Колесо и повозка
Колесо — величайшее изобретение человечества — появилось благодаря наблюдательности. Люди видели, как катятся по склону упавшие стволы деревьев или камни с горы при обвалах. Заметили, что по перекатывающейся гальке легче подтащить лодку к воде. А если подложить под тяжёлую долблёнку брёвна, то лодку можно будет катить с меньшими усилиями. Такие опыты стали первыми шагами к изобретению колеса.
Бревно — скат — колесо
Возможно, что катящиеся брёвна поначалу использовали не как транспортное средство, а как «подвижную дорогу» — прототип конвейера. Из обтёсанных брёвен выкладывали путь для прокатки груза. Брёвна, по которым груз уже прокатили, переставляли вперёд, продлевая дорогу. Так с меньшими усилиями перемещали тяжести. По мере использования середина брёвен-катков истончалась от трения перекатываемого по ним груза. Такие брёвна меньшей поверхностью соприкасались с землёй и катились лучше. Люди стали выжигать среднюю часть брёвен, делая её тоньше, чем на краях, — получились скаты.
Следующий шаг — изобретение платформы для груза, поставленной на один или несколько скатов.
Скат преобразовался в ось с валиками на концах, вытачиваемую из цельного куска дерева. Потом валики стали делать отдельно от оси и прочно скреплять с ней. Эти валики уже были настоящими колёсами.
Игрушка или макет
Первые известные нам колёса были обнаружены на... игрушках! В IV тыс. до н. э. жившие на Днепре люди, создатели трипольской культуры, сделали керамическую модель повозки с вращающимися колёсами на оси. Неизвестно, пользовались ли трипольцы повозками как транспортом и по их подобию сделали игрушку или только опробовали идею колеса на керамической модели.
Вскоре макеты глиняных повозок появились во многих культурах, от Южной Европы (баденская культура) и Междуречья Тигра и Евфрата (Шумер) до древних городов Индии Мохенджо-Даро и Хараппа. Реалистичность моделей повозок с тянущими их фигурками животных убеждает нас, что их создатели уже ездили на колёсных повозках.
Америка без колёс
Индейцы Южной Америки создали могущественные государства, развили земледелие, торговлю, жили в больших городах, строили гигантские пирамиды, но не пользовались колёсами! Единственные колёса доколумбовой Америки - колёсики, прикреплённые к фигуркам животных. Идея колеса в Америке нашла применение только в игрушке.
Колесо к повозке
Платформу преобразовали в повозку — первое сухопутное транспортное средство. Повозки возили одомашненные быки, ослы, лошади. У первых повозок парные колёса жёстко сидели на оси и вращались вместе. Такая конструкция позволяла ехать по прямой, но при повороте ось часто ломалась. Колёса, связанные одной осью, не могли вращаться с разной скоростью, а ведь на поворотах одно колесо должно пройти больший путь, чем другое.
Заставить колёса вращаться с разной скоростью удалось с изобретением ступицы — отверстия в центре колеса. Ось оставалась неподвижной, а колёса стали вращаться независимо друг от друга и от оси. Для уменьшения трения ступицы об ось ось смазывали жиром или дёгтем. Первые повозки Запада были четырёхколёсными на двух осях, а индийские — двухколёсными с одной осью.
Трение - это внешнее механическое сопротивление, возникающее при касании двух тел при их перемещении относительно друг друга.
Эволюция колеса
Первые колёса вырезались из цельных кусков дерева. Они были тяжёлыми и вращались медленно. Для облегчения в них выпиливали вырезы, прочность колёсам придавали поперечные скрепы. С открытием металлов обод колеса стали укреплять медью, бронзой, а позднее железом. Укрепление внешней части сделало возможным изобретение лёгкого и быстрого колеса со спицами. Парой таких колёс на одной оси были снабжены быстроходные египетские колесницы, появившиеся в середине I в. до н. э.
Катить — не тащить
Попробуйте протащить по стеклу ленту приклеенного к нему скотча — скотч порвётся, но не сдвинется. Но если отрывать скотч с одного конца, как бы прокатывая его по стеклу, он отойдёт без усилий. Все тела (предметы), даже нелипкие, соприкасаясь, «приклеиваются» друг к другу — меж их поверхностными частицами, молекулами, возникают адгезионные связи. При движении эти связи рвутся, и ощущается сопротивление движению — сила трения. Когда мы тащим одну поверхность по другой, мы рвём сразу все адгезионные связи меж ними, что требует усилий. При качении связи рвутся постепенно, и когда мы катим предмет, то тратим меньше сил (энергии). Так колесо экономит энергию.
Влияние на жизнь человечества
Изобретение колеса дало мощный толчок развитию техники. На колёсных повозках стало легче перемещать грузы, что позволило людям заселять удалённые территории, торговать, путешествовать, воевать. Колесо — это не только транспорт, идея колеса лежит в основе таких изобретений, как жернов, гончарный круг, блок, мельница, прялка, токарный станок. Колёсная зубчатая передача используется во многих механизмах — от часов до швейной машинки. Колесо — это штурвалы каравелл и гребные колёса пароходов, турбины и моторы, вентиляторы и гидроэлектростанции.
