Колесо

Колеса залізнодорожних вагонів, встановлені як монумент у Трірі, Німеччина

Ко́лесо — простий механізм, призначений для перетворення поступального руху в обертовий і навпаки. Винахід колеса приблизно 6 тисяч років тому був значним кроком у технічному поступі людства.

Будова

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

Принцип дії

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

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

Перші згадки про колесо зустрічаються у Месопотамії у 4-му тисячолітті 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.

Незважаючи на 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 і т. п. 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

• 

  Диск колеса бронзової доби на штандарті Уру (приблизно 4500 років тому)

• 

  Колесо сторогрецької колісниці із чотирма шпицями як гліф лінійного письма Б. Стародавні греки використовували колеса ще 3,5 тисячі років тому. Колеса хеттських та єгипетських колісниць здебільшого мали шість шпиць, тоді як ассирійці залізної доби використовували вісім.

• 

  Знайдені біля Цюриха кулони у вигляді колес із розкопок культури полів поховальних урн бронзової доби (приблизно 3200 років тому). Швейцарський національний музей.

• 

  Еламське колесо зі шпицями початку залізної доби (приблизно 3500 рокі тому). Національний музей Ірану.

• 

  Колесо етруської колісниці (приблизно 2530 років тому)

• 

  Класичне колесо зі шпицями й ступицею та залізним ободом. Люди використовували такі колеса з початку залізної доби в Європі, приблизно 2500 років тому, аж по 20 століття.

• 

  Велосипед пенні-фартинг (1882)

• 

  Колесо сучасного мотоцикла із сплаву з нездувною шиною та дисковим гальмом.

• 

  Безповітряна шина "Tweel" фірми Michelin (2005)

Використання сьогодні

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

Цікаві факти

• У липні 2001 року на колесо був отриманий інноваційний патент з наступним формулюванням: «круглий пристрій, що застосовується для транспортування вантажів» . 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. 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

• http://istorya.ru/articles/koleso.php
• Словник символів

Дивіться також

• Прості механізми
• Вісь
• Колісна пара
• Тертя кочення
• Оглядове колесо
• Стельмаство
• Автошина
• Тачка
• Колесування

Інтернет-ресурси

• http://www.etymonline.com/index.php?term=wheel