的关节可以减少重心的高低变化，可以相对省点力。我们生活中有这样的经历，当人扛着很重的重物时，人会迈小碎步而不迈大步。人迈步越大，膝关节调节重心的能力就会减弱，人的重心起伏就会很大，人就多费力。那些迈大步的木牛流马，当装上500斤重物后，问题最先暴露出来，即费力又迈步频率慢，运输效率就低。那些迈步小的，在走过同样距离时，重心会非常多的在升降，这样多费力并且行走速度慢，最终用腿行走的木牛流马成为不成功并且创新失败的运输工具。