
【科普花园】公交车座椅上的孔洞是偷工减料吗?
公交车作为城市公共交通的重要工具,每天承载着成千上万的乘客穿梭于城市的各个角落。对于那些频繁使用公共交通的人来说,公交车座椅上那些孔洞是再熟悉不过的东西。然而,你是否深思过这些孔洞背后隐藏的功能呢?网友对此议论纷纷:有人认为这是制造商为了偷工减料;有人戏称这是为了避免乘客放屁时声音过大;更有甚者调皮地说是用来放尾巴的。所以,这些孔洞到底是干什么用的?

图1公交座椅上的圆孔(图片来源:网络)
方便远程运输
公交车座椅是按照大规模生产和运输的标准来制造的。在远程运输过程中,座椅往往需要叠放在一起,以便减少所占据的空间。如果座椅上没有设计一些孔洞,当两把座椅紧密贴合时,由于空气压力的作用,这会导致在需要分开叠放的座椅时遇到较大的抗力。这种情况在日常生活中并不罕见,比如两个完全贴合的容器,一旦合上,就很难分开。

图2 叠放在一起的杯子有时候挺难分开取出(图片来源:网络)
这里的力学道理,可以用我们在初中物理课本上学过的马德堡半球实验来说明。在做这个实验时,我们要先将两个半球内的空气抽掉,此时球内的空气变得稀薄从而导致对内壁的压力减小。但是,球外的大气仍然维持在通常的状态,因此对外壁的压力不变。这样大气便把两个半球紧压在一起,它们就难以分开了。实验表明:球内空气抽掉得越多,两个半球越不容易分开。这里不妨给出一个数量概念,成年人大拇指的指甲盖面积大约为1平方厘米,在标准情况下大气压力为1个大气压,它相当于每平方厘米有1公斤压力作用在物体上。如果马德堡半球的直径是10厘米,那么球内空气完全抽空时,大约需要78公斤的力量才能把两个半球分开。尽管叠放在一起的座椅之间不会形成真空,但当空气被压缩时,内部气压会降低,也会产生类似的效果。座椅上的孔洞则可以避免这种情况的发生。这就是为什么许多塑料座椅上设计有孔洞的原因。
此外,座椅上的孔洞还能方便搬运工人通过孔洞将座椅串连起来,提高了搬运的效率和便捷性。

图3 马德堡半球实验(图片来源:网络)
缓解座椅压力
在我国,公交车是城市交通的重要组成部分,每天承载着庞大的客流。例如,一条繁忙路线上的公交车日均乘客量可能高达800至1500人次,这其中有接近200人次集中于高峰期。在这种高频率的使用下,座椅经常需要承受来自乘客,特别是体型较大的乘客的持续压力。
而一般情况下,公交车座椅通常采用塑料材质制作,这种材料具有一定的弹性。当塑料受到较大压力时,它会轻微地发生形变。如果没有设计孔洞,座椅在承受过大压力时,中间部分可能会下沉,最终可能导致座椅破裂。然而,一旦当座椅上有了孔洞,它就能够提供更多的形变空间来分散压力,从而延长座椅的使用寿命,减少因压力过大而导致的损坏。

图4 脆弱的塑料座椅(图片来源:网络)
有人可能会好奇:既然座椅上需要开孔,为什么这些孔洞都是圆形的呢?难道方形或五角星形的孔洞不行吗?实际上,选择圆形孔洞并非没有道理。圆形孔洞的优势在于,它们在受力时材料内部产生的应力分布更为均匀,减少了应力集中,从而降低了孔洞边缘裂开的风险。当然,圆形孔洞在制造过程中也更容易使用模具来生产,这不仅提高了生产效率,也保证了孔洞的一致性和精确度。
以上是从座椅角度来考虑的。如果从乘客角度来考虑,当座椅上没有孔洞时,若乘客的身体与座椅接触紧密,可能会在两者之间形成一个密闭的空间,导致乘客被座椅牢牢吸附。这样也会使乘客产生不舒适感。
提高散热效率和方便排水
众所周知,塑料的导热性能相对较差。公交车座椅通常位于窗户旁边,没有遮挡物,这在夏季可能会导致座椅表面温度过高。有人做过测算,经过阳光直射的塑料座椅温度可能高达39摄氏度。而座椅上的小孔有助于改善空气流动,提高散热效率,这不仅减少了温度变化对座椅材料性能的影响,也避免了乘客在炎热天气下感到不适。同时,良好的散热也有助于减少塑料座椅因频繁的热胀冷缩而缩短使用寿命。

图5 座椅设计通常为凹陷形状(图片来源:网络)
此外,在雨天,公交车座椅,尤其是靠窗的位置,容易受到雨水的侵袭。由于座椅设计通常为凹陷形状,容易积水。中间的小孔能让水分顺着孔洞流出,加速座椅的干燥过程,保持座椅的干燥和使用性。同样,这个设计也使得清洗后的座椅能够更快地变干,保持清洁和卫生。
带孔洞的公交座椅正慢慢退场?
随着时代的发展,公交车的座椅设计也经历了显著的变革。现代公交车越来越多地采用无孔设计,如平板式或软垫座椅,这些座椅可能是皮质或布质材料。难道它们不再依赖那个小洞了吗?事实可能真就如此。
首先,随着公交车技术的进步,空调系统的普及减少了温度波动对座椅的影响。座椅材料也经历了从塑料到金属的升级,使得座椅更加耐用,不再容易出现一坐就破裂的情况。

图6 变平的座椅没有了小洞(图片来源:网络)
其次,公众对座椅舒适性的期望也在不断提升,这促使设计师们专注于如何提升公交车座椅的舒适度。研究表明,人们最舒适的坐姿是臀部略微前移,身体稍微后仰,保持背部直立,大腿与地面平行,膝盖弯曲角度在90°至115°之间,双脚平放。正因如此,现行的公交车座椅国家标准GB3326-1997规定座椅高度应在400-440mm之间,这确保了大多数人不会因为座椅过高而无法舒适地踩到地面,也不会因为座椅过低而感到坐骨处的压力集中,导致疼痛和不适。

图7 靠背与人体脊柱曲线符合示意图(图片来源:网络)
此外,还有一些座椅的设计采用了类似臀部形状的双凹面,以确保臀部与座椅的接触面积足够大,从而分散压力,减少因血液循环受阻而产生的臀部疲劳。
所以,这篇文字告诉我们:小小的座椅设计就蕴藏着如此多的科学道理,科学是无处不在啊!
参考文献
[1]李娟,李辉,王小庆.城市公交车乘客座椅的舒适性分析和改进设计[J].中国西部科技,2010,9(14):32-33+35.
[2]姜晓旭,裴学胜.城市公交车座椅舒适性分析[J].汽车实用技术,2022, 47(22): 96-101.DOI:10.16638/j.cnki.1671-7988.2022.022.020.
[3]https://mp.weixin.qq.com/s/ME4dSrFsVBGROGsfPzKcBQ
[4]https://mp.weixin.qq.com/s/tYDloegWHaFu4xQMK3QTMg
[5]https://mp.weixin.qq.com/s/yNX1l29icHjamNkYGS6Vhg
[6]https://mp.weixin.qq.com/s/5XYRTyncegp9gTN0PX_jTw
[7]https://mp.weixin.qq.com/s/d-_JDqFFPSDAXBU2xUXtZg
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