Колесо - Wheel

Для использования в других целях см. Колесо (значения) и Колеса (значения).

Этот Колесо болот Любляны с осью - самое старое деревянное колесо, обнаруженное в Медный век (ок. 3130 г. до н.э.)
Три колеса со спицами на старинном трехколесный велосипед
Раннее колесо из цельного куска дерева

В своей примитивной форме колесо представляет собой круглый блок из твердого и прочного материала, в центре которого просверлено отверстие, в которое помещается ось несущий о котором колесо вращается, когда крутящий момент прикладывается к колесу вокруг его оси. В колесо и ось сборку можно считать одной из шесть простых машин. При вертикальном размещении под несущей платформой или футляром колесо, вращающееся на горизонтальной оси, позволяет транспорт тяжелая ноша. Это устройство является основной темой данной статьи, но есть много других применений колеса, о которых говорится в соответствующих статьях: при горизонтальном размещении колесо, вращающееся на своей вертикальной оси, обеспечивает вращательное движение, используемое для формования материалов (например, гончарный круг ); при установке на колонке, соединенной с рулем направления или с рулевым механизмом колесного транспортного средства, его можно использовать для управления направлением судна или транспортного средства (например, штурвал или же руль ); при подключении к кривошипу или двигатель колесо может накапливать, выделять или передавать энергию (например, маховик ). А колесо и ось с силой, приложенной для создания крутящего момента на одном радиусе, можно преобразовать это в другую силу на другом радиусе, а также с другой линейной скоростью.

Этимология

Английское слово колесо исходит из Древнеанглийский слово hweol, hweogol, из Прото-германский *hwehwlan, * hwegwlan, из Протоиндоевропейский *kшэкшло-,[1] расширенная форма корня *kшэль- "вращать, двигаться". В индоевропейских родословных исландский hjól "колесо, шина", Греческий κύκλος Куклос, и санскрит чакра, последние два означают «круг» или «колесо».[2]

История

Место и время «изобретения» колеса остаются неясными, поскольку самые старые намеки не гарантируют существования настоящего колесного транспорта или датируются слишком большим разбросом.[3] Изобретение колеса приписывают Эламиты потому что их скульптуры - самые ранние из них.[4] Изобретение массивного деревянного дискового колеса относится к последним Неолит, и его можно рассматривать в сочетании с другими технологическими достижениями, которые привели к раннему Бронзовый век. Это подразумевает прохождение нескольких тысячелетий без колес даже после изобретение сельского хозяйства и из керамика, вовремя Керамический неолит.

Изображение онагр тележку на Шумерский "боевой штандарт Ура "(ок. 2500 г. до н.э.)

В Халаф Культуре 6500–5100 гг. до н.э. иногда приписывают самое раннее изображение колесной повозки, но это сомнительно, поскольку нет свидетельств того, что халафийцы использовали колесные повозки или даже гончарные круги.[5] Предшественники колес, известные как «турнетты» или «медленные колеса», были известны в Средний Восток к 5 тысячелетию до нашей эры. Один из самых ранних примеров был обнаружен в Тепе Пардис, Иран, и датируется 5200–4700 гг. до н. э. Они были сделаны из камня или глины и прикреплены к земле штифтом в центре, но для поворота требовалось значительное усилие. Настоящие гончарные круги, которые вращаются свободно и имеют колесо и ось механизм, были разработаны в Месопотамия (Ирак ) к 4200–4000 гг. до н. э.[6] Самый старый из сохранившихся экземпляров, который был найден в Ура (современный день Ирак ), датируется примерно 3100 годом до нашей эры.[7]

Самое древнее косвенное свидетельство колесного движения было найдено в виде миниатюрных глиняных колес к северу от Черного моря до 4000 г. до н. Э. С середины 4 тысячелетие до нашей эры и далее свидетельства собираются по всей Европе в виде игрушечных машинок, изображений или колей.[8] В Месопотамии изображения колесных вагоны найти на глиняная табличка пиктограммы на Эанский район из Урук, в Шумерский цивилизации датируются c. 3500–3350 гг. До н. Э.[9] Во второй половине 4-го тысячелетия до н.э. свидетельства колесных транспортных средств появились почти одновременно в Северной (Майкопская культура ) и Юг Кавказ (Раннекурганская культура) и Восточная Европа (Кукутеньско-трипольская культура ). Изображения колесной машины появились между 3631 и 3380 годами до нашей эры в Глиняный горшок броноцице раскопан в Культура воронкообразных поселение на юге Польша.[10] Рядом Ольшаница для входа в вагон построена дверь шириной 2,2 м; Этот сарай был 40 м в длину с 3 дверьми, датировался 5000 г. до н.э. - 7000 лет назад и принадлежал неолит Линейная гончарная культура.[11] Сохранившиеся свидетельства комбинации колесо-ось из Старе-Гмайне близ Любляны в Словении (Люблянское болото деревянное колесо ), датируется двумя Стандартное отклонение до 3340–3030 до н.э., ось до 3360–3045 до н.э.[12] Известны два типа европейских колес и осей раннего неолита; а окологорье тип конструкции вагона (колесо и ось вращаются вместе, как в Люблянском колесе болот), и конструкция вагона Баденская культура в Венгрии (ось не вращается). Они оба датируются c. 3200–3000 гг. До н. Э.[13] Некоторые историки считают, что распространение колесной техники из Ближний Восток в Европу примерно в середине 4-го тысячелетия до нашей эры.[14]

Сплошные колеса на тяжелой храмовая машина, по сравнению с зажигалкой колеса со спицами черного родстер велосипед на переднем плане

Ранние колеса были простыми деревянными дисками с отверстием для оси. Некоторые из самых ранних колес делались из горизонтальных срезов стволов деревьев. Из-за неровной структуры дерево колесо, сделанное из горизонтального среза ствола дерева, будет иметь тенденцию быть хуже колеса, сделанного из округлых кусков продольных досок.

В говорил колесо было изобретено совсем недавно, что позволило создавать более легкие и быстрые автомобили. Самые ранние известные образцы деревянных колес со спицами относятся к Синташтинская культура, датируемый c. 2000 г. до н.э. (Кривое озеро ). Вскоре после этого конные культуры Кавказ регион использовали конные войны со спицами колесницы на протяжении большей части трех веков. Они двинулись вглубь греческого полуострова, где они присоединились к существующим средиземноморским народам, чтобы дать начало классической Греции после распада Минойский доминирование и консолидации во главе с доклассическими Спарта и Афины. кельтская колесницы представили утюг обод колеса в 1 тысячелетии до н. э.

Авиалинии Катара Airbus A380 прибывает Лондонский аэропорт Хитроу. Имеет двадцать основных ходовая часть колеса (четыре + четыре на крыле и шесть + шесть на фюзеляже). (2015)

В Китае следы колес, датируемые примерно 2200 годом до нашей эры, были найдены в Пинлянтае, месте Культура Луншань.[15] Подобные следы также были найдены на Янши, город Эрлиту культура, датируемый примерно 1700 годом до нашей эры. Самые ранние свидетельства существования колес со спицами в Китае происходят из Цинхай, в виде двух ступиц колес со стоянки, датируемой между 2000 и 1500 годами до нашей эры.[16]

В Великобритании большое деревянное колесо диаметром около 1 м (3,3 фута) было обнаружено в Должен фармить место в Восточной Англии в 2016 году. Образец, датируемый 1100–800 гг. до н.э., представляет собой самый полный и самый ранний экземпляр этого типа, найденный в Великобритании. Ступица колеса тоже присутствует. Хребет лошади, найденный поблизости, предполагает, что колесо могло быть частью телеги, запряженной лошадьми. Колесо было найдено в поселении, построенном на сваях над болотом, что указывает на то, что поселение имело некую связь с сушей.[17]

Фигурка с изображением Новый мир колесо, изобретенное самостоятельно

Хотя до контакта с европейцами в Америке не было массового использования колес, на мексиканских археологических раскопках были обнаружены многочисленные небольшие артефакты с колесами, идентифицированные как детские игрушки, некоторые из которых датируются примерно 1500 годом до нашей эры.[18] Считается, что основным препятствием для широкомасштабного развития колеса в Америке было отсутствие домашних крупных животных, которых можно было использовать для буксировки колесных экипажей.[19] Ближайший родственник крупный рогатый скот присутствовали в Америке в доколумбовские времена, Американский бизон, трудно приручить и никогда не был приручен коренными американцами; несколько видов лошадей существовали примерно 12000 лет назад, но в конечном итоге вымерли.[20] Единственное крупное животное, которое было приручено в Западном полушарии, лама, вьючное животное, но физически непригодное для использования в качестве тяглового животного для буксировки колесных транспортных средств,[21] и использование ламы не распространилось далеко за пределы Анды к моменту прихода европейцев.

Нубийцы примерно с 400 г. до н.э. использовались колеса для прядения керамика и, как водяные колеса.[22] Считается, что нубийские водяные колеса могли управляться волами.[23] Также известно, что нубийцы использовали конные колесницы, привезенные из Египет.[24]

Колесо почти не использовалось, за исключением Африканский рог, в К югу от Сахары хорошо в 19 веке, но это изменилось с приходом европейцев.[25][26]

Колесо со спицами использовалось без значительных изменений до 1870-х годов, когда колеса со спицами и пневматические шины были изобретены.[27] Пневматические шины могут значительно снизить сопротивление качению и повысить комфорт. Проволочные спицы находятся под натяжением, а не сжатием, что делает колесо жестким и легким. Ранние проволочные колеса с радиальными спицами привели к появлению проволочных колес с тангенциальными спицами, которые широко использовались на автомобилях в конце 20-го века. Бросать литые диски сейчас используются чаще; кованые легкосплавные диски используются, когда вес является критическим.

Изобретение колеса также было важно для технологии в общем, важные приложения, включая водяное колесо, то зубчатое колесо (смотрите также антикиферский механизм ), прялка, а астролябия или же Torquetum. Более современные потомки колеса включают пропеллер, то реактивный двигатель, то маховик (гироскоп ) и турбина.

Механика и функции

Этот раздел о приложении к транспорту. Для простой машины см. Колесо и ось.

Для передвижения колесного транспортного средства требуется гораздо меньше усилий, чем просто перетаскивать такой же вес. Низкое сопротивление движению объясняется тем, что фрикционная работа готово уже не на поверхности, по которой движется автомобиль, а в подшипники. В самом простом и старом случае подшипник представляет собой просто круглое отверстие, через которое проходит ось (a "подшипник скольжения "). Даже с подшипником скольжения работа трения значительно уменьшается, потому что:

  • Нормальная сила на скользящем интерфейсе такая же, как при простом перетаскивании.
  • Дистанция скольжения уменьшается для данного расстояния перемещения.
  • Коэффициент трения на границе раздела обычно ниже.

Пример:

  • Если объект весом 100 кг протащить на 10 м по поверхности с коэффициент трения μ = 0,5, нормальная сила это 981 N и работай сделано (требуется энергия ) составляет (работа = сила x расстояние) 981 × 0,5 × 10 = 4905 джоули.
  • Теперь дайте объекту 4 колеса. Нормальная сила между 4 колесами и осями одинакова (в сумме) 981 Н. Предположим, для дерева μ = 0,25, и скажем колесо диаметр 1000 мм, диаметр оси 50 мм. Таким образом, пока объект все еще перемещается на 10 м, скользящие фрикционные поверхности скользят друг по другу только на расстояние 0,5 м. Проделанная работа 981 × 0,25 × 0,5 = 123 джоуля; проделанная работа сократилась до 1/40 от работы перетаскивания.

Дополнительная энергия теряется из-за контакта колеса с дорогой. Это называется сопротивление качению что в основном связано с потерей деформации. Это зависит от характера грунта, материала колеса, его накачивания в случае шины, полезного крутящего момента, создаваемого возможным двигателем, и многих других факторов.

Колесо также может дать преимущества при движении по неровным поверхностям, если радиус колеса достаточно большой по сравнению с неровностями.

Само по себе колесо не является машиной, но когда оно прикреплено к ось вместе с подшипником образует колесо и ось, один из простые машины. Ведущее колесо - это пример колеса и оси. Колеса предшествовали ведущим колесам примерно на 6000 лет, что само по себе является эволюцией использования круглых бревен в качестве роликов для перемещения тяжелого груза - практика, уходящая корнями в доисторическую эпоху, так что датировать ее не удалось.

Строительство

Эта статья о конструкции колеса. Для изготовления колес со спицами см. Колесостроение. Для изготовления колес со спицами без проволоки см. Конструкция колеса.

Обод

Основная статья: Обод (колесо)
An алюминий Литые диски

В обод это «внешний край колеса, на котором держится шина».[28] Он составляет внешнюю круглую конструкцию колеса, на которой внутренний край шина устанавливается на таких транспортных средствах, как автомобили. Например, на велосипедное колесо то обод представляет собой большой обруч, прикрепленный к внешним концам спиц колеса, который удерживает шину и камеру.

В I тысячелетии до н.э. утюг обод был введен вокруг деревянных колес колесницы.

Центр

Ступица является центром колеса и обычно содержит несущий, и здесь встречаются спицы.

А беззубое колесо (также известный как ободное колесо или бесцентровое колесо) - это тип колеса без центра. центр. В частности, ступица на самом деле почти такая же большая, как и само колесо. В ось полый, очень близко следует за колесом допуски.

Спицы

Основная статья: говорил
Колесо со спицами на выставке Национальный музей Ирана, в Тегеран. Колесо датируется концом 2-го тысячелетия до нашей эры и было раскопано в Чока Занбил.

А говорил является одним из некоторого количества стержней, исходящих из центра колеса ( центр где ось соединяется), соединяя ступицу с круглой тяговой поверхностью. Первоначально термин относился к частям бревна, которые были разделены по длине на четыре или шесть секций. Радиальные элементы колеса телеги были сделаны путем вырезания спицы (из бревна) в их законченную форму. А спица это инструмент изначально разработан для этой цели. В конце концов, термин «спица» стали чаще применять к готовому продукту колесный мастер работы, чем использованные материалы.

Проволока

Основная статья: проволочное колесо

В диски из проволочные колеса (или "колеса со спицами из проволоки") соединены с их ступицами проводом спицы. Хотя эти провода обычно жестче, чем обычные трос, они действуют механически так же, как напряженный гибкие провода, удерживающие обод в вертикальном положении, поддерживая приложенные нагрузки.

Проволочные колеса используются в большинстве велосипеды и до сих пор используется на многих мотоциклы. Их изобрел авиационный инженер. Джордж Кэли и впервые использовался в велосипедах Джеймс Старли. Процесс сборки проволочных колес описывается как колесостроение.

Автомобиль MGA 1957 года с проволочными колесами

Шина / Шина

Основные статьи: шина, мотоциклетная шина, и велосипедная шина
Сложенные и стоящие автомобильные шины

А шина (в Американский английский и Канадский английский ) или же шина (в некоторых Содружество Наций таких как Великобритания, Индия, Южная Африка, Австралия и Новая Зеландия) представляет собой кольцевое покрытие, которое надевается на колесо обод чтобы защитить его и улучшить характеристики автомобиля, обеспечив гибкую подушку, которая поглощает удары, сохраняя при этом колесо в тесном контакте с землей. Само слово может быть образовано от слова «галстук», которое относится к внешней стальной кольцевой части колеса деревянной тележки, которая связывает деревянные сегменты вместе (см. Этимологию ниже).

Основные материалы современных шин: синтетическая резина, натуральная резина, ткань и проволока, а также другие сложные химические вещества. Они состоят из ступени и корпуса. Протектор обеспечивает тяга в то время как тело обеспечивает поддержку. До того, как была изобретена резина, первые версии шин представляли собой простые металлические ленты, которые крепились вокруг деревянных колес для предотвращения износа. Сегодня подавляющее большинство шин пневматический надувные конструкции, состоящий из шнуров и проводов в форме пончика, заключенных в резиновую оболочку и обычно заполненных сжатым воздухом для образования надувной подушки. Пневматические шины используются на многих типах транспортных средств, таких как легковые автомобили, велосипеды, мотоциклы, грузовики, землеройные машины, и самолет.

Альтернативы

Хотя колеса очень широко используются для наземного транспорта, существуют альтернативы, некоторые из которых подходят для бездорожья, где колеса неэффективны. Альтернативные методы наземного транспорта без колес включают:

Символизм

Колесо также стало сильной культурной и духовной метафорой цикла или регулярного повторения (см. чакра, реинкарнация, Инь и Янь среди прочих). В связи с этим и из-за труднопроходимой местности использование колесной техники было запрещено. старый Тибет. Колесо в древности Китай рассматривается как символ здоровья и силы и используется некоторыми деревнями как инструмент для предсказания будущего здоровья и успеха. В диаметр колеса - показатель будущего здоровья.

В крылатое колесо символ прогресса, который можно увидеть во многих контекстах, включая герб Панамы, логотип Дорожный патруль штата Огайо и Государственная железная дорога Таиланда. Колесо также является заметной фигурой на флаг Индии. Колесо в данном случае представляет закон (дхарма ). Он также появляется в флаг цыганского народа, намекая на их кочевую историю и их индийское происхождение.

Введение разговорных (колесница ) колеса в Среднем бронзовом веке, кажется, пользовались своего рода престижем. В солнечный крест кажется, имеет значение в Религия бронзового века, заменяя более раннюю концепцию Солнечная баржа с более «современными» и технологически продвинутыми солнечная колесница. Колесо также было солнечным символом Древние египтяне.[29]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ "колесо". Интернет-словарь этимологии. В архиве из оригинала от 3 июля 2017 г.. Получено 28 марта 2007.
  2. ^ "Словарь американского наследия: колесо". Издательская компания Houghton Mifflin Harcourt. В архиве из оригинала 20 июля 2013 г.. Получено 26 ноября 2012.
  3. ^ Хольм, Ханс Дж. Дж. Г .: Древнейшие находки колес, их археология и индоевропейская терминология во времени и пространстве, а также ранние миграции вокруг Кавказа. Серия минор 43. ARCHAEOLINGUA ALAPÍTVÁNY, Будапешт, 2019. ISBN  978-615-5766-30-5.
  4. ^ Тунис, Эдвин (2002). Колеса: иллюстрированная история. п. 9.
  5. ^ В. Гордон Чайлд (1928). Новый свет на Древнейший Восток. п.110.
  6. ^ Д.Т. Поттс (2012). Компаньон археологии древнего Ближнего Востока. п. 285.
  7. ^ Мурри, Питер Роджер Стюарт (1999) [1994]. Древние месопотамские материалы и отрасли: археологические свидетельства. Озеро Вайнона, Индиана: Айзенбраунс. п. 146. ISBN  978-1-57506-042-2. В архиве из оригинала 17 октября 2017 г.. Получено 26 октября 2017.
  8. ^ Ханс J.J.G. Холм: самые ранние находки колес, их археология и индоевропейская терминология во времени и пространстве, а также ранние миграции вокруг Кавказа. Археолингва Алапитвани, Будапешт, 2019, ISBN  978-963-9911-34-5
  9. ^ Аттема, П. А. Дж .; Лос-Вейнс, штат Массачусетс; Перс, Н. Д. Маринг-Ван дер (декабрь 2006 г.). «Броночице, Флинтбек, Урук, Джебель-Аруда и Арслантепе: самые ранние свидетельства наличия колесных транспортных средств в Европе и на Ближнем Востоке». Палеохистория. Гронингенский университет. 47/48: 10–28 (11). ISBN  9789077922187. В архиве с оригинала 22 августа 2020 г.. Получено 1 мая 2019.
  10. ^ Энтони, Дэвид А. (2007). Лошадь, колесо и язык: как всадники бронзового века из евразийских степей сформировали современный мир. Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. п. 67. ISBN  978-0-691-05887-0.
  11. ^ "35. Olszanica Longhouse 6: Почему у него широкие двери?". 26 октября 2018.[постоянная мертвая ссылка ]
  12. ^ Велушчек, А .; Чуфар, К. и Зупанчич, М. (2009) "Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem barju", стр. 197–222 в A. Velušček (ред.). Koliščarska naselbina Stare gmajne in njen as. Люблянско барье v 2. polovici 4. tisočletja pr. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16. Любляна.
  13. ^ Фаулер, Крис; Хардинг, Ян и Хофманн, Даниэла (ред.) (2015). Оксфордский справочник неолитической Европы. В архиве 29 декабря 2016 г. Wayback Machine ОУП Оксфорд. ISBN  0-19-166688-2. п. 109.
  14. ^ Аттема, П. А. Дж .; Лос-Вейнс, штат Массачусетс; Маринг-Ван дер Перс, Н. Д. (декабрь 2006 г.). «Броночице, Флинтбек, Урук, Джебель-Аруда и Арслантепе: самые ранние свидетельства колесных транспортных средств в Европе и на Ближнем Востоке». Палеохистория. Гронингенский университет. 47/48: 10-28 (19-20). ISBN  9789077922187. В архиве с оригинала 22 августа 2020 г.. Получено 1 мая 2019.
  15. ^ «В Центральном Китае открыты самые ранние колеи». Синьхуа. В архиве с оригинала 22 августа 2020 г.. Получено 20 января 2020.
  16. ^ Барбьери-Лоу, Энтони (февраль 2000 г.) «Колесные средства передвижения в китайском бронзовом веке (около 2000–741 гг. До н.э.)», стр. 11-12. Синоплатонические статьи
  17. ^ "Колесо бронзового века на ферме" Британские Помпеи "- беспрецедентная находка.'". BBC. В архиве из оригинала 9 ноября 2018 г.. Получено 18 февраля 2016.
  18. ^ Экхольм, Гордон Ф (апрель 1946 г.). «Игрушки на колесах в Мексике». Американская древность. 11 (4): 222–28. Дои:10.2307/275722. JSTOR  275722.
  19. ^ Даймонд, Джаред (1999). Оружие, микробы и сталь: судьбы человеческих обществ. Нью-Йорк: Нортон. п.237. ISBN  978-0-393-31755-8. В архиве из оригинала 26 марта 2020 г.. Получено 9 ноября 2019.
  20. ^ Певец, Бен (май 2005 г.). Краткая история лошади в Америке. Канадский географический журнал. Архивировано из оригинал 19 августа 2014 г.
  21. ^ Томас Райдер (1986). Журнал Carriage: Том 23 № 4 Весна 1986 г.. Перевозки доц. Америки. п. 209.
  22. ^ «Ремесла - открытие сокровищ древней Нубии». NYTimes.com. 27 февраля 1994 г. В архиве с оригинала 22 августа 2020 г.. Получено 18 сентября 2017.
  23. ^ "Что ели нубийцы". Откройте для себя журнал. В архиве из оригинала 1 марта 2009 г.. Получено 5 февраля 2009.
  24. ^ Fage, J.D .; Оливер, Роланд Энтони (1975). Кембриджская история Африки. Издательство Кембриджского университета. п.278. ISBN  978-0-521-21592-3. В архиве с оригинала 10 июня 2020 г.. Получено 22 февраля 2020.
  25. ^ Чавес, Исайас; Энгерман, Стэнли Л.; Робинсон, Джеймс А. (2012). Новое изобретение колеса: экономические преимущества колесного транспорта в ранней колониальной Британской Западной Африке (PDF). Центр международных отношений Уэзерхеда. п. 1. Архивировано из оригинал (PDF) 6 января 2014 г.. Получено 5 января 2014. Одна из величайших технологических загадок экономической истории Африки к югу от Сахары заключается в том, что до колониального периода колесный транспорт практически не использовался. Вместо этого основным способом передвижения был носильщик.
  26. ^ Закон, Робин С. (1980). «Колесный транспорт в доколониальной Западной Африке». Африка. 50 (3): 249–62. Дои:10.2307/1159117. JSTOR  1159117.
  27. ^ bookrags.com В архиве 27 мая 2008 г. Wayback Machine - Колесо и ось
  28. ^ Джуэл, Элизабет (2006). Карманный оксфордский словарь и тезаурус. Издательство Оксфордского университета. п. 722. ISBN  978-0-19-530715-3. В архиве из оригинала 4 мая 2016 г.. Получено 4 января 2012.
  29. ^ Холл, Аделаида С. (2005). Словарь важных символов на иврите: языческие и христианские формы. п. 56. ISBN  978-1-59605-593-3. В архиве из оригинала 8 мая 2016 г.. Получено 17 октября 2015.

внешняя ссылка