Как изобретение колеса изменило жизнь человека - Исправление ошибок и поиск оптимальных решений проблем

Однажды, несколько сотен тысяч лет назад, задолго до изобретения колеса, какой-то несчастный гоминид, вероятно, наступил на округлый камень или бревно и — прямо перед тем, как раскроить себе череп, — обнаружил, что круглая форма предмета уменьшает трение с землей.

Это открытие объясняет повсеместное распространение роликов (бревен, подложенных под тяжелые предметы) в древнем мире. Египтяне и месопотамцы использовали их при постройке пирамид, а полинезийцы острова Пасхи — при транспортировке каменных статуй.

Ось колеса

Однако ролики неэффективны, ведь их нужно заново подкладывать по мере продвижения вперед. Эту проблема решила ось, которую некоторые ученые считают самым важным механизмом, когда-либо изобретенным человеком.

Несмотря на то что ролики применялись издавна, колесо и ось появились всего 6000 лет назад. Ось впервые появилась в Месопотамии как часть гончарного круга. Трудно сказать, что натолкнуло людей на революционное открытие, что центр вращающегося диска неподвижен (может быть, бисер на нити?), так как у этого механизма нет аналогов в мире природы.

Переход от гончарного круга к колесам на оси произошел не сразу. Первую пару колес, вероятно, изобрел гончар, у которого (или которой) были дети, так как самая старая в мире ось имеет 2 дюйма (5 см) в длину, сделана из глины и является частью игрушки на колесиках.

Первые колеса — игрушечные

В июле 1880 года археолог Дезире Шарне обнаружил первые колеса доколумбовой Америки. Они были приделаны к маленькой фигурке койота, найденной в гробнице ацтекского ребенка на юге Мехико.

В своей книге «Древние города Нового мира» Шарне высказывает предположение, что игрушку «долгое время хранила мать в память о своем погибшем ребенке».

Этот ребенок жил на несколько тысяч лет позже европейского изобретателя колеса, но до того, как европейцы принесли колесо в Америку. То есть гончары Старого и Нового мира независимо друг от друга изобрели колесо и ось, чтобы сделать игрушку для своих детей.

Большинство археологов скептически относятся к тому, что такое важное изобретение могло возникнуть из чего-то настолько несерьезного, как игрушка. Но не инженеры. По их мнению, было бы удивительно, если бы первая ось и первая пара колес были приделаны к 500-футовой повозке.

Уменьшенные версии изобретений, которые мы сегодня называем моделями или прототипами, почти всегда предшествуют полноразмерным. Их намного легче сконструировать, а изобретатель может быстрее выявить потенциальные проблемы и решить их.

Первая повозка

Однако, несмотря на смекалку первого изобретателя колеса, глубокие преобразования в обществе вызвала не созданная им игрушка, а настоящие колеса, которые появились на несколько сотен лет позже. Первая повозка возникла примерно 5400 лет назад и стала первым в истории изобретением, мгновенно распространившимся по миру. Археологи обнаружили древние повозки в самых разных странах — от Ирака до Германии. Распространение повозки не остановили даже культурные барьеры того времени: она были слишком полезной.

Антрополог Дэвид У. Энтони, автор книги «Лошадь, колесо и язык», считает, что настолько быстрое распространение повозки объясняется ее размерами:

«Повозки были самыми большими деревянными машинами, которые люди когда-либо видели. Они были медленными и громкими, а тянули их буйволы — одни из крупнейших животных в степи».

Повозка была древним аналогом спутника. Она просто не могла остаться незамеченной.

Поскольку конструкции двух самых старых найденных археологами колес существенно отличаются друг от друга — к одному ось прикреплена намертво, как в современных поездах, тогда как другое свободно вращается на оси, как в современном автомобиле, — Энтони считает, что многие строители повозок не имели возможности детально изучить механизм и пытались воссоздать то, что видели издалека.

Изобретение повозки мгновенно отразилось на жизненном укладе людей на Ближнем Востоке и в Европе. Оно значительно увеличило производительность труда фермеров и, как следствие, изменило ландшафт.

Тогда как прежде для транспортировки удобрений, семян и собранного урожая необходимы были целые группы людей, благодаря повозке стало возможным появление семейных ферм. Поселения, прежде сосредоточенные вокруг рек, распространились вглубь плодородной степи. Повозка изменила экономику, образ жизни, войну и даже язык.

Сделать из маленькой игрушки полноразмерную повозку непросто. Энтони считает, что создание колеса и оси было кропотливым делом, требующим точных инструментов, таких как долото и шило, которые металлурги начали отливать только незадолго до появления повозки. Кроме того, повозка не могла быть изобретена поэтапно, а это значит, что ее создал один человек.

Изобретатель колеса Квеклос

Личность изобретателя повозки до сих пор остается неизвестной, но реконструкция мертвых языков помогла ученым как никогда близко подобраться к разгадке.

Кто сконструировал первую повозку?

Назовем его Квеклос — словом, которое, по мнению палеонтологов, означало «колесо». Слово «квеклос» было производным от глагола «вращать, крутить», то есть изобретатель назвал свое детище «вращалищем».

Квеклос родился примерно 5400 лет назад. Благодаря популярности повозки и многочисленным упоминаниям о ней в летописях разных стран эту дату можно считать достаточно точной.

Если дата рождения Квеклоса более-менее известна, то место его рождения по-прежнему остается предметом горячих споров. По словам Энтони, «распространение повозки было таким стремительным, что невозможно определить, где она возникла впервые».

Где и когда появилось первое колесо

На данный момент за звание самого старого колеса соперничают два: первое было найдено в болоте неподалеку от Любляны, а второе (вместе с целой повозкой) — в ямном погребении на Северном Кавказе.

Археология — неподходящая наука для определения, откуда берет начало то или иное изобретение. Но лингвистические данные указывают на то, что погребенный вместе со своей повозкой ямник жил ближе к тому месту, где была изобретена повозка. Многие палеонтологи считают, что ямники говорили на праиндоевропейском языке, который также был родным языком создателя повозки.

«Анализ связанной с колесом лексики показывает, что большинство слов для обозначения колес и осей было образовано от глаголов и существительных праиндоевропейского языка», — говорит Энтони.

Праиндоевропейское название оси (акс) происходит от праиндоевропейского слова, обозначающего «плечо». То есть праиндоевропейцы выбрали для обозначения колеса свое, а не иностранное слово. Этот факт имеет решающее значение, ведь, перенимая чужие технологии, люди, как правило, заимствуют вместе с ними и оригинальные названия.

Например, когда испанцы привезли с Карибских островов табак, то сохранили оригинальное название «табако».

Квеклос был земледельцем и пастухом. Он владел лошадьми, овцами и собаками; пил медовуху и молоко своего скота; носил одежду из шерсти и жил в длинном доме в небольшом поселении, расположенном у реки. Лингвистические данные указывают на то, что Квеклос поклонялся богу неба и приносил в жертву коров и лошадей. На основании ДНК ямников можно сделать вывод, что у Квеклоса, скорее всего, были карие глаза, темные волосы и смуглая кожа. Средний рост мужчин ямной культуры составлял примерно 1,75 см, и, вероятно, они имели крепкое телосложение благодаря ежедневной работе в поле.

Инструменты для создания колеса

Одно можно сказать о Квеклосе наверняка: он был гением и мастером своего дела, ведь, чтобы сделать из игрушки полноразмерную повозку, нужно решить целый ряд проблем. Некоторые ученые, в том числе и Энтони, считают, что медные инструменты неслучайно появились незадолго до первой повозки. Колесо и ось невозможно было создать при помощи примитивных каменных орудий.

Как пишет Стивен Фогель, автор книги «Почему колесо круглое», самое важное в колесе — это то, насколько крепко оно сидит на оси. Если колесо сидит слишком крепко, повозка не поедет; если слишком свободно — колесо отпадет. В крошечной модели этой проблемы нет. Не требуется в моделях и определенное соотношение между диаметром и длиной оси, тогда как в полноразмерной повозке слишком толстая ось создает слишком сильное трение, а слишком тонкая — ломается под тяжестью груза.

Не всё так просто и с самим колесом.

Если бы Квеклос попросту распилил срубленное дерево, как колбасу, ничего бы не вышло. По словам Фогеля, волокно в таком куске древесины недостаточно крепкое, чтобы выдержать давление на край, и оно бы быстро деформировалось. Квеклос знал, что должен сконструировать колесо из продольных досок, тщательно скрепить их вместе и придать им идеально круглую форму.

Волы, тянущие повозку

Размер колеса также очень важен. Повозка на слишком маленьких колесах не смогла бы преодолеть выбоины на дорогах, а на слишком больших — сдвинуться с места. Однако, даже несмотря на изобретательность Квеклоса, его колесо было бы бесполезным без волов.

Первым рогатым скотом были туры, которых населявшие территорию современной Турции натуфийцы одомашнили около 10 000 лет назад. Поначалу натуфийцы использовали туров только как источник мяса и молока, но к началу IV тысячелетия до н. э. майкопцы, населявшие земли современной Украины, начали кастрировать самцов и использовать их в качестве рабочих животных. Процесс приучения быков к хомуту был жестоким и требовал, как пишет археолог Сабина Рейнольд, «сломить дух животного».

Страдал не только скот.

Вышеупомянутый ямник, погребенный вместе со своей повозкой, получил за свою жизнь 26 переломов, а также заработал артроз позвоночника, ребер и стоп. Его жизнь была тяжелой, и он был в этом не одинок. У многих ямников, похороненных вместе со своими повозками, были обнаружены многочисленные переломы, ведь приучение быков к хомуту подразумевало борьбу между человеком и животным.

В погребениях майкопцев был найден скот с кольцами в носу. По мнению некоторых археологов, это означало, что человек приручил животное.

Колесо изменило земледелие и всю нашу жизнь

Когда Квеклос впервые запряг волов в свою несколькосотфутовую деревянную повозку, он навсегда изменил земледелие. Прежде для работы на ферме нужны были силы целого поселка; с повозкой, запряженной волами, достаточно стало одной семьи.

Как следствие, семьи ямников, использовавшие повозки как дома на колесах, рассредоточились по всей просторной евразийской степи, а затем — и за ее пределами.

Их культурное влияние ощущается до сих пор. Сегодня 45% населения планеты говорит на языках, произошедших от праиндоевропейского. Английский, греческий, латынь, санскрит, португальский, испанский, шведский, словацкий, пушту, болгарский, немецкий, албанский и многие другие языки относятся к индоевропейской семье языков.

Новые исследования ДНК подтверждают, что ямная культура распространилась из степей на юг и запад. Массивные повозки сыграли важную роль в этой культурной экспансии, но вполне возможно, что еще более важную роль сыграли маленькие безбилетные пассажиры повозок (животные и насекомые). Генетики обнаружили бактерию Yersinia pestis (чумную палочку), вызвавшую черную смерть, в зубах людей, живших 5000 лет назад на территории Центральной России. Похоже, что ямники, сами того не осознавая, принесли с собой в Европу биологическое оружие.

Возможно, Квеклос умер именно от чумы. А, возможно, от несчастного случая. Как бы там ни было, популярность его изобретения говорит о том, что Квеклос мог быть одним из немногих древних изобретателей, получивших широкое признание при жизни. Возможно даже, что ямный обычай хоронить людей вместе с повозками начался именно с него.

Источник

Колесо — двигатель прогресса

Содержание

1 Введение
2 Основная часть
- 2.1 Изобретение колеса
- 2.2 Роль колеса в транспорте, ремесле, науке и технике
  - 2.2.1 В транспорте
  - 2.2.2 В ремесле
    - 2.2.2.1 Гончарное колесо
    - 2.2.2.2 Прялка
  - 2.2.3 В науке и технике
    - 2.2.3.1 Водяные колеса и жернова
    - 2.2.3.2 Блок
- 2.3 Колесо в повседневной жизни
3 Заключение
4 Список литературы
5 Интернет ресурсы
6 Приложения

Введение

В соответствии с Указом Президента от 22 апреля 2013 года № 375 «О проведении в Российской Федерации Года культуры» наступивший 2014-й год объявлен в стране Годом культуры. Так же 2014 год по предложению губернатора ХМАО – Югры Натальи Комаровой объявлен годом всеобщего математического просвещения. Именно поэтому, эта тема вызвала у нас особый интерес.

В наш бурный 21 век мы редко задумываемся над тем, что значит часто звучащее слово – изобретение. В наше время одним из самых удивительных, аспектов изобретений является беспрестанно увеличивающаяся скорость, с которой новые идеи и новые технологии внедряются в практику, новшества устаревают так быстро, что о многих из них мы забываем, едва успев к ним привыкнуть. Но есть изобретения, которые не устареют никогда. К ним относится самое обычное, известное всем с раннего детства колесо. А ведь оно признано во всем мире одним из самых старых и самых важных изобретений человечества.

Это так же было подтверждено исследованием, проведенным в России в 2011 году. Темой опроса стало «самое полезное изобретение». В опросе, проведенном по заказу с 5 по 9 ноября, участвовали 3000 человек со всех федеральных округов страны. Согласно данным исследовательского центра портала Superjob.ru по результатам опроса за колесо проголосовало около 21% участников.

Повозка, гончарный круг, мельница, водяное колесо и блок — вот далеко не полный перечень устройств, в основе которых лежит колесо. Колесо заставило историю сдвинуться с мертвой точки и развиваться во много раз быстрее.

Актуальность: каждодневно появляется множество изобретений, которые спустя небольшое время тут же заменяются другими, теряя свою актуальность. Но изучение колеса остается актуальным и по сей день. Ведь обобщив полученный за тысячи лет опыт, человек, сумел бы изобрести нечто новое или усовершенствовать конструкцию привычной для нас вещи, работа которой основана на колесе. Именно поэтому, мне кажется важным, привлечь внимание людей к колесу и его роли в разных сферах деятельности человека.

Цель: изучить значение колеса, его влияние на жизнь общества.

Задачи:

1. Познакомиться с историей создания и развития колеса.

2. Изучить строение колес различных исторических времен.

3. Выяснить, какое применение колесо нашло в ремесле, транспорте, науке и технике, повседневной жизни человека.

Объект исследования: колесо.

Мы выдвигаем гипотезу: колесо действительно не только стало одним из величайших изобретений человечества и сыграло большую роль в истории, но и продолжает занимать важное место в жизни современного человека и помогает совершать еще множество изменений в ней.

Методы исследования: поисковый, исследования публицистических и научных источников, работа с литературой, анализ, обобщение.

Анализ литературы: в основном при работе над проектом использовались энциклопедии для школьников среднего возраста, в которых содержатся статьи по всем отраслям знаний и наук. А так же различные толковые словари и учебник физики, из которого брались описания принципа работы некоторых механизмов, основанных на колесе.

Основная часть

Изобретение колеса

Колесо сыграло в истории огромную роль. В своей жизни человек не смог бы обойтись без него.

Изобретение колеса — это одно из величайших открытий в истории человечества. Пожалуй, трудно найти другое открытие, которое дало бы такой мощный толчок развитию техники. Что же такое колесо?

Колесо — плоский круг, обращающийся на оси. (Толковый словарь живого великорусского языка В. Даля).

Колесо — диск или обод со спицами, вращающийся на оси. (Большой Энциклопедический словарь).

Колесо — 1. Круг со спицами или сплошной, насаживаемый на ось повозки и посредством вращения ее на втулке передвигающий повозку. 2. Такого же рода предмет, служащий в различных машинах и механизмах для передачи или регулирования движения (тех.). (Толковый словарь русского языка Д.Н.Ушакова).

Колесо – круг, вращающийся на оси и служащий для приведения в движение повозки или механизма. (Словарь русского языка С.И. Ожегова).

Всё началось с колеса. Оно известно примерно с середины 4 тыс. до н. э. (Месопотамия). До этого человек знал, кроме пешего хождения и хождения по морю, еще два вида передвижения — верховую езду и перемещение тяжестей на волокушах из шестов, веток или шкур.

Любопытно, что изобрели колесо вовсе не для того, чтобы быстрее передвигаться. Пока древние люди вели кочевой образ жизни, они весь свой нехитрый скарб носили с собой. А вот когда они осели на одном месте, тогда им понадобилось колесо. Оседлый человек стал засевать поля, разводить скот, строить большие поселения, а потом и города, началась торговля камнем, лесом, зерном. При этом людям приходилось перемещать огромные тяжести на большие расстояния. И идея колеса не могла не родиться.

Возможно, что конструкцию колеса подсказали людям покатившийся моток шерсти, или веретено, но вернее всего — брёвна-катки, с помощью которых перемещали каменные блоки пирамид и прочие тяжелые грузы.

Постоянно имея дело с поваленными деревьями и брёвнами, человек обнаружил, что они могут кататься. Оказывается, что само бревно, которое он с товарищами едва мог перенести на несколько метров, могло катиться само, если, конечно, его толкнуть.
Но чтобы, это сделать, нужно было приложить огромное усилие. Тогда кроманьонцы изобрели рычаг: подложили толстую длинную палку под бревно, нажали, и бревно покатилось. Потом догадались на катящиеся бревна наискосок положить другое бревно — они покатили и его. Значит, транспортируемые брёвна уже сами могли быть «транспортом».

И все же этот метод оказался очень неудобным. Ближайшие к рычагам брёвна все время падали. Нужно было их как-то зафиксировать. Ученые не могут точно доказать, что натолкнуло человека на эту идею, но когда он реализовал ее, то получилась первая повозка, грубая, неказистая. Однако она могла катиться лишь по ровной поверхности. Любой камень, оказавшийся на пути, мог разрушить ее. Тогда, прочно скрепили десяток брёвен между собой, внизу прикрепили еще по две пары гладко отесанных брёвен, а между ними поместили третье — гладкое. И получился первый каток, он прекрасно двигался. Это был прообраз колеса. (см.Приложение 1)

Многие учёные и археологи, например, археолог Алексей Резепкин, стараются доказать, что колесо было изобретено в Европе. Свою теорию они объясняют трудностями путей в долинах, а также постоянной добычей леса – именно это, считают они, могло бы послужить прекрасной подоплекой изобретению колеса как части транспорта. Хронологические заметки о колесном транспорте в Европе говорят о том, что здесь он появился не позднее четвертого тысячелетия до нашей эры. Благодаря кочевникам и миграциям колесо узнали в районе Каспийского и Черного моря, а уже оттуда оно попало в Месопотамию в конце четвертого тысячелетия. Это служит объяснением тому факту, что на Ближнем Востоке не было найдено ни одного следа развития колесного транспорта, хотя присутствуют несколько абсолютно несхожих видов.

Хоть они и не изобрели колеса, но ольмеки и представители других культур западного полушария приблизились к нему. При раскопках были найдены колесообразные камни, служившие, по всей видимости, детскими игрушками, и датируемые 1500 годом до н.э. Таким образом, изобретение колеса попадает на период позднего неолита и должно рассматриваться с другими технологическими преимуществами, которые обеспечили расцвет человечества в начале Бронзового века. Быстро катясь по свету, колесо почти одновременно с Месопотамией попадает на север. Древние захоронения с повозкой найдены у Элисты в Калмыкии. А дальше, в степи, ему уже нет границ: следующее древнейшее колесо нашли в селе Герасимовка Оренбургской области.
Повозка едет на восток через степи Азии от одних племен к другим (слово «телега» — монгольского происхождения). Это фиксируют наскальные рисунки южной Сибири. Кочевники-скотоводы делают большие крытые повозки — дома на колесах.

В Китае колесо, как составляющая колесницы, появилось в 1200 году до н.э., но некоторые ученые оспаривают этот факт и относят конные повозки еще к 2000 году до н.э. Возможно ли параллельное изобретение колеса в Азии или своеобразный «прыжок» через Гималайский хребет – до сих пор остается открытым вопросом.

Слова «коло» и «рото» — колесо — были в индоевропейском, общем предке германских, славянских, романских, иранских языков… Значит, они возникли на прародине индоариев — в восточной Турции и северном Ираке в III тысячелетии до н. э.

Но есть и другая теория изобретения колеса. Горшки — неказистые и кособокие — люди лепили еще за 6000 лет до н. э. Но появился гончарный круг — и вид посуды резко улучшился. А гончарный круг — это колесо, положенное набок.(см.Приложение 2) Кто заимствовал идею, возница у гончара или наоборот? Наверное, это мы не узнаем никогда.

Роль колеса в транспорте, ремесле, науке и технике

В транспорте

Колесный транспорт развивался по мере того, как налаживались связи между народами.

Первые колеса для повозок делались сплошными, их отрезали от бревен или сшивали из нескольких досок и затем обрезали по кругу. Для такой обработки дерева требовались пилы и другие инструменты развитого общества, знакомого с металлом и изделиями из него. Существуют археологические свидетельства того, что Месопотамия была тем очагом цивилизации, где обработка металла впервые достигла уровня развития, при котором возможно производство колесных повозок.

У первых прототипов современной повозки колеса в виде сплошного диска наглухо крепились к оси, которая вращается в направляющих. Кузов у такой повозки появился позже. (см.Приложение 3) Древнейшие двухколесные и четырехколесные повозки, создание которых относят к 3500 до н.э., были найдены в Месопотамии – там, где некогда стоял город Киш. Их обнаружили вместе со скелетами впряженных волов и ослов.

Сложность устройства колес и кузовов этих экипажей свидетельствует о длительном периоде совершенствования их конструкции. К концу Бронзового века повозки со свободно вращающимися на оси колесами «докатились» до Скандинавии и северных областей Китая.

Четырехколесную повозку построили несколько позже двухколесной, потому что проблема поворотов двухосного экипажа оказалась непростой. Поначалу задок повозки заносили вручную, потом стали делать свободные передние колеса, а еще позже появилась поворотная передняя ось.

Чтобы получить ощутимую выгоду от транспортных средств, необходимо было строить дороги. Поначалу гужевые перевозки осуществлялись между полем и поселением. Дорог, по которым можно было бы ездить и зимой, в Северной Европе не было вплоть до последних столетий, поэтому в течение многих веков колесные повозки были распространены лишь на юге континента.

Первые экипажи имели жесткие оси, затем появилась упругая подвеска на гибких деревянных планках, а позднее на кожаных ремнях. Для быстрых коротких переездов потребовались небольшие облегченные экипажи.(см.Приложение 4) Появились новые виды транспорта: кэбы, трамваи, омнибусы, которые также не могли обойтись без колес.

В 60-х годах 19-ого века стали популярными велосипеды с педальным приводом. Конструкция велосипедов совершенствуется, и по многим причинам велосипеды становятся все более популярными в 21 веке.

Мотоциклы, появившиеся раньше автомобиля, тоже не могут обойтись без колес.

С изобретением двигателя внутреннего сгорания, около 100 лет назад, началась очередная страница в жизни колеса. В жизни человека появился автомобиль, и началась бесконечная модификация автомобильного колеса.

Вообще говоря, невозможно в маленькой работе упомянуть о всех видах транспортных средств и военной техники, где важнейшей частью конструкции является колесо.

В ремесле

Гончарное колесо

Для изготовления глиняной посуды используется специальный механизм – гончарное колесо. Колесо может также использоваться во время процесса сокращения лишних деталей из высушенных изделий и для того, чтобы применить выгравированное художественное оформление или цветные кольца на сосуды. Использование гончарного колеса стало широко распространенным всюду по Старому Свету, но было неизвестно в Новом Мире в Доколумбовскую эпоху, где глиняная посуда производилась в ручную.

Множество ранней керамики было сделано в ручную, используя простую технику намотки, в которой тело из глины катили в длинные нити, которые затем зажимались, чтобы сформировать тело сосуда. Такая методика изменилась с введением быстрого колеса, ранние формы которого требовали затрат энергии во вращающейся массе тяжелого каменного колеса непосредственно.

Не известно, когда гончарное колесо вошло в употребление, но предполагается, что появление гончарного круга датируется между приблизительно 6 000 годами до н.э. и приблизительно 2 400 годам до н.э. Много современных ученых предполагают, что оно было сначала развито в Месопотамии, хотя Египет и Китай также вполне могли быть возможными местами происхождения колеса. Каменное гончарное колесо, найденное в месопотамском городе Уре в современном Ираке, было датировано приблизительно 3 000 годом до н.э., но фрагменты созданной на колесе глиняной посуды датируются еще более ранними датами в той же области.

В Железный век гончарное колесо имело поворачивающуюся платформу приблизительно метр выше пола, связанную длинной осью с тяжелым маховым колесом на уровне земли. Эта возможность позволила гончару держать колесо превращения, вращающимся, пиная маховое колесо ногой, оставляя обе руки свободными для того, чтобы управлять сосудом на стадии создания.

Прялка

Прялка, которую завезли в Европу в Средние века, ровесница, вероятно, Железного века (около 1000 до н.э.). Полагают, что изобрели ее в Индии или в другом районе Азии. Прялка, в которой использовалось колесо, называлась самопрялкой. (см.Приложение 5).

Состояла первая самопрялка из доски с установленной на ней цилиндром с горизонтально закрепленным веретеном. Рукой поворачивается колесо и через ремень вращение передаётся веретену. Левой рукой подаются волокна к острому концу веретена, правой — прокручивается колесо.

Использование колеса в этом изобретении и его усовершенствование (позднее к колесу стала присоединяться педаль, нажатие которой приводило колесо в движение) ускорили процесс получения пряжи.

В науке и технике

Водяные колеса и жернова

Для подъёма воды в оросительные каналы служили водяные колёса (первые простейшие гидравлические двигатели), использующие ее энергию. Первые водяные колеса начали применяться более чем за 3000 лет до н.э. в Египте, Китае, Индии и других странах.(см.Приложение 6) Сведения об их использовании приводятся в таких древних источниках, как «География» Страбона (63 г. до н.э. – 24 г. н.э.) в семнадцати книгах, «Десять книг об архитектуре» Витрувия.

Древние греки поняли, что вращающееся водяное колесо может не только поднимать воду, но и совершать другую полезную работу, если его ось соединить с каким-нибудь механизмом. От этой догадки оставался лишь шаг до изобретения водяной мельницы. И этот шаг был сделан. В Древней Греции и Риме водяные колеса уже использовались для вращения мельничных жерновов.

В те времена простое устройство водяной мельницы представлялось настоящим чудом, сродни «самостоятельно» открывавшимся дверям храмов и «беспричинному» появлению огня на жертвенном очаге. Но там эти действия, казалось, производили сами боги, а здесь, на водяной мельнице, самая простая и привычная земная работа – размол зерна – осуществлялась как бы сама собой, без монотонного и тяжелого труда рабынь, растирающих зерно между камнями.

Для приведения в движение водяных колес использовалась также сила прилива. Приливные мельницы появились в ХI в. на побережье Адриатического моря, а также в Англии и Франции. Так, в Англии в устье р.Дебен до сих пор работает мельница, первое упоминание о которой имеется в записях Вудбриджского прихода в 1170 г.

Именно в средние века основным энергетическим источником во всех видах производства становится энергия воды. Привычными стали машины, которые при помощи энергии воды точили металлы, ткали полотно, пилили доски и волочили проволоку.

На рудниках главной заботой была проблема водоотлива. Одним из первых приспособлений для откачки воды на рудниках была водоотливная машина с черпаками, установленная в 1535 г. на руднике Виндельман и работавшая от водяного колеса.

Постепенно конструкция водяного колеса совершенствуется, и оно становится основным двигателем в мануфактурном производстве, превращаясь в гидравлический двигатель, преобразующий энергию воды в механическую энергию, например, вращающегося вала.

Блок

Колесо так же нашло свое применение в физике в виде блока.

Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь. (см. Приложение 7)
Один блок — это, по сути дела, обыкновенный равноплечий рычаг с опорой в центре. Он не дает никакого облегчения в работе. Он только изменяет направление движения, что во многих случаях тоже имеет большое значение.

Системы блоков широко распространены и используются для перемещения с выигрышем в силе. Усилие человека, поднимающего груз, умножается серией из нескольких блоков, так что появляется возможность в ручную поднять более тяжелые грузы.

Колесо в повседневной жизни

«Изобретение колеса качественно изменило наше представление о жизни. Мы ощутили себя творцами и перестали воспринимать природу как данность. Мы старались противостоять ей , бороться с ее проявлениями, изменяя окружающий мир так, чтобы он служил нам. На сегодня можно сказать, что мы во многом преуспели. Мы победили» — так выразил свое отношение к роли колеса в жизни человека профессор Джорджтаунского университета Дэниел Робинсон.
А правда ли колесо так часто встречается в нашей жизни? Задумайтесь на минуту. Ведь мы существуем благодаря колесу и во многом обязаны этому изобретению. Оно так привычно вошло в нашу жизнь, что мы его даже не замечаем.

Некоторые примеры мы уже рассмотрели, но колесо встречается в нашей жизни гораздо чаще. Колесо, круг и ему подобные являются основой очень многих механических вещей.

Представьте на секунду, что колесо никогда не было изобретено.

Теперь можете выкинуть из своей жизни машину, велосипед, самолёт, водокачку многое другое. Так же и часы и всё, что основано на шестерёнках. И телегу. Люди бы никогда не пахали поля, не ездили, тем более не летали в самолётах и почем транспорте. не видели часов кроме песочных и солнечных. Ни что бы не существовало, т.к. все механизмы устроены на передаточном числе, шестерёнках и прочих винтиках. обратите внимание, что и винтики Архимед придумал от колеса от круга. Не было бы так же и кораблей, ведь поворачивая штурвал, передача идёт через шестерёнки и на руль.

Так же и не существовало бы и других механизмов, или они были бы изобретены гораздо позже. Ведь Архимед изобрел винты, отталкиваясь от колеса и круга. А какое современное изобретение можно представить без винтов?

Заключение

Колесо можно считать великим изобретением всего человечества. В своей работе мы показали, как со временем менялась конструкция самого колеса. Сейчас трудно дать только одно строгое определение колесу, т.к. очень много их различных конструкций, которые применяются только в различных видах транспорта. Конечно, в такой маленькой работе рассмотреть все механизмы, где применяются различные типы колес, невозможно.

В историческом плане изобретение колеса оказало значительное влияние на нашу цивилизацию. Развитие цивилизации Древнего Египта и Месопотамии, например, историки напрямую связывают с изобретением письменности и колеса. Водяные колеса, деревянные зубчатые передачи, блоки были известны с древних времен. Позже стал развиваться колесный транспорт с бычьей тягой, который постепенно совершенствовался и распространялся в Средиземноморье, Европу и Китай.

В результате нам удалось доказать, что колесо действительно можно назвать великим изобретением, сыгравшим колоссальноевлияние на историческое развитие всего человечества.

Список литературы

1. 7 кл.:учеб. для общеобразоват. учреждений/ А.В. Перышкин.-10-е изд., доп.-М.:Дрофа,2006.

2. Словарь русского языка / С.И. Ожегов – 25-е издание, 2007.

3. Хочу все знать!: Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта / Пер. с англ. А. Зыковой , К. Молькова, О. Озеровой. – М.: Эксм, 2007.

4. Человек и машины: Пер. с анг.-М.: Мир, 1986 г.

5. Что? Зачем? Почему? Большая книга вопросов и ответов / Пер. К. Мишиной, А. Зыковой. – М.: Изд-во Эксмо, 2006.

6. Что такое. Кто такой : детская энциклопедия / сост. М.С. Ханова – М.: Астрель; АСТ, 2005.

Интернет ресурсы

1. http://www.ktopridumal.ru/

2. http://slovorus.ru/index.php?ID=30205&pg=73&w=%CA%CE%CB%C5%D1%CE&s=%CA&a=

3. http://invhistory.blogspot.ru/2008/05/blog-post_10.html

4. http://do100verno.com/blog/10/8071

5. http://www.stroitelstvo-new.ru/koleso.shtml

Приложения

Приложение 1

Приложение 2

Приложение 3

Первый прототип современной повозки

Приложение 4

Приложение 5

Приложение 6

Приложение 7

Источник

Колесо- самое гениальное изобретение нашей цивилизации: История создания

На протяжении многих веков человечество использует для изготовления различных керамических приспособлений глину. Вместе с тем, раньше в далекой истории практически в каждом доме стоял гончарный круг, колесо. Без него глина так и осталась бы просто природным материалом. Мы подумали, что именно гончарное колесо является той отправной точкой, с которой началась эволюция колеса. Что ж, давайте посмотрим на историю его создания и одновременно попробуем заглянуть в недалекое будущее.

С чего началось изобретение колеса?

Все исследователи сходятся во мнении, что первое колесо было изобретено в 3500 г. до нашей эры. Правда, это только приблизительная дата. Возможно, оно появилось и раньше. Но как бы оно там ни было, принято считать, что первое колесо появилось в Месопотамии, на территории современного Ирака. Вот только предназначалось оно не для транспортировки. Его использовали в бытовых целях. При этом примерно в 3200 г. до нашей эры начали появляться месопотамские колесницы. Какая же колесница без колес? Поэтому можно считать, что привычное в нашем понимании колесо было изобретено именно в тот период.

Различные типы колес: Как они изготовлены

И все же стоит уточнить, что первые округлые предметы, которые отдаленно напоминают колесо, уходят корнями аж в палеолит. Это около 15-750 тыс. лет назад. Опять же точную дату никто из историков назвать не может.

Давным-давно для перемещения громоздких грузов на относительно большие расстояния использовались обычные бревна. На первый взгляд, революционный по тем временам способ, но у него был один существенный недостаток — требовалось подкладывать под бревна много каменных роликов, небольших колес. При этом они все время выскальзывали из-под бревен.

Но древние люди решили эту проблему — они соорудили специальную платформу из досок. Им удалось закрепить на ней ролики таким образом, что давящий сверху груз не выталкивал их из-под досок, а, наоборот, прижимал к земле.

Еще через 1500 лет наши предки додумались до следующей инновации — они оснастили колесо деревянными спицами. На такой шаг их подтолкнула военная необходимость. Не удивительно, что первыми, кто использовал колесо с деревянными спицами, были египтяне. Произошло это примерно в 2000 г. до нашей эры. Они применили его в своих знаменитых колесницах.

А вот идея заключить колеса в металлические обода и тем самым уберечь их от быстрого износа, принадлежит кельтам. В 1000 г. до нашей эры они оснастили такими усовершенствованными колесами свои колесницы.

Смотрите также: Сравнение старого автомобиля 1908 года с новым 2016 года

Примечательно, что колеса, оснащенные спицами из дерева, оставались неизменными аж до начала 19 в. В то время изобретатель Ф. Бауэр запатентовал первые спицы, изготовленные из металла. Он просто взял длинную проволоку, продел ее много раз через обод колеса и закрепил на обоих концах ступицы. Классическим примером его изобретения является велосипедное колесо.

Следующим прорывом в эволюции колеса стало изобретение шины. Идея ее создания принадлежит У. Томпсону, свое изобретение он запатентовал в 1845 г. Однако, в 1888 г. его разработку усовершенствовал шотландский ветеринар Д. Данлоп. Для изготовления шин он использовал твердую резину.

Автомобильные колеса

Настало время поговорить про колеса для машин. Считается, что их изобрел К. Бенц в 1885 г. Он создал оригинальное транспортное средство под названием Benz Motorwagen, которое тут же запатентовал. Колеса этого автомобиля были из твердой резины. Машина напоминала трехколесный велосипед. К сожалению, до наших дней она не сохранилась.

Если же продолжать тему резины, то первыми, кто додумался использовать ее в автомобильных целях, стали Андре и Эдуард Мишлен. Кстати, они основали знаменитую фабрику по изготовлению шин. В 1910 г. Б. Гудрич стал добавлять в резину углерод, что стало бесспорной революцией в изготовлении шин.

Что же касается легендарной модели машин Ford T, то они комплектовались деревянными колесами, которые раньше использовались для транспортировки артиллерийских снарядов. Однако этому автомобилю не удалось поставить Америку на колеса. Данной цели достиг Д. Данлоп, который изобрел пневматические шины. При этом они сильно отличаются от тех, которыми комплектуются современные автомобили, так как они имели крайний малый срок службы — проехать на них можно было лишь 3,5 тыс. км, и то их требовалось постоянно латать после 80-90 км. пробега.

Как это парадоксально ни звучит, но следующим этапом в эволюции колеса стало изобретение диска. Как и многие другие вещи в истории, его появление было обусловлено более низкими производственными затратами. Обод может быть легко преобразован в прямую полосу металла, а сам диск так же быстро отштампован из металлического листа. Затем эти 2 элемента сваривали или скрепляли, и в итоге получалось очень легкое, жесткое и устойчивое к повреждениям колесо. Более того, оно было очень доступно.

В наше время существует 2 основных типа колеса, которыми комплектуются транспортные средства. В их производстве используются различные сплавы стали, благодаря чему они получаются более легкими и прочными, чем колеса, которые производились десятки лет назад. При этом сегодня производятся как литые колеса, так и оснащенные спицами.

Смотрите также: Диски и шины, почему лучше не покупать широкие покрышки и большие диски

Можно сколько угодно рассказывать о различиях между стальными и легкосплавными дисками, но многие автомобилисты уверяют, что последние легче первых. Конечно же, машины, которые укомплектованы литыми дисками, отличаются хорошей управляемостью и более долговечной тормозной системой. К тому же они выглядят боле привлекательно, чем стальные. Также следует учитывать, что легкосплавные диски стоят значительно дороже стальных.

Колеса из будущего

По большому счету, конструкция колеса получила свою завершенную форму, и каким образом его можно усовершенствовать, совершенно непонятно. Однако многие компании находятся в активном поиске новых идей и решений и регулярно представляют миру экзотические прототипы. Так, известная компания «Michelin» относительно недавно представила новаторскую концепцию Tweel.

Смотрите также: Плюсы, минусы и особенности внедорожников как средств передвижения

В 2006 г. компания «Michelin» удивила всех бескамерным колесом. Оно не пневматическое, так как целиком и полностью состоит из резиновых протекторов. Они соединены с центром при помощи эластичных спиц. Последние повторяют все деформации колеса, отчего поглощаются удары. Представители компании «Michelin» утверждают, что даже лишенные воздуха шины Tweel обладают точно такой же грузоподъемностью, устойчивостью на бездорожье, как и их пневматические аналоги.

Несмотря на то, что шины Tweel имеют множество преимуществ, у них есть один большой недостаток. Автомобиль, укомплектованный ими, при разгоне более чем 80 км. в ч. начинает сильно вибрировать.

Безусловно, шины Tweel являются самой революционной технологией на сегодняшний день. Но они предназначены исключительно для электромобилей. При этом в активную систему Tweel входит двигатель, подвеска, коробка передач и трансмиссионный вал.

Автор: Сергей Василенков

Источник

An early wheel made of a solid piece of wood

A wheel is a circular component that is intended to rotate on an axle bearing. The wheel is one of the key components of the wheel and axle which is one of the six simple machines. Wheels, in conjunction with axles, allow heavy objects to be moved easily facilitating movement or transportation while supporting a load, or performing labor in machines. Wheels are also used for other purposes, such as a ship’s wheel, steering wheel, potter’s wheel, and flywheel.

Common examples are found in transport applications. A wheel reduces friction by facilitating motion by rolling together with the use of axles. In order for wheels to rotate, a moment needs to be applied to the wheel about its axis, either by way of gravity or by the application of another external force or torque. Using the wheel, Sumerians invented a device that spins clay as a potter shapes it into the desired object.

Terminology[edit]

The English word wheel comes from the Old English word hwēol, from Proto-Germanic *hwehwlaz, from Proto-Indo-European *k^wék^wlos,^[1] an extended form of the root *k^wel- «to revolve, move around».
Cognates within Indo-European include Icelandic hjól «wheel, tyre», Greek κύκλος kúklos, and Sanskrit chakra, the last two both meaning «circle» or «wheel».^[2]

History[edit]

The place and time of the invention of the wheel remains unclear, because the oldest hints do not guarantee the existence of real wheeled transport, or are dated with too much scatter.^[3] Mesopotamian civilization is credited with the invention of the wheel.^[4]^[5]^[6] However, unlike other breakthrough inventions, the wheel cannot be attributed to a single nor several inventors. Evidence of early usage of wheeled carts has been found across the Middle East, in Europe, Eastern Europe, India and China. It is not known whether Chinese, Indians and Europeans invented the wheel independently or not.^[7]^[8]

The invention of the solid wooden disk wheel falls into the late Neolithic, and may be seen in conjunction with other technological advances that gave rise to the early Bronze Age. This implies the passage of several wheelless millennia even after the invention of agriculture and of pottery, during the Aceramic Neolithic.

4500–3300 BCE (Copper Age): invention of the potter’s wheel; earliest solid wooden wheels (disks with a hole for the axle); earliest wheeled vehicles; domestication of the horse
3300–2200 BCE (Early Bronze Age)
2200–1550 BCE (Middle Bronze Age): invention of the spoked wheel and the chariot

The Halaf culture of 6500–5100 BCE is sometimes credited with the earliest depiction of a wheeled vehicle, but this is doubtful as there is no evidence of Halafians using either wheeled vehicles or even pottery wheels.^[9] Precursors of pottery wheels, known as «tournettes» or «slow wheels», were known in the Middle East by the 5th millennium BCE. One of the earliest examples was discovered at Tepe Pardis, Iran, and dated to 5200–4700 BCE. These were made of stone or clay and secured to the ground with a peg in the center, but required significant effort to turn. True potter’s wheels, which are freely-spinning and have a wheel and axle mechanism, were developed in Mesopotamia (Iraq) by 4200–4000 BCE.^[10] The oldest surviving example, which was found in Ur (modern day Iraq), dates to approximately 3100 BCE.^[11] Wheels of uncertain dates have also been found in the Indus Valley civilization, a 4th millennium BCE civilization covering areas of present-day India and Pakistan.^[12]

The oldest indirect evidence of wheeled movement was found in the form of miniature clay wheels north of the Black Sea before 4000 BCE. From the middle of the 4th millennium BCE onward, the evidence is condensed throughout Europe in the form of toy cars, depictions, or ruts, with the oldest find in Northern Germany dating back to around 3400 BC.^[13]^[14]^[15] In Mesopotamia, depictions of wheeled wagons found on clay tablet pictographs at the Eanna district of Uruk, in the Sumerian civilization are dated to c. 3500–3350 BCE.^[16] In the second half of the 4th millennium BCE, evidence of wheeled vehicles appeared near-simultaneously in the Northern (Maykop culture) and South Caucasus and Eastern Europe (Cucuteni-Trypillian culture).

Depictions of a wheeled vehicle appeared between 3631 and 3380 BCE in the Bronocice clay pot excavated in a Funnelbeaker culture settlement in southern Poland.^[17] In nearby Olszanica, a 2.2 m wide door was constructed for wagon entry; this barn was 40 m long with three doors, dated to 5000 B.C.E—7000 years old, and belonged to the neolithic Linear Pottery culture.^{[citation needed]} Surviving evidence of a wheel-axle combination, from Stare Gmajne near Ljubljana in Slovenia (Ljubljana Marshes Wooden Wheel), is dated within two standard deviations to 3340–3030 BCE, the axle to 3360–3045 BCE.^[18] Two types of early Neolithic European wheel and axle are known; a circumalpine type of wagon construction (the wheel and axle rotate together, as in Ljubljana Marshes Wheel), and that of the Baden culture in Hungary (axle does not rotate). They both are dated to c. 3200–3000 BCE.^[19] Some historians believe that there was a diffusion of the wheeled vehicle from the Near East to Europe around the mid-4th millennium BCE.^[20]

Early wheels were simple wooden disks with a hole for the axle. Some of the earliest wheels were made from horizontal slices of tree trunks. Because of the uneven structure of wood, a wheel made from a horizontal slice of a tree trunk will tend to be inferior to one made from rounded pieces of longitudinal boards.

The spoked wheel was invented more recently and allowed the construction of lighter and swifter vehicles. The earliest known examples of wooden spoked wheels are in the context of the Sintashta culture, dating to c. 2000 BCE (Krivoye Lake). Soon after this, horse cultures of the Caucasus region used horse-drawn spoked-wheel war chariots for the greater part of three centuries. They moved deep into the Greek peninsula where they joined with the existing Mediterranean peoples to give rise, eventually, to classical Greece after the breaking of Minoan dominance and consolidations led by pre-classical Sparta and Athens. Celtic chariots introduced an iron rim around the wheel in the 1st millennium BCE.

In China, wheel tracks dating to around 2200 BCE have been found at Pingliangtai, a site of the Longshan Culture.^[21] Similar tracks were also found at Yanshi, a city of the Erlitou culture, dating to around 1700 BCE. The earliest evidence of spoked wheels in China comes from Qinghai, in the form of two wheel hubs from a site dated between 2000 and 1500 BCE.^[22]

In Britain, a large wooden wheel, measuring about 1 m (3.3 ft) in diameter, was uncovered at the Must Farm site in East Anglia in 2016. The specimen, dating from 1,100 to 800 BCE, represents the most complete and earliest of its type found in Britain. The wheel’s hub is also present. A horse’s spine found nearby suggests the wheel may have been part of a horse-drawn cart. The wheel was found in a settlement built on stilts over wetland, indicating that the settlement had some sort of link to dry land.^[23]

A figurine featuring the New World’s independently invented wheel. Among the places where wheeled toys were found, Mesoamerica is the only one where the wheel was never put to practical use before the 16th century.

Although large-scale use of wheels did not occur in the Americas prior to European contact, numerous small wheeled artifacts, identified as children’s toys, have been found in Mexican archeological sites, some dating to approximately 1500 BCE.^[24] Some argue that the primary obstacle to large-scale development of the wheel in the Americas was the absence of domesticated large animals that could be used to pull wheeled carriages.^[25] The closest relative of cattle present in Americas in pre-Columbian times, the American bison, is difficult to domesticate and was never domesticated by Native Americans; several horse species existed until about 12,000 years ago, but ultimately became extinct.^[26] The only large animal that was domesticated in the Western hemisphere, the llama, a pack animal, was not physically suited to use as a draft animal to pull wheeled vehicles,^[27] and use of the llama did not spread far beyond the Andes by the time of the arrival of Europeans.

On the other hand, Mesoamericans never developed the wheelbarrow, the potter’s wheel, nor any other practical object with a wheel or wheels.^[28]^[29] Although present in a number of toys, very similar to those found throughout the world and still made for children today («pull toys»),^[28]^[29] the wheel was never put into practical use in Mesoamerica before the 16th century.^[28]^[29] Possibly the closest the Mayas came to the utilitarian wheel is the spindle whorl, and some scholars believe that these toys were originally made with spindle whorls and spindle sticks as «wheels» and «axes».^[29]

Aboriginal Australians traditionally used circular discs rolled along the ground for use as target practice.^[30]

Nubians from after about 400 BCE used wheels for spinning pottery and as water wheels.^[31] It is thought that Nubian waterwheels may have been ox-driven.^[32] It is also known that Nubians used horse-drawn chariots imported from Egypt.^[33]

Starting from the 18th century in West Africa, wheeled vehicles were mostly used for ceremonial purposes in places like Dahomey.^[34] The wheel was barely used for transportation, with the exception of Ethiopia and Somalia in Sub-Saharan Africa well into the 19th century.^[35]^[34]

Three spoked wheels on an antique tricycle

The spoked wheel was in continued use without major modification until the 1870s, when wire-spoked wheels and pneumatic tires were invented.^[36] Pneumatic tires can greatly reduce rolling resistance and improve comfort. Wire spokes are under tension, not compression, making it possible for the wheel to be both stiff and light. Early radially-spoked wire wheels gave rise to tangentially-spoked wire wheels, which were widely used on cars into the late 20th century. Cast alloy wheels are now more commonly used; forged alloy wheels are used when weight is critical.

The invention of the wheel has also been important for technology in general, important applications including the water wheel, the cogwheel (see also antikythera mechanism), the spinning wheel, and the astrolabe or torquetum. More modern descendants of the wheel include the propeller, the jet engine, the flywheel (gyroscope) and the turbine.

Mechanics and function[edit]

This section is about the application to transport. For the simple machine, see Wheel and axle.

A wheeled vehicle requires much less work to move than simply dragging the same weight. The low resistance to motion is explained by the fact that the frictional work done is no longer at the surface that the vehicle is traversing, but in the bearings. In the simplest and oldest case the bearing is just a round hole through which the axle passes (a «plain bearing»). Even with a plain bearing, the frictional work is greatly reduced because:

The normal force at the sliding interface is same as with simple dragging.
The sliding distance is reduced for a given distance of travel.
The coefficient of friction at the interface is usually lower.

Example:

If a 100 kg object is dragged for 10 m along a surface with the coefficient of friction μ = 0.5, the normal force is 981 N and the work done (required energy) is (work=force x distance) 981 × 0.5 × 10 = 4905 joules.
Now give the object 4 wheels. The normal force between the 4 wheels and axles is the same (in total) 981 N. Assume, for wood, μ = 0.25, and say the wheel diameter is 1000 mm and axle diameter is 50 mm. So while the object still moves 10 m the sliding frictional surfaces only slide over each other a distance of 0.5 m. The work done is 981 × 0.25 × 0.5 = 123 joules; the work done has reduced to 1/40 of that of dragging.

Additional energy is lost from the wheel-to-road interface. This is termed rolling resistance which is predominantly a deformation loss. It depends on the nature of the ground, of the material of the wheel, its inflation in the case of a tire, the net torque exerted by the eventual engine, and many other factors.

A wheel can also offer advantages in traversing irregular surfaces if the wheel radius is sufficiently large compared to the irregularities.

The wheel alone is not a machine, but when attached to an axle in conjunction with bearing, it forms the wheel and axle, one of the simple machines. A driven wheel is an example of a wheel and axle. Wheels pre-date driven wheels by about 6000 years, themselves an evolution of using round logs as rollers to move a heavy load—a practice going back in pre-history so far that it has not been dated.

Construction[edit]

This section is about the structure of a wheel. For the making of wire-spoked wheels, see Wheelbuilding. For the making of non-wire spoked wheels, see Wheel construction.

Rim[edit]

The rim is the «outer edge of a wheel, holding the tire».^[37] It makes up the outer circular design of the wheel on which the inside edge of the tire is mounted on vehicles such as automobiles. For example, on a bicycle wheel the rim is a large hoop attached to the outer ends of the spokes of the wheel that holds the tire and tube.

In the 1st millennium BCE an iron rim was introduced around the wooden wheels of chariots.

Hub[edit]

The hub is the center of the wheel, and typically houses a bearing, and is where the spokes meet.

A hubless wheel (also known as a rim-rider or centerless wheel) is a type of wheel with no center hub. More specifically, the hub is actually almost as big as the wheel itself. The axle is hollow, following the wheel at very close tolerances.

Spokes[edit]

A spoke is one of some number of rods radiating from the center of a wheel (the hub where the axle connects), connecting the hub with the round traction surface. The term originally referred to portions of a log which had been split lengthwise into four or six sections. The radial members of a wagon wheel were made by carving a spoke (from a log) into their finished shape. A spokeshave is a tool originally developed for this purpose. Eventually, the term spoke was more commonly applied to the finished product of the wheelwright’s work, than to the materials used.

Wire[edit]

The rims of wire wheels (or «wire spoked wheels») are connected to their hubs by wire spokes. Although these wires are generally stiffer than a typical wire rope, they function mechanically the same as tensioned flexible wires, keeping the rim true while supporting applied loads.

Wire wheels are used on most bicycles and still used on many motorcycles. They were invented by aeronautical engineer George Cayley and first used in bicycles by James Starley. A process of assembling wire wheels is described as wheelbuilding.

Tire/Tyre[edit]

A wheel with car tire made by BMW company

A tire (in American English and Canadian English) or tyre (in some Commonwealth Nations such as UK, India, South Africa, Australia and New Zealand) is a ring-shaped covering that fits around a wheel rim to protect it and enable better vehicle performance by providing a flexible cushion that absorbs shock while keeping the wheel in close contact with the ground. The word itself may be derived from the word «tie», which refers to the outer steel ring part of a wooden cart wheel that ties the wood segments together (see Etymology above).

The fundamental materials of modern tires are synthetic rubber, natural rubber, fabric, and wire, along with other compound chemicals. They consist of a tread and a body. The tread provides traction while the body ensures support. Before rubber was invented, the first versions of tires were simply bands of metal that fitted around wooden wheels to prevent wear and tear. Today, the vast majority of tires are pneumatic inflatable structures, comprising a doughnut-shaped body of cords and wires encased in rubber and generally filled with compressed air to form an inflatable cushion. Pneumatic tires are used on many types of vehicles, such as cars, bicycles, motorcycles, trucks, earthmovers, and aircraft.

Protruding or covering attachments[edit]

Extreme off-road conditions have resulted in the invention of several types of wheel cover, which may be constructed as removable attachments or as permanent covers. Wheels like this are no longer necessarily round, or have panels that make the ground-contact area flat.

Examples include:

Snow chains — Specially designed chain assemblies that wrap around the tire to provide increased grip, designed for deep snow.^[38]
Dreadnaught wheel — A type of permanently attached hinged panels for general extreme off-road use. These are not connected directly to the wheels, but to each other.
Pedrail wheel — A system of rails that holds panels that hold the vehicle. These do not necessarily have to be built as a circle (wheel) and are thus also a form of Continuous track.
A version of the above examples (name unknown to the writer) was commonly used on heavy artillery during World War I. Specific examples: Cannone da 149/35 A and the Big Bertha. These were panels that were connected to each other by multiple hinges and could be installed over a contemporary wheel.
Continuous track — A system of linked and hinged chains/panels that cover multiple wheels in a way that allows the vehicles mass to be distributed across the space between wheels that are positioned in front of / behind other wheels.
«Tire totes» — A bag designed to cover a tire to improve traction in deep snow.^[39]^[40]

Truck and bus wheels may block (stop rotating) under certain circumstances, such as brake system failure. To help detect this, they sometimes feature «wheel rotation indicators»: colored strips of plastic attached to the rim and protruding out from it, such that they can be seen by the driver in the side-view mirrors. These devices were invented and patented in 1998 by a Canadian truck shop owner.^[41]

Alternatives[edit]

While wheels are very widely used for ground transport, there are alternatives, some of which are suitable for terrain where wheels are ineffective. Alternative methods for ground transport without wheels include:

Maglev
Sled, ski or travois
Hovercraft and ekranoplans
Walking pedestrian, Litter (vehicle) or a walking machine
Horse riding
Caterpillar tracks (operated by wheels)
Pedrail wheels, using aspects of both wheel and caterpillar track
Spheres, as used by Dyson vacuum cleaners and hamster balls
Screw-propelled vehicle

Symbolism[edit]

The wheel has also become a strong cultural and spiritual metaphor for a cycle or regular repetition (see chakra, reincarnation, Yin and Yang among others). As such and because of the difficult terrain, wheeled vehicles were forbidden in old Tibet. The wheel in ancient China is seen as a symbol of health and strength and used by some villages as a tool to predict future health and success. The diameter of the wheel is indicator of one’s future health. The Kalachakra or wheel of time is also a subject in some forms of Buddhism, along with the dharmachakra.^[42]^[43]

The winged wheel is a symbol of progress, seen in many contexts including the coat of arms of Panama, the logo of the Ohio State Highway Patrol and the State Railway of Thailand. The wheel is also the prominent figure on the flag of India. The wheel in this case represents law (dharma). It also appears in the flag of the Romani people, hinting to their nomadic history and their Indian origins.

The introduction of spoked (chariot) wheels in the Middle Bronze Age appears to have carried somewhat of a prestige. The sun cross appears to have a significance in Bronze Age religion, replacing the earlier concept of a solar barge with the more ‘modern’ and technologically advanced solar chariot. The wheel was also a solar symbol for the Ancient Egyptians.^[44]

In modern usage, the ‘invention of the wheel’ can be considered as a symbol of one of the first technologies of early civilization, alongside farming and metalwork, and thus be used as a benchmark to grade the level of societal progress.^{[citation needed]}

Some Neopagans such as Wiccans have adopted the Wheel of the Year into their religious practices.^[45]

References[edit]

^ «wheel». Online Etymology Dictionary. Archived from the original on 3 July 2017. Retrieved 28 March 2007.
^ «American Heritage Dictionary Entry: wheel». Houghton Mifflin Harcourt Publishing Company. Archived from the original on 20 July 2013. Retrieved 26 November 2012.
^ Holm, Hans J. J. G.: The Earliest Wheel Finds, their Archaeology and Indo-European Terminology in Time and Space, and Early Migrations around the Caucasus. Series Minor 43. ARCHAEOLINGUA ALAPÍTVÁNY, Budapest, 2019. ISBN 978-615-5766-30-5.
^ Transportation. BPI. p. 4. ISBN 9788184972436.
^ Mitchell Lewis Ditkoff (May 2008). Awake at the Wheel: Getting Your Great Ideas Rolling (in an Uphill World). Morgan James Publishing. p. 15. ISBN 9781600377709.
^ Y C Chiu (2010). An Introduction to the History of Project Management: From the Earliest Times to A.D. 1900. Eburon. p. 24. ISBN 9789059724372.
^ «When was the wheel invented?». New Scientist. Archived from the original on 20 August 2021. Retrieved 21 August 2021.
^ «The Invention of the Wheel». www.thoughtco.com. Archived from the original on 20 August 2021. Retrieved 21 August 2021.
^ V. Gordon Childe (1928). New Light on the Most Ancient East. p. 110.
^ D.T. Potts (2012). A Companion to the Archaeology of the Ancient Near East. p. 285.
^ Moorey, Peter Roger Stuart (1999) [1994]. Ancient Mesopotamian Materials and Industries: The Archaeological Evidence. Winona Lake, IN: Eisenbrauns. p. 146. ISBN 978-1-57506-042-2. Archived from the original on 17 October 2017. Retrieved 26 October 2017.
^ John Marshall (1996). Mohenjo-Daro and the Indus Civilization: Being an Official Account of Archaeological Excavations at Mohenjo-Daro Carried Out by the Government of India Between the Years 1922 and 1927, Volume 1. Asian Education Services. p. 554. ISBN 9788120611795.
^ «Ancient wheel tracks in Northern Germany». 15 April 2022.
^ «Wheel I Never: Europes Oldest Stone Age Cart Tracks Found». 29 April 2022.
^ Hans J.J.G. Holm: The Earliest Wheel Finds, Their Archeology and Indo-European Terminology in Time and Space, and Early Migrations around the Caucasus. Archaeolingua Alapítvány, Budapest, 2019, ISBN 978-963-9911-34-5
^ Attema, P. A. J.; Los-Weijns, Ma; Pers, N. D. Maring-Van der (December 2006). «Bronocice, Flintbek, Uruk, Jebel Aruda and Arslantepe: The Earliest Evidence of Wheeled Vehicles in Europe and the Near East». Palaeohistoria. University of Groningen. 47/48: 10–28 (11). ISBN 9789077922187. Archived from the original on 22 August 2020. Retrieved 1 May 2019.
^ Anthony, David A. (2007). The horse, the wheel, and language: how Bronze-Age riders from the Eurasian steppes shaped the modern world. Princeton, NJ: Princeton University Press. p. 67. ISBN 978-0-691-05887-0.
^ Velušček, A.; Čufar, K. and Zupančič, M. (2009) «Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem barju», pp. 197–222 in A. Velušček (ed.). Koliščarska naselbina Stare gmajne in njen as. Ljubljansko barje v 2. polovici 4. tisočletja pr. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16. Ljubljana.
^ Fowler, Chris; Harding, Jan and Hofmann, Daniela (eds.) (2015). The Oxford Handbook of Neolithic Europe. Archived 29 December 2016 at the Wayback Machine OUP Oxford. ISBN 0-19-166688-2. p. 109.
^ Attema, P. A. J.; Los-Weijns, Ma; Maring-Van der Pers, N. D. (December 2006). «Bronocice, Flintbek, Uruk, Jebel Aruda and Arslantepe: The Earliest Evidence of Wheeled Vehicles in Europe and the Near East». Palaeohistoria. University of Groningen. 47/48: 10-28 (19-20). ISBN 9789077922187. Archived from the original on 22 August 2020. Retrieved 1 May 2019.
^ «Central China discovers earliest wheel ruts». Xinhua. Archived from the original on 22 August 2020. Retrieved 20 January 2020.
^ Barbieri-Low, Anthony (February 2000) «Wheeled Vehicles in the Chinese Bronze Age (c. 2000–741 B.C.E)», p. 11-12. Sino-Platonic Papers
^ «Bronze Age wheel at ‘British Pompeii’ Must Farm an ‘unprecedented find’«. BBC. Archived from the original on 9 November 2018. Retrieved 18 February 2016.
^ Ekholm, Gordon F (April 1946). «Wheeled Toys in Mexico». American Antiquity. 11 (4): 222–28. doi:10.2307/275722. JSTOR 275722. S2CID 163472346.
^ Diamond, Jared (1999). Guns, Germs, and Steel: The Fates of Human Societies. New York: Norton. p. 237. ISBN 978-0-393-31755-8. Archived from the original on 26 March 2020. Retrieved 9 November 2019.
^ Singer, Ben (May 2005). A brief history of the horse in America. Canadian Geographic Magazine. Archived from the original on 19 August 2014.
^ Thomas Ryder (1986). The Carriage Journal: Vol 23 No 4 Spring 1986. Carriage Assoc. of America. p. 209.
^ ^a ^b ^c Chasin Calvo, Sherri. «The Technology of the Incas and Aztecs». Encyclopedia.com. Archived from the original on 20 August 2021. Retrieved 21 August 2021. There were no wheeled carts, or even wheelbarrows. Although wheeled toys and decorations have been found at Mesoamerican sites, the wheel was never put to practical use.
^ ^a ^b ^c ^d Smith, Herman. «Real smart folks, but no wheel». Dig It. Archived from the original on 20 August 2021. Retrieved 21 August 2021.
^ koorihistory.com (1 December 2019). ««Aboriginal people never even invented the wheel.»«. Koori History — Aboriginal History of South Eastern Australia. Retrieved 5 August 2022.
^ «Crafts – Uncovering Treasures of Ancient Nubia». NYTimes.com. 27 February 1994. Archived from the original on 22 August 2020. Retrieved 18 September 2017.
^ «What the Nubians Ate». Discover Magazine. Archived from the original on 1 March 2009. Retrieved 5 February 2009.
^ Fage, J.D.; Oliver, Roland Anthony (1975). The Cambridge History of Africa. Cambridge University Press. p. 278. ISBN 978-0-521-21592-3. Archived from the original on 10 June 2020. Retrieved 22 February 2020.
^ ^a ^b Law, Robin C. (1980). «Wheeled Transportation in Pre-Colonial West Africa». Africa. 50 (3): 249–62. doi:10.2307/1159117. JSTOR 1159117. S2CID 148903113.
^ Chaves, Isaías; Engerman, Stanley L.; Robinson, James A. (2012). Reinventing the Wheel: The Economic Benefits of Wheeled Transportation in Early Colonial British West Africa (PDF). Weatherhead Center for International Affairs. p. 1. Archived from the original (PDF) on 6 January 2014. Retrieved 5 January 2014. One of the great technological puzzles of Sub-Saharan African economic history is that wheeled transportation was barely used prior to the colonial period. Instead, head porterage was the main method of transportation.
^ bookrags.com Archived 27 May 2008 at the Wayback Machine – Wheel and axle
^ Jewel, Elizabeth (2006). The Pocket Oxford Dictionary and Thesaurus. Oxford University Press. p. 722. ISBN 978-0-19-530715-3. Archived from the original on 4 May 2016. Retrieved 4 January 2012.
^ «Examples of snow chains». Archived from the original on 12 December 2022. Retrieved 6 December 2020.
^ «Examples of «tire totes»«. Archived from the original on 17 May 2022. Retrieved 6 December 2020.
^ «Another example of «tire totes»«. Archived from the original on 3 November 2020. Retrieved 6 December 2020.
^ «Here Is What Those Strips Hanging Off Of Truck Wheels Are For». Jalopnik. Retrieved 7 January 2022.
^ John Newman (1991). «Blurb/description». In Geshe Lhundub Sopa (ed.). The Wheel of Time: Kalachakra in Context. Shambhala. ISBN 978-1-55939-779-7. Retrieved 9 December 2021.
^ John C. Huntington, Dina Bangdel, The Circle of Bliss: Buddhist Meditational Art, p. 524.
^ Hall, Adelaide S. (2005). A Glossary of Important Symbols in Their Hebrew: Pagan and Christian Forms. p. 56. ISBN 978-1-59605-593-3. Archived from the original on 8 May 2016. Retrieved 17 October 2015.
^ Williams, Liz (29 July 2013). «Paganism, part 3: the Wheel of the Year». The Guardian. Retrieved 9 December 2021.

External links[edit]

University of Kiel. «3400 BC: The oldest evidence for the use of the wheel and wagon originates from Northern Germany». Online: April 11th, 2022. Retrieved: April 14th, 2022.

Look up wheel in Wiktionary, the free dictionary.

Источник

An early wheel made of a solid piece of wood

Terminology[edit]

History[edit]

4500–3300 BCE (Copper Age): invention of the potter’s wheel; earliest solid wooden wheels (disks with a hole for the axle); earliest wheeled vehicles; domestication of the horse
3300–2200 BCE (Early Bronze Age)
2200–1550 BCE (Middle Bronze Age): invention of the spoked wheel and the chariot

Aboriginal Australians traditionally used circular discs rolled along the ground for use as target practice.^[30]

Three spoked wheels on an antique tricycle

Mechanics and function[edit]

This section is about the application to transport. For the simple machine, see Wheel and axle.

The normal force at the sliding interface is same as with simple dragging.
The sliding distance is reduced for a given distance of travel.
The coefficient of friction at the interface is usually lower.

Example:

If a 100 kg object is dragged for 10 m along a surface with the coefficient of friction μ = 0.5, the normal force is 981 N and the work done (required energy) is (work=force x distance) 981 × 0.5 × 10 = 4905 joules.
Now give the object 4 wheels. The normal force between the 4 wheels and axles is the same (in total) 981 N. Assume, for wood, μ = 0.25, and say the wheel diameter is 1000 mm and axle diameter is 50 mm. So while the object still moves 10 m the sliding frictional surfaces only slide over each other a distance of 0.5 m. The work done is 981 × 0.25 × 0.5 = 123 joules; the work done has reduced to 1/40 of that of dragging.

A wheel can also offer advantages in traversing irregular surfaces if the wheel radius is sufficiently large compared to the irregularities.

Construction[edit]

This section is about the structure of a wheel. For the making of wire-spoked wheels, see Wheelbuilding. For the making of non-wire spoked wheels, see Wheel construction.