从木制到轻便行李箱演变：带轮行李箱的历史与革新

从木制到轻便行李箱演变：带轮行李箱的历史与革新

旅行时，随身行李是必不可少的。最初的手提箱主要由木材或其他重型材料制成。图1中所示的早期手提箱包括木箱。随着航空旅行的流行，由木制和重型材料制成的树干显得非常笨重，并且树干在材料选择的硬塑料或布上往往更轻。

图1早期手提箱（互联网图片）

1970年，为了减少携带笨重的手提箱的不便， D. Sadow申请了一个带轮子的手提箱，并用软绳将其拖动，当时被称为时，如图2所示。但是，这种盒子在拖动过程中的稳定性较差，并且很容易转弯或装备。到1980年代，美国人用硬杆取代了拖船，这在一定程度上改善了不稳定，并赢得了设计奖，如图3所示。但是，从现代意义上讲，设计的盒子仍然不是手推车案例。此时，手柄仍安装在盒子的侧面，其运动仍然不够灵活。

图2带束带的手提箱（来自互联网的图片）

图3发明的框（图片来自互联网）

现代意义上的手推车案是在1990年代发明的。如图4所示，其发明者是美国飞行员Plath。起初，普拉斯只是为了自己的使用。后来，其他空姐也发现它非常实用，因此他们邀请普拉斯为他们制作行李箱。这样，普拉斯在飞行时制作了手推车。 Plath首次卖给了空姐和后来的其他乘客，于1991年申请了一项手推车案的专利，并辞去了他作为飞行员的工作，以制作手推车案。

图4 Plath发明的手推车盒（来自互联网的图片）

2010年之后，手提箱商人推出了另外4个小轮，可以旋转360°，并且可以轻松地将其推向平坦的地面，而无需付出任何努力。如图5所示，手提箱不需要人们向上的力，并且只需推动就可以在飞机上移动。如果车轮的摩擦力足够小，人们可以节省足够的努力。

图5可以旋转360度的手提箱（图片来自互联网）

如今，随着《时代》的发展，手推车盒的设计不仅是轻量级的，而且还越来越关注个性化。可以说，手推车盒已成为人们日常生活中必不可少的一部分。本文将使用力学原理来分析从手提箱到手推车案中人们“力量”特征的变化，从而揭示了手推车案的开发和演变中固有的机械原理。

假设您在旅行时需要携带40公斤行李，并且忽略了拉杆的质量。如果是早期的手提箱，那么根据平衡原则，人们只能向上施加40公斤的力量即可提起行李。与手推车箱相比，携带没有轮子的手提箱要费力得多。下面我们分析当一个人拉动手推车盒时的“力”特征，并绘制手推车盒的示意图，如图6所示，假设盒子自身的重量为g，并且重心的中心位于框中的中心。当一个人向上施加力时，大小为f。假设盒子的倾斜角为θ，图中显示了其他维度。使用杠杆原则，平衡方程的写入如下：

找到F，得到

假设它仍然是一个40公斤的手提箱，其重力G = 400N（为了计算便利，重力加速度G约为10m/s²）。指市场上普通手提箱的规模，本文中分析的行李箱大小如下：

图6手推车外壳大小和应力的示意图

在图中，L0 = 50cm; h = 20厘米; L = 74厘米。

如图7所示，将上述参数替换为上述公式，并绘制力f和θ角之间的关系。从此可以看出，当一个人向上“强制”向上“强力”时，手推车盒将水平放置。目前，它可以被视为杠杆。由于该人的力点和车轮支撑点之间的距离大于重心和支撑车轮之​​间的距离，因此它变成了节省劳动的杠杆，避免劳动力的量与重心中心的位置有关。随着倾斜角逐渐增加，该人的向上“力”逐渐下降。从这个结果来看，如果一个成年人和一个孩子拉了相同的盒子，孩子通常会因为身高而比成人更多。

还可以从图7中注意到，当倾斜角约为67.7度时，人的“力”向上为0，因为当手推车箱的倾斜角逐渐增加时，它将穿过重力线穿过方向盘，这是车轮提供的整个手推车盒的重量。但是，这种状态很难控制，并且很容易转向小于67.7度和大于67.7度的两个方向。在图7中，我们注意到，当倾斜角大于67.7度时，施加的力小于0。在这里，它只是指出该人所施加的力会导致盒子沿相反方向旋转。例如，在图6中所示的位置，为了保持平衡，该人施加的力使盒子逆时针旋转。当力F小于0时，这意味着为了保持平衡，该人使用的力会导致盒子旋转时钟，即，此时的手推车盒转向左侧。

图7手推车外壳上的力与倾斜角θ之间的关系

在解决一个人到手推车案例和倾斜角之间的“力”之间的关系时，我们注意到存在“力”为0的位置。自然的想法是，如果一个人的“力”可以保持在0，那将是手推车案例，这是最理想的设计。但是，在上面的示例中，很难保持特定角度的状态，因此出现了带有4个轮子的手推车外壳，因此车轮的重力完全由车轮支撑，并且4个车轮还确保了手推车盒的稳定性。同时，这4个车轮是通用车轮，可以沿任何方向旋转。因此，在推动手推车案件时，它变得非常努力，非常方便。

从上述分析，我们可以看到，从手持木制的手提箱到拉绳索箱以及可以在手提箱的开发和演变中旋转360度的手提行李箱，“工作节省”是促进行李箱的发展和演变的内部驱动力，也是“工作节省工作”的目标。人类巧妙地聚集了杠杆，车轮和盒子，并成为当代人深爱的手推车手提箱。

（原始注：本文是我指导学生的一项课外工作，该工作发表在数学，物理和化学（学习与研究）上，针对中学生。原始标题：手推车盒子的发展和演变的内部力学原理，本文略微扩展）

参考：

[1] Ren 。手提箱的变化[J]。百科全书知识，2009年（10）：52-53。

[2]。

[3] ..

[4] Wang Lifan。对高中入学考试，高中入学考试的分析[J]。物理教学，2008（3）：28-28。

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