Колесо

Матеріал з Вікіпедії — вільної енциклопедії.
Перейти до: навігація, пошук
Колеса залізничного вагону, встановлені як монумент у Трірі, Німеччина

Ко́лесо — це деталь машини, механізму чи пристрою у вигляді кола для передачі або регулювання руху.[1] Колесо вважається простим механізмом, коли воно насаджене на фіксовану або рухому вісь, яка проходить через його центр — для створення механічної передачі. Воно також є однією з основних деталей простого механізму — коловорота[2], призначеного для перетворення поступального руху в обертовий і навпаки. Винахід колеса приблизно 6 тисяч років тому був значним кроком у технічному поступі людства.

Будова[ред.ред. код]

Колесо — це предмет круглої форми, жорстко закріплений на осі. Для зменшення маси колесо часто виготовляють із зовнішнім ободом і радіальними шпицями.

Принцип дії[ред.ред. код]

При перетворенні поступального руху в обертову тягу сила прикладається перпендикулярно до осі. Тяга забезпечується зовнішньою силою, наприклад, кіньми. В такому випадку призначення колеса — зменшення сили тертя. Це зменшення забезпечується заміною тертя ковзання тертям кочення. Тертя кочення набагато менше, ніж тертя ковзання.

При перетворенні обертового руху в поступальний до осі колеса прикладається крутильний момент. В цьому випадку використовується тертя спокою, яке набагато більше, ніж тертя кочення. Колесо неефективне, якщо воно проковзує на поверхні (пробуксовує).

Часто в механічних екіпажах використовуються обидва типи перетворення: є колеса з приводом, і колеса, що зменшують тертя. Так, наприклад, у довгому потягу локомотив використовує тертя спокою, що дозволяє йому тягнути за собою понад 20 вагонів, на колеса яких діє тертя кочення.

Механіка[ред.ред. код]

Колесо істотно зменшує витрати енергії на переміщення вантажу по відносно рівній поверхні. При використанні колеса робота здійснюється проти сили тертя кочення, яка в штучних умовах доріг істотно менша, ніж сила тертя ковзання. Колеса бувають суцільні (наприклад, колісна пара залізничного вагона) і складаються з досить великої кількості деталей, наприклад, до складу автомобільного колеса входить диск, обід, покришка, іноді камера, болти кріплення тощо. Зношення покришок автомобілів є майже вирішеною проблемою (при правильно встановлених кутах коліс). Сучасні покришки проїжджають понад 100 000 км. Невирішеною проблемою є зношення покришок у коліс літаків. При зіткненні нерухомого колеса з бетонним покриттям злітної смуги на швидкості в кілька сотень кілометрів на годину зношення покришок величезне.

Історичний нарис[ред.ред. код]

Довгий час поширеною була версія, що колесо вперше виникло в шумерській культурі Месопотамії в кін. 4 тис. до н. е. і поширилося по Євразії та Північній Африці. Але археологічні знахідки кінця 20 ст. свідчать про те, що механізм колеса, швидше за все, був винайдений на території Центральної Європи, а вже звідти потрапив на Близький Схід.

Найперші зображення механізму колеса та возів знайдені на території сучасної Польщі, Румунії та в євразійських степах. На думку фінського вченого Аско Парполи, індолога з Гельсінгського університету, існують лінгвістичні причини вважати, що колесо виникло в Трипільській культурі на території сучасної України[3]. Версію про європейське походження колеса висунув у 1990-х німецький вчений А.Хойслер. Про знахідки моделей колес у розкопках трипільських поселень останньої чверті 5 тис. до н. е. (за тисячоліття до відповідних знахідок у Месопотамії) повідомляв ще у 1981 р. у наукових публікаціях румунський археолог Діну. Звідси інновація швидко поширилася по Європі: згадки про колесо зустрічаються у поселеннях Зюшен (Німеччина), Броночице (Польща), рештки возів знайдені у кін. 1980-х на території Краснодарського краю Росії датуванням сер. 4 тис. до н. е.[4]

Наступні згадки про колесо зустрічаються у Месопотамії у кін. 4-ого тисячоліття до н. е. Попередниками колеса можна вважати відомий до цього дерев'яний каток, котрий підкладався під вантаж при пересуванні. Початково колесо являло собою дерев'яний диск, настромлений на вісь і зафіксований клином. Зображення санок з коліщатами (3000 р. до н. е.) знайдені в Межиріччі у шумерському місті Урук. До 2700 року до н. е. там же з'являються малюнки возів. У той же час шумери починають ховати своїх царів разом із колісницями. Ці поховання відшукані в Кіші, Урі, в еламському місті Сузи. У 2-му тисячолітті до н. е. конструкція його вдосконалюється: у Малій Азії з'являеться колесо зі спицями, маточиною та гнутим ободом. Пізніше, у 1-му тисячолітті до н. е. кельти для підвищення міцності коліс своїх колісниць стали застосовувати металевий обід, котрий потім у транспортних машинах було замінено гумовими шинами для амортизації.

Попри те, що колесо не було відомим серед цивілізацій доколумбової Америки, деякі народи, наприклад інки, впритул наблизилися до його відкриття. Також до приходу європейців коліс не знали корінні народи Австралії і південної Африки.

Винахід колеса сприяв розвою ремесел. Колесо було застосовано у гончарному крузі, млині, прядці, токарному верстаті, у іригаційних спорудах, на мануфактурних фабриках, родовищах тощо Застосовувалися також водяні колеса.

Винахід колеса дав поштовх і до розвитку науки загалом. Так, воно застосовується в астролябії та інших наукових інструментах. У механіці широко використовується зубчасте колесо.

Важливе значення колеса у господарській сфері відбилося в його метафоричному обожненні у вигляді «Вічного повернення», «колеса Сансари», реінкарнації і т. д. У різноманітних культурах колесо є символом руху сонця, у буддизмі воно символізує закон та істину, симетричність і досконалість Дхарми, мирні зміни. Крилате колесо асоціюється зі швидкістю, колесо колісниці — з правлінням та владою. У греко-римській мітології колесо з шістьма спицями — атрибут Зевса (Юпітера) як небесного бога.

Давні й сучасні артефакти колеса[ред.ред. код]

Використання сьогодні[ред.ред. код]

Сьогодні найчастіше колесо використовується у транспортних засобах — автомобілях, потягах, велосипедах, самокатах, кінних возах, а також як шасі у літаках, гелікоптерах тощо.

Цікаві факти[ред.ред. код]

  • У липні 2001 року на колесо був отриманий інноваційний патент з наступним формулюванням: «круглий пристрій, що застосовується для транспортування вантажів»[5]. Цей патент був виданий Джону Кео, юристу з Мельбурна, який хотів тим самим показати недосконалість австралійського патентного закону.
  • Французька компанія Мішлен в 2009 році розробила придатне до масового випуску автомобільне колесо Active Wheel з вбудованими електродвигунами, що приводять у дію колесо, ресору, амортизатор і гальмо. Таким чином, ці колеса роблять непотрібними такі системи автомобіля: двигун, зчеплення, коробку передач, диференціал, привідний і карданний вал[6]. Ідея мотор-колеса не нова — вона була реалізована ще в кінці XIX століття Фердинандом Порше в Австро-Угорській імперії, проте практичне застосування його зіткнулося з вельми серйозними труднощами, в результаті чого розповсюдження мотор-колеса носить нині вкрай обмежений характер (кар'єрні самоскиди, «Луноход» та інші планетоходи).
  • У 1959 році американець А. Сфредд отримав патент на квадратне колесо. Воно легко йшло по снігу, піску, бруду, долало ями. Всупереч побоюванням, машина на таких колесах не «кульгала» і розвивала швидкість до 60 км/год.

Посилання[ред.ред. код]

Див. також[ред.ред. код]

Інтернет-ресурси[ред.ред. код]

Примітки[ред.ред. код]


Фізика Це незавершена стаття з фізики.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.
Вишивка Це незавершена стаття про культуру.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.
Історія Це незавершена стаття з історії.
Ви можете допомогти проекту, виправивши або дописавши її.