Скачать

История развития колеса

ПРО КОЛЕСО

Что может быть проще колеса?! А между прочим, на создание этой простой и совершенной конструкции люди потратили не одну сотню лет. Зато попробуйте вспомнить сегодня машину в которой не было бы ни одного колеса.Чем же оно замечательно?

Когда колесо поворачивается, то на его ось действует большая сила, чем на обод. Этот эффект используется для полуения выиг-рыша в силе, например в рулевом колесе. Чем больше руль, тем легче поворачивается его ось. При повороте оси колесо перево-дит вращательное движение оси в прямолинейное движение,бла-

годоря чему с его помощью возможно перемещение грузов.Точ-ки обода колеса проходят большее расстояние, чем ось, так как диаметр колеса больше диаметра оси.

Если взять, например, ствол толстого дерева, распилить его поперек несколько раз, то получим много деревянных дисков-кругляшек.

Почему же мы говорим, что кругляшка не колесо?

Потому что у колеса есть секрет,которого нет у кругляшки - дырка посередине. Этот пустяк превращеат обыкновенную круг-ляшку в настоящее колесо: дырка, о которой говорится располо-жена точно в центре окружности. Это значит, что колесо можно насадить на ось и заставить везти любой груз - в тачке или теле-ге... Только подумайте, что получилось бы, если бы дырка нахо-дилась не в центре, а где-нибудь сбоку? На таком кособоком ко-лесе далеко не уедешь: оно катится по ровной дороге, а ось то вверх то вниз подымается. Другое дело, когда ось посередине: центр окружности - замечательное место. От него до любой точ-ки окружности одно и то же расстояние - колесо катится, а ось всегда остается на одинаковой высоте от земли.

Нет самое первое колесо было не просто придумать.И приспо-собить его к полезному делу - тоже было не просто.Как же это происходило? И на чём люди перевозили тяжести, до появления колеса.

ПРЕДКИ КОЛЕСА

На стенах дрвних египетских пирамид, сохранились надписи и изображения, повествующие о том, как строились эти фараоно-вы горы. На этих рисунках отчетливо видны люди, которые перевозят гигантский каменный блок , подложив под него круглые бревна-катки.

Катить по каткам куда легче, чем волочить по земле. Бревна, по которым груз уже прокатился, перекладывают вперед, и та-

ким образом процессия медленно продвигается.Недаром гово-рится : лучше круглое катить, чем плоское тащить.

Между прочим, катки поныне применяются человеком для очень тяжелых грузов, которые не выдержит ни один колесный экипаж. Например, камень-постамент весом в полторы тысячи тонн для знаменитой статуи медного всадника в Петербурге тоже был доставлен на место с помощью своеобразных катков: ими служили чугунные ядра-шары, катившиеся по специальным лоткам. А когда-то катки были единственным средством для перевозки тяжестей. Каток - ближайший родственник колеса.

Как же придумали катки?

Сперва человек бродил поблизости от своего жилья. Со време-нем совершали все более дальние путешествия в поисках пищи. Еще позднее люди научились выдалбливать лодки из стволов толстых деревьев.Ученые утверждают, что прежде, чем ездить по суше, человек научился плавать в лодках.

Иногда подходящее дерево для такой лодки росло далеко от берега. Как доставить его к реке?

Снаала, наверно люди обламывали и обрубали сучья на дереве, чтобы те не мешали вытаскивать из лесу ствол, и сообща волок-ли его по земле. Но однажды заметили, что тащить становится легче, если ствол скользит по корням или по другим упавшим деревьям потоньше. Люди стали нарочно выбирать дорогу с корнями и упавшими деревьями. Особенно облегчилась работа, когда на пути попадались прямые и гладкие кругляки, которые перекатывались по земле. Потом научились подкладывать под стволы тяжелых деревьев деревянные кругляки - не слишком длинные, чтобы они не наталкивались на деревья в лесу, и очи-щенные от сучьев, чтобы могли хорошо катиться. Эти кругляки, предназначеные специально, чтобы по ним перекатывать тяжес-ти, и были первыми катками.

Конечно, никто из нас не видел, как это происходило на самом деле. Но историки говорят, что именно так могло быть в дейст-вительности.

Не сразу человек додумался до обыкновенных катков. Но и от катков до колеса путь был не близкий - несколько тысячелетий.

Дерево истлевает в земле; в лучшем случае от толстого бревна через несколько сотен лет останется труха, и при малейшем при-косновении оно рассыпается. Правда археологи научились с по-мощью химических составов укреплять сгнившее дерево ( кон-сервировать), так что оно сохраняет прежнюю форму. Но разве отличиш простое бревно от того, которое служило катком? Быть может, поэтому точный возраст изобретения катков неиз-вестен. Всё же ученые предпологают, что каткам не меньше два-дцати тысяч лет.

Иное дело колесо: его ни с чем не спутаешь. Древним колёс-ным повозкам, найденым археологами, всего пять тысяч лет. Впрочем, сами повозки в раскопках встречаются редко. Гораздо чаще - изображения на стенах и модели из обожженной глины или бронзы. Наиболее древней считается бронзовая модель дву-колки - двухколесной повозки, найденная в Индии: ей пять тысяч лет. Изображению боевой шумерской колесницы тоже почти пять тысяч лет.

Глинянная модель телеги - платформы, найденная на острове Крит, помоложе: ей всего три с половиной тысячи лет.

Археологи обратили внимание, что у многих древних повозок колёса сплошные и при том скреплены с осью: ось вращается вместе с парой колёс.

“Может быть, сначала колёса делали из тогоже куска дерева, что и ось? - задумались учёные. - Но разве легче вырубать все вместе из цельного ствола, чем мастерить колёса и ось по от-дельности?..”

Разгадка нашлась простая: првы повозки, как предпологают ученые, были вовсе не на колесах, а представляли собой древян-ную платформу, под которой свободно распологались катки - четыре, пять или шесть, сколько поместится. Концы брёвен - катков выступали за широкие края платформы; а чтобы бревна не выкатывались из под платформы, их удерживали специальные брусья, приделанные к платформе

спереди и сзади. Во время езды

катки тёрлись о платформу, сере-

дина их постепенно перетиралась

становилась всё тоньше, а концы

оставались по-прежнему толстыми. Получалось нечто похожее на ось с двумя колесами. А когда люди заметили, что повозка на колёсах катится легче, чем на обычных катках, они стали нароч-но обжигать середину бревна. Так появились повозки на колё-сах. Подобные колёсные пары, называемые скатами, только не деревянные, а сталные - и сегодня применяются человеком - это поезда метро и вагоны железной дороги, паровозы,электровозы-все они ездят по рельсам на колёсах, скреплённых неподвижно с осью,- на скатах.

Не только неуклюжие грузовые телеги, но и первые двухколёс-ные повозки, очевидно, ставились на сплошные, тяжелые, проч-ные колёса - скаты.

Зато, как красиво - будьто не катятся по земле, а летят по воз-духу - выглядят боевые колесницы на больших, но легких колё-сах со спицами! Колесницам тоже очень много лет, и все же они появились позднее: сперва человек догадался сделать ось непод-вижной, а колеса вращающимися на оси; затем решил облегчить колесо - придумал спицы, обод и ступицу; ещё позднее - надел на обод для прочности железную шину. И на всё это человеку потребовалось несколько тысяч лет.

Но эволюция колеса на этом не завершилась. В наши дни коле-со не только оснастилось пневматической шиной, но и обрело “колесо” в “колесе” - шарикоподшипник. Порою оно перестаёт быть круглым.

Новую эру в создании колёс открыли космические исследова-ния. Луноходы, лунные автомобили потребовали создания новых типов колёс, небоящихся ни вакуума ни космического холода, ни жары...

На плохой дороге треугольник поворачиватся вниз основани-ем, теперь на почву опирается уже по восемь колёс.А в условиях полного бездорожья начинает

вращаться весь треугольник.

Каждое из колёс получает воз-

можность как бы перешагивать

через препятствия.

Сегодня колёса изготавливают из специальных очень прочных и лёгких аллюминевых сплавов. С каждым годом колесо стано-вится всё надёжнее и легче. Резиновые покрышки тоже постоян-но меняют свой химический состав и рисунок протектора, благо-доря чему автомобиль стал более маневренным, сцепление с до-рогои увеличивается, износ шин уменьшается и даже расход топлива, хоть незначительно, но сокращается.

Понемногу изменятся и внешний вид покрышек, например, если раньше модель M + S ( знак сокращения, указывающий, что шина предназначена для движения по грязным и заснеженным дорогам ) , можно было узнать по глубоко расчленённому рисунку протектора, то сегодня её не отличить от обычной летней покрышки.Сейчас главная особенность зимних шин в ином качестве резины, изготовленной из морозостойкой смеси, а так же в большой поверхности профиля и в тонком профилировании так называемых дисков. Резина зимних шин мягче, чем у летних, и остается такой же в трескучий мороз. Щелевидные прорези протектора улучшают сцепление с дорогой в зимних условиях, а следовательно улучшают тяговое усилие и эффект торможения В качестве недостатков зимних шин относительно летних можно назвать повышенный износ на твёрдых, сухих покрытиях, шумность и вибронагруженность.

Интересную модель зимней шины выпустила фирма Nokian. На покрышках была использована технология цифровых индикаторов степени износа. В центральной части протектора расположен ряд цифр от 2 до 8. В зависимос-ти от степени износа шины на поверхности появляется соответствующая цифра, которая указывает остаточную глубину протектора в миллиметрах.

О РЕЗИНОВОЙ ШИНЕ

К сожалению, в древности люди не записывали историю своих изобретений и открытий. Поэтому имена многих выдающихся изобретателей до нас недошли. Зато можно вспомнить, кем и как были сделаны некоторые изобретния в более близкие к нам времена. Например, вспомним историю резиновой шины, впер-вые надетой на колесо в 1888 году англичанином Денлопом.

В то время уже входили в моду велосипеды. Громоздкие,

дом камешке , на каждом бугорке, трясся как в лихорадке. И при этом нещадно дребезжал, грозил вот-вот развалиться.

Денлопу попался на глаза старый резиновый шланг, из кото-рого поливали огород, и он подумал:”А что если этим шлангом обмотать велосипедный обод ?”

Первая же попытка оказалась удачной: упругая резина значи-тельно смягчала тряску, и велосипедист без опаски мог ехать даже по неровной дороге. Но Денлоп не остановился на этом, он надул резиновый обруч, и теперь не только резина, но и воздух внутри нее принимал на себя резкие толчки - влосипедист их почти не ощущал.

Предприимчивый англичанин не ограничился усовершенствова-нием собственного велосипеда и основал целую фирму по произ-

водству резиновых шин. Сейчас фирма DUNLOP - один из круп-нейших производителей авто-шин.

Вслед за шинами для велосипедов стали изготовлять надувные шины для автомобилей ,появившихся не задолго дотого.Меньше

ста лет резиновой шине, а она уже стала обычной “обувью”коле-са.

СТАЛЬНОЙ ПОДШИПНИК

Еще один родственник колеса - шариковый подшипник.

Этот подшипник тоже молод, и ему отроду меньше ста лет. Но без него не обходится ни одна современная ма-шина, ни один станок или двигатель.

Что собой представляет такой подшипник? Для чего он?

Колесо телеги или кареты надевалось сразу на ось. А чтобы уменьшить трение между осью и колесом, оси и ступицы смазы-вались специальной колесной мазью - дегтем. К томуже несмаза-нная телега и скрипит препротивно. Смазанная - катится быстрее и бесшумнее.

Но вот лошадиную тягу сменили моторы, двигатели. Скорость телеги не сравнить со скоростью современного автомобиля. А чем больше скорость, тем больше трутся колеса на оси. Как же быть ? Одной лишь смазкой не обойтись : совершая примерно 500 оборотов в минуту, колесо вскоре так нагреет ось, что смаз-ка высохнет или испарится.

Что если заставить колесо катиться н только по дороге, но и по оси?

Именно так решили сделать инженеры: поместить между осью и средней частью колеса , ступицей , гладкие стальные шарики. Ступица будет своей внутренней поверхностью катиться по ша-рикам, а шарики - по оси.

Два кольца - большое и поменьше, одно в другом, - а между ними в ложбинке перекатываются стальные шарики. Вот и полу-чился шариковый подшипник.

Ведь если вы помните, при помощи подобных шаров, катив-шихся по лотку, был доставлен когда-то каменный постамент для статуи Петра I ...

В роликовых подшипниках вместо шариков между кольцами перекатываются стальные ролики, напоминающие маленькие катки. Выходит, что идея таких подшипников известна давным- давно. Инженры использовали старую идею для создания нового механизма - подшипника.

Шариковые и роликовые подшипники применяются не только в автомобилях и не только для колес. Они в десятки и сотни раз уменьшают трение между любыми вращающимися деталями ма-шин. Это уже не просто колесо, а колесо в колесе.

Вот куда привела дорога по которой когда-то покатился прос-той деревянный каток .

БОЛЬШАЯ СЕМЬЯ КОЛЕСА

На этом можно было бы закончить рассказ о том, как человек придумал колесо. Но разве колесо умеет только катиться по до-роге?

Почти так же давно, как и транспортные колёса, люди начали применять гончарный круг - изобретение древних ремесленни-ков - гончаров. Например Шумерам, жившим в долине, между реками Тигр и Евфрат, гончарный круг был известн уже пять тысяч лет назад.Об этом свидетельствуют находки архиологов:

по рисунку на глинянных стенках сосудов учёные догадываются не только о том, вручную или на гончарном круге изготовлены эти сосуды, но и об устройстве самого круга.

Вначале гончарный круг представлял собой небольшой дере-вянный кружок на короткой оси - вроде круглого столика. Левой рукой человек вращал столик, а правой придавал куску глины на нём необходимую форму. Посуда на круге получается гораздо красивей, ровней, чем в ручную. А главное, гончару удобней ле-пить на гонарном круге, он мог теперь наготовить сразу много глиняных кувшинов и мисок - не только для себя, и своей семьи, но и на продажу.

А когда появился ножной гончарный круг, который вращали ногой, работать стало ещё удобнее: лепи обеими руками!..

Другое колесо, которое тоже вращалось на месте - водочер-пальное. На него набивались ступньки, по ступенькам шагали люди и поворачивали колесо. Черпаки по окружности колеса опускались, зачёрпывали воду, а потом выливали её в распреде-лительный желоб.

Никто не помнит сейчас, кому первому пришла мысль о водя-ном колесе с лопастями - лопатками. Колесо устанавливалось в реке, вода ударяла лопатки и поворачивало его.

Для чего служили такие колёса?

Если прицепить к колесу черпаки, оно само будет зачёрвывать и поднимать воду. А можно попро-

сить водяное колесо, чтобы оно вра-

щало круглые каменные плиты - жер-

нова , премалывало зерно - вот и во-

дяная мельница. В старинных книгах,

дошедших до нас, описываются водя-

ные мельницы, работавшие две тыся-

чи лет назад.

От водяного колеса недалеко и до

гребного. Правда, гребное колесо по-

надобилось лишь после того, как был

изобретён паровой двигатель и впер-

вые установлен на судне , получив-

шим название пароход. Это было в

Америке в 1807 году. Человека, пос-

троившего пароход , звали Роберт

Фультон. Многие тогда не верили, что параход поплывёт. Но вот зашлёпали по воде широкие плицы - так называются лопасти гребного колеса, и железный ковчег сдвинулся с места...

Пожалуй, стальное колесо современной водяной турбины мало похоже на деревянное мельничное, а ведб они близкие родствен-ники: и то и другое вертит вода. Только мельничное колесо при-водит в действие мельницу, а гидротурбина - мощную электрос-танцию, вырабатывающую ток для целого города с заводами, фабриками, домами...

Труднее всего было придумать самое первое колесо. А уж дальше, как говорится, колёса от колёс пошли. Они и возят, и пилят, и тяжёлые грузы поднимают - во всём людям помошники.

Поговорим теперь о грузоподъёмных колёсах и машинах.

БЛОК, ЛЕБЁДКА, ПОЛИПЛАСТ.

Когда - то машинами называли приспособления для поднятия тяжестей: других машин тогда почти не было. Древнеримский ученый и зодчий Витрувий так писал в своих сочинениях две ты-сячи лет назад: машина есть “соеденение деревянных частей, представляющее большие приемущества для поднятия грузов”.

Итак, от Виртувия мы узнали, что машины в то время делали из дерева: очевидно металл ценился ещё слишком дорого.

Расскажем сначало немного о простом блоке.

Блок был изобретён, по видимому, в начальный период желез-ного века. Это очень нужное приспособление, казалось бы могли изобрести люди, знакомые с колесом. Однако же, по имеющим-ся, довольно достоверным данным, известно, что египтяне брон-зового века не поднимали паруса с помощью блока и определён-но, не пользовались им на крупных строительных работах. Пер-вые достоверные свидетельства о наличии блока на барельефе были обнаружены в Ассирии и относятся к VIII веку до н.э.

Блок - это небольшое колесо на оси; по ободу колеса - канавка,

в канавку удобно укладывается верёвка или прочный канат, обх-ватывающий блок с трёх сторон. Если блок подвесить повыше между двух деревянных столбов и к одному из концов верёвки привязать груз, то можно, оставаясь на земле, поднять этот груз до верхушек столбов. Именно так устроен простейщий подъём-ный кран, упоминаемый Витрувием. Всё удобство этого крана в том, что чловек, оставаясь на земле, тянет за верёвку вниз, а груз поднимается вверх.

Блок нашёл себе применение и в современном подъемном кра-не - в больших кранах с элктрическими моторами и в обыкно-венных лебёдках: на вал наматывается канат, к которому прицеп-лён груз, а этот канат перекинут через колёсико - блок; вал вер-тится, и канат бежит по колёсику.

Вместо груза внизу можно подвесить ещё один блок, обернув и его канатом, а верхний конец каната прочно закрепить. Потянешь за свободный конец - нижний блок поползёт вверх. А к этому блоку (его называют подвижным в отличае от неподви-жного верхнего) можно тоже прикрепить груз с помощью крюка

Для чего усложнять конструкцию крана?

Дело в том, что при подъёме груза с помощью подвижного блока вдвое легче тянуть за канат. Хотя чтобы поднять груз на один метр от земли, придется вытягивать не один, а два метра каната. Ведь для того, чтобы

поднять поднять подвижный

блок на один метр , нужно

“укоротить” канат и слева и

справа на один метр, то есть

всего на два метра.А непод-

вижный блок не даёт выиг-

рыша в силе, зато меняет её

направление : тянем вниз, а

груз поднимается вверх.

Блок, являющийся простей-

шим механизмом, нельзя бы-

ло изготовить достаточно де-

шёвым способом, пока не по-

явилось железо и в качестве

матерьяла и как орудие про-

изводства. Как бы там ни бы-

ло, но появление блока вско-

ре вызвало коренной переворот в области строительства. Он по-зволил поднимать и укладывать на место камни гораздо произ-водительнее, чем с помощью практиковавшегося в бронзовом веке способа их подъёма по земляной наклонной плоскости с по-следующим сбрасыванием на нужное место.

Подвижные и неподвижные блоки позволяют в четыре, в шесть, в восемь раз “уменьшить” вес груза - для этого применя-ют устройсва из четырёх, шести, восьми блоков. Такие устройс-тва называют полипластами, что в переводе с греческого озна-чает “много тянуть”. Так вот при помощи таких машин, во вре-мена Витруовия строители поднимали огромные плиты, возво-дили гигантские сооружения. Приходилось ”много тянуть” за ве-рёвку, зато непосильный груз рано или поздно поднимали и ста-вили на место.

Изобретение древних механиков дожило и до наших дней.