Кресло, стол на колёсах.

Запасное колесо. | Колесо автомобиля. | Менять переднее колесо.

Ты на колёсах? | Какая дача без колёс?

Жизнь у него проходила на колёсах.

Мясо можно купить с колёс у фермеров.

Рулевое колесо. | Зубчатое колесо.

Неизвестно, как повернет колесо фортуны.

Человеку часто не под силу разорвать колесо бытия.

Сделать колесо. | В цирке клоун делал колесо, как акробат.

Я чувствовал, что ей всё это нужно, как пятое колесо в телеге.

Чтобы не разводить турусы на колёсах, спор решается в пользу налогоплательщика.

Я весь день как белка в колесе: семья, дом, работа.

Создавалось впечатление, что кто-то вставляет ему палки в колеса. | Я желаю тебе добра и палки в колеса совать не буду.

Колесом пошла вся жизнь. | Колесом шли дела.

У него были огромные ладони лопатой, могучие ноги, грудь колесом.

Колесный трактор.

Колесить по стране.

Изобретение и развитие колеса

Самое старое колесо, найденное при археологических раскопках, было обнаружено на территории Месопотамии, и считается, что ему более 5500 лет. Однако его использовали не для транспортировки, а скорее как гончарный круг. Комбинация колеса и оси сделала возможным ранние формы транспортировки, которые со временем усложнились с развитием других технологий.

Ключевые выводы: Колесо

• Самые ранние круги использовались как гончарные круги.Они были изобретены в Месопотамии около 5 500 лет назад.

• Тачка — простая тележка с одним колесом — была изобретена древними греками.

• Хотя колеса в основном используются для транспортировки, они также используются для навигации, прядения нити и выработки энергии ветра и гидроэлектроэнергии.

Когда было изобретено колесо?

Хотя колесо часто считается одним из самых ранних изобретений, на самом деле оно появилось после изобретения сельского хозяйства, лодок, тканых тканей и гончарных изделий.Он был изобретен около 3500 г. до н. Э. Во время перехода от неолита к бронзовому веку самые ранние колеса были сделаны из дерева с отверстием в сердечнике для оси. Колесо уникально, потому что, в отличие от других ранних человеческих изобретений, таких как вилы, которые были вдохновлены раздвоенными палками, оно не основано ни на чем в природе.

Изобретатель колеса

Колесо не похоже на телефон или лампочку, прорывное изобретение, которое можно приписать одному (или даже нескольким) изобретателям.Есть археологические свидетельства того, что колеса датируются по крайней мере 5500 лет назад, но никто точно не знает, кто их изобрел. Позже колесные машины появились в различных регионах Ближнего Востока и Восточной Европы. Изобретение тачки — одноколесной тележки, используемой для перевозки товаров и сырья, — обычно приписывают древним грекам. Однако более ранние свидетельства существования колесных повозок были найдены в Европе и Китае.

Колесо и ось

Silar / Wikimedia Commons

Одно колесо без каких-либо дальнейших инноваций мало что могло бы сделать для человечества. Скорее всего, именно сочетание колеса и оси сделало возможными ранние виды транспорта, включая телеги и колесницы. Считается, что горшок из Броночице, керамика, обнаруженная в Польше и датируемая не менее 3370 г. до н.э., представляет собой самое раннее изображение колесного транспортного средства. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что к этому времени в истории человечества в Центральной Европе использовались небольшие повозки или повозки, вероятно, запряженные скотом.

У первых тележек колеса и оси вращались вместе. Деревянные колышки фиксировали сани, чтобы они не двигались, опираясь на ролики. Ось поворачивалась между штифтами, позволяя оси и колесам создавать все движения. Позже колышки были заменены отверстиями, вырезанными в раме тележки, а ось продевалась через отверстия. Это сделало необходимым, чтобы большие колеса и более тонкая ось были отдельными частями. Колеса крепились с обеих сторон оси.

Наконец, была изобретена фиксированная ось, в которой ось не вращалась, а была жестко соединена с рамой тележки. Колеса были установлены на оси таким образом, чтобы они могли свободно вращаться. Фиксированные оси для устойчивых тележек, которые могут лучше поворачивать в поворотах. К этому времени колесо можно считать законченным изобретением.

После изобретения колеса шумеры изобрели сани — устройство, состоящее из плоского основания, установленного на паре полозьев с загнутыми концами.Сани пригодились для перевозки грузов по ровной местности; однако шумеры быстро сообразили, что устройство будет более эффективным, если оно будет установлено на роликах.

Современное использование колеса

Визуальная художественная фотография / Getty Images

Хотя основная функция колеса не изменилась, современные колеса сильно отличаются от простых деревянных колес прошлого. Инновации в области материаловедения сделали возможными все виды шин для велосипедов, автомобилей, мотоциклов и грузовиков, включая шины, предназначенные для пересеченной местности, льда и снега.

Хотя колесо в основном используется для транспортировки, оно также может использоваться и для других целей. Водяные мельницы, например, используют водяные колеса — большие конструкции с рядом лопастей по краю — для выработки гидроэнергии. В прошлом водяные мельницы приводили в действие текстильные, лесопильные и зерновые мельницы. Сегодня аналогичные конструкции, называемые турбинами, используются для выработки энергии ветра и гидроэлектроэнергии.

Вращающееся колесо — еще один пример того, как можно использовать колесо. Это устройство, изобретенное в Индии более 2500 лет назад, использовалось для прядения ниток из натуральных волокон, таких как хлопок, лен и шерсть.В конечном итоге на смену прялке пришли прялка Дженни и прялка, более сложные устройства, которые также включают в себя колеса.

Гироскоп — это навигационный инструмент, состоящий из прялки и пары подвесов. Современные версии этого инструмента используются в компасах и акселерометрах.

Приветствие колесу | Наука

Справедливо сказать, что когда в рекламе септик описывается как «лучшее изобретение со времен колеса», мы начали воспринимать нашего круглого несущего компаньона как должное.

В свете специального июльского освещения Смитсоновским институтом границ инноваций, мы подумали, что сейчас подходящее время, чтобы воздать должное одному из истоков инноваций, поделившись некоторыми интригующими, малоизвестными фактами о колесе.

В природе нет колес.

На протяжении всей истории большинство изобретений были вдохновлены миром природы. Идея вил и настольных вилок возникла из раздвоенных палок; самолет из планирующих птиц.А вот руль хомо сапиен на сто процентов новинка . Как писал Майкл Лабарбера, профессор биологии и анатомии из Чикагского университета, в выпуске журнала The American Naturalist за 1983 год, только бактериальные жгутики, навозные жуки и перекати-поле подходят друг другу. И даже они являются «колесными организмами» в самом широком смысле этого слова, поскольку они используют перекатывание как форму передвижения.

Колесо было относительно поздно.

Мы склонны думать, что изобретение колеса было вторым пунктом в нашем списке дел после того, как мы научились ходить прямо.Но несколько значительных изобретений предшествовали колесу на тысячи лет: швейные иглы, тканые ткани, веревки, плетение корзин, лодки и даже флейта.

Первые колеса для транспортировки не использовались.

Свидетельства указывают на то, что они были созданы в качестве гончарных кругов около 3500 г. до н. Э. в Месопотамии — за 300 лет до того, как кто-то придумал использовать их в качестве колесниц.

Древние греки изобрели западную философию… и тачку.

Исследователи полагают, что тачка впервые появилась в классической Греции, где-то между шестым и четвертым веками до нашей эры, затем возникла в Китае четыре века спустя и попала в средневековую Европу, возможно, через Византию или исламский мир. Хотя покупка тачек была дорогой, они могли окупиться всего за 3-4 дня с точки зрения экономии рабочей силы.

Историк искусства Андреа Маттис нашла комические иллюстрации, относящиеся к 15 веку, изображающие представителей высших классов, которых толкают к черту в тачке — вполне возможно, откуда взялось выражение «к черту в корзине для рук».”

Колесо фортуны: Больше, чем просто игровое шоу.

Колесо фортуны, или Rota Fortunae , намного старше Пэта Саяка. Фактически, колесо, которое богиня Фортуна вращает, чтобы определить судьбу тех, на кого она смотрит, является древней концепцией греческого или римского происхождения, в зависимости от того, с каким ученым вы разговариваете. Римский ученый Цицерон и греческий поэт Пиндар ссылаются на Колесо фортуны. В книге « Кентерберийские рассказы » Джеффри Чосер использует Колесо фортуны, чтобы описать трагическое падение нескольких исторических фигур в своей «Рассказе о монахе».И Уильям Шекспир ссылается на это в нескольких своих пьесах. «Удача, спокойной ночи, улыбнись еще раз; крути колесо! » говорит замаскированный граф Кент в Король Лир .

Верблюды 1; Колесо 0

Верблюды вытеснили колесо как стандартный вид транспорта на Ближнем Востоке и в Северной Африке между вторым и шестым веками нашей эры Ричард Буллиет в своей книге 1975 года Верблюд и колесо приводит несколько возможных причин, включая упадок дорог. после падения Римской империи и изобретения верблюжьего седла между 500 и 100 годами до н. э.C. Несмотря на отказ от колеса для буксировки, ближневосточные общества продолжали использовать колеса для таких задач, как орошение, фрезерование и гончарное дело.

«Крушение колеса» было формой смертной казни в средние века.

Этот вид казни был средневековым даже по средневековым меркам. Человека можно было растянуть поперек колеса и забить до смерти, или колесо с железным ободом проткнуло его кости молотком.В другом варианте святую Екатерину Александрийскую оборачивали вокруг обода колеса с шипами и катили по земле в начале четвертого века. Легенда гласит, что колесо «божественно» сломалось, сохранив жизнь Святой Екатерины, пока римляне не обезглавили ее. С тех пор ломающееся колесо еще называют «Колесом Екатерины». Святая Екатерина была названа покровительницей колесниц.

Самая старая и самая распространенная конструкция вечного двигателя — это колесо с отягощением.

На протяжении веков ремесленники, философы, математики и чокнутые пытались разработать устройства с вечным двигателем, которые, будучи приведенными в движение, будут продолжать работать вечно, производя больше энергии, чем потребляют. Одна из распространенных разновидностей этой машины — колесо или водяная мельница, которая использует изменения веса для постоянного вращения. Например, колесо с отягощением имеет утяжеленные рычаги, прикрепленные к ободу колеса, которые складываются или выдвигаются. Но независимо от конструкции, все они нарушают первый и второй законы термодинамики, которые, соответственно, гласят, что энергия не может быть создана или уничтожена и что некоторая энергия всегда теряется при преобразовании тепла в работу.Патентное бюро США отказывается оценивать претензии к устройствам с вечным двигателем, если изобретатели не могут создать работающие модели.

Жизнь, свобода и получение патентов.

По данным Управления США по патентам и товарным знакам, первый патент на колесо был выдан Джеймсу Макомбу из Принстона, штат Нью-Джерси, 26 августа 1791 года — всего через год после принятия Закона США о патентах. Изобретение Макомба было разработкой горизонтального полого водяного колеса для создания гидроэнергии для мельниц.Хотя патентному ведомству известно о выдаче этого патента, исходная запись была уничтожена вместе с другими патентами 18 века в результате пожара 1836 года.

Первые колеса в Северной Америке использовались для изготовления игрушек.

В 1940-х годах археологи обнаружили игрушки с колесами — керамических собак и других животных с колесами в качестве ног — в доколумбийских слоях отложений в Вера-Крус, Мексика. Однако коренные народы Северной Америки не использовали колеса для перевозки до прибытия европейских поселенцев.

Рулетка в переводе с французского означает «маленькое колесо».

Происхождение азартной игры в рулетку немного туманно. Некоторые источники говорят, что Блез Паскаль, французский математик 17 века, изобрел его в своих попытках создать устройство вечного двигателя. Но что более общепринято, так это то, что рулетка — это французское изобретение 18-го века, которое объединило несколько существующих игр.

Термин «пятое колесо» происходит от детали, которая часто использовалась в вагонах.

По определению седельно-сцепное устройство — это колесо или часть колеса с двумя вращающимися друг относительно друга частями, которое находится на передней оси каретки и добавляет дополнительную опору, чтобы не опрокидываться. Но на самом деле это излишне, поэтому называть кого-то «пятым колесом» — это способ называть его ненужным, по сути, тагалонгом.

Как велосипед испортил светлый разговор.

Как сообщалось в New York Times , колонка 1896 года в London Spectator оплакивала влияние велосипеда на британское общество: «Фаза воздействия колеса, которая ударила … отмена ужина и появление обеда….Если люди могут проехать десять миль или около того в середине дня к обеду, для которого они не нуждаются в одежде, где разговоры случайны, разнообразны, легки и слишком легки; а затем возвращаемся в прохладе полудня, чтобы спокойно пообедать и рано ложиться спать … более серьезный разговор, как правило, утихнет ».

Первое колесо обозрения было построено, чтобы конкурировать с Эйфелевой башней.

Норман Андерсон, автор книги «Колеса обозрения: иллюстрированная история », предполагает, что первые колеса обозрения, или ранние колеса обозрения, вероятно, были просто колесами с ведрами, которые использовались для подъема воды из ручья, за которую дети, игриво хватаясь за нее. поездка.Но именно «вращающееся колесо диаметром 250 футов, способное перевозить 2160 человек за поездку», изобретенное Джорджем Вашингтоном Гейлом Феррисом-младшим и представленное на Всемирной колумбийской ярмарке в Чикаго в 1893 году, действительно принесло Колесо обозрения на карнавал. сцена. Ярмарка отметила 400-ю годовщину открытия Колумбом Нового Света, и организаторы хотели получить центральное место, такое как 984-футовая Эйфелева башня, созданная для Парижской выставки 1889 года. Феррис ответил на этот призыв. Он, по-видимому, сообщил прессе, что за ужином в чикагской столовой он обрисовал каждую деталь своего колеса обозрения, и в его исполнении нет необходимости менять детали.

В фильмах и на телевидении кажется, что колеса вращаются в обратном направлении.

Кинокамеры обычно работают со скоростью около 24 кадров в секунду. Таким образом, если спица колеса находится в положении на 12 часов в одном кадре, а затем в следующем кадре, спица, ранее находившаяся в положении 9 часов, переместилась на 12 часов, тогда колесо кажется неподвижным. . Но если в этом кадре другая спица находится в положении 11:30, то кажется, что она вращается назад.Эта оптическая иллюзия, называемая эффектом колеса телеги, также может возникать в присутствии стробоскопа.

Один человек действительно сумел изобрести колесо.

Джон Кеог, внештатный патентный юрист из Австралии, подал заявку на патент на «устройство для облегчения круговых перевозок» в мае 2001 г., вскоре после того, как в Австралии была введена новая патентная система. Он хотел доказать, что дешевая, оптимизированная система, позволяющая изобретателям оформлять патент в режиме онлайн без помощи юриста, была несовершенной.На его «колесо» был выдан патент.

Как работают колеса? | Колеса и оси

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 февраля 2021 г.

Колеса повсюду в нашем мире сегодня — в очень очевидных местах (на автомобилях, грузовиках и самолетах), но также спрятаны внутри всего от компьютерные жесткие диски и стиральные машины для электрические зубные щетки и посудомоечные машины. Шесть тысяч лет назад в все. Подъем колеса из простого проигрывателя, который помогал людям лепить глиняные горшки — ключевой компонент в сотнях важных изобретений. все простым и эффективным способом, который помогает нам запечатлеть и использовать энергию и преобразовывать силы.Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Колесо корабля: Колеса помогают транспортным средствам двигаться, передавая и уменьшая трение. (как мы объясним ниже), но они также работают как рычаги. Если вы так повернете внешнюю сторону колеса, ось в центре поворачивается медленнее, но с большей силой. Другими словами, большой штурвал помогает моряку поворачивать. судовой руль легче, чем маленькое колесо. Если представить, что каждая спица представляет собой рычаг, легко понять, как работает это колесо. Почему колесо не твердое? Толстые спицы обеспечивают большую прочность при меньшем весе по сравнению со сплошным колесом того же размера.Фото Шеннон Хевин любезно предоставлено ВМС США.

Зачем нужны диски

В наше время мы предполагаем, что должны быть дороги, по которым колеса путешествовать по. Но колеса впервые стали использовать на тележках именно потому, что там не было ровных путей для надежной транспортировки. До изобретения тележек люди тащили грузы на санях и рамах. тянутся за животными, такими как лошади и собаки. Сани были эффективный способ перемещения тяжелых грузов до того, как колеса изобретены, но трение их тормозит.Рамы, в которые входит нагрузка перетащил и часть отнес, помогите решить эту проблему. А-образный перетаскивание рамки, известное как travois, как полагают, было изобретено тысячи лет назад, и коренные американцы использовали его до 19-го века. век. Даже с помощью животной силы трение между неровной землей и корпусом заставляло идет трудно.

Фото: Трение — не проблема, когда вы путешествуете по льду, как и пассажир. этой собачьей упряжке. Но сани не так хорошо двигаются по обычной местности: поэтому колеса были изобретены.Фото Джо Гольдманн, любезно предоставлено Службой охраны рыболовства и дикой природы США.

Как работают колеса?

Перетащить груз с помощью тележки на колесах — далеко легче, чем таскать его по земле — по двум причинам:

• Колеса уменьшают трение. Вместо того, чтобы просто скользить по земле, колеса врезаются и вращаются, поворачиваясь вокруг прочных стержней, называемых осями. Это означает единственное трение животные должны преодолеть это в точке, где встречаются колесо и ось — между относительно гладкой внутренней поверхностью колес и одинаково гладкая внешняя поверхность осей вокруг которые они поворачивают.
Колеса
• обеспечивают рычаги (другими словами, они являются примерами мультипликаторов силы или простых механизмов). Тележку с большими колесами толкать легче, потому что у нее колеса большего диаметра. работают как большие рычаги, увеличивая тянущее или толкающее усилие и делая колеса легче вращать вокруг оси — точно так же Таким образом, длинный гаечный ключ облегчает ослабление гайки.

Давайте рассмотрим обе эти вещи более подробно.

1. Трение переключения на ось

Когда вы толкаете коробку о землю, возникает сильное трение между нижней частью коробка и земля внизу, потому что обе поверхности относительно неровные:

Когда вы толкаете тот же ящик, загруженный на тележку с четырьмя колесами, сопротивление намного меньше.Коробка больше не должна скользить землю так, чтобы часть трения исчезла. Однако колеса не устраняют трение полностью, как думают некоторые — это далеко не так! Между четырьмя колесами и землей должно быть трение, иначе они просто соскользнут (как будто что-то толкают по льду). Трение между каждым колесом и землей помогает ему «вкопаться», чтобы колесо могло вращаться.

Тележку толкать легче, потому что единственное реальное трение, с которым вам нужно работать, — это между четырьмя колесами и их осями.Когда вы толкаете тележку, относительно гладкие внутренние поверхности колес вращаются и скользят вокруг относительно гладких внешних сторон осей. Важное слово здесь — гладкий ; Ключ к тому, как колеса уменьшают трение, заключается в том, что они могут плавнее скользить вокруг своих осей, чем объект может скользить по неровной земле. Если бы земля всегда была гладкой, как лед, нам вообще не понадобились бы колеса и оси — мы могли бы просто скользить и скользить везде! Иногда колеса и оси разделены шарикоподшипниками (маленькие сферические шарики из твердого металла, часто смазываемые маслом или консистентной смазкой), которые помогают еще больше уменьшить трение между двумя поверхностями, катаясь в пространстве между ними.Без подшипников или без них трение намного меньше, чем при толкании коробки прямо по земле, и поэтому тележка облегчает перемещение грузов:

2. Предоставление кредитного плеча

Колеса на тележках помогают и в другом важном отношении: они работают как рычаги. Обод колеса поворачивается на большее расстояние, чем ось, поэтому в случае, когда вы толкаете тележку сзади или тянете ее спереди, на оси действует большее усилие, чем на обод. Это означает, что это действительно помогает, если у вашей тележки есть большие колеса, потому что они дают вам больше рычагов, увеличивают вашу толкающую силу и помогают преодолеть силу трения на осях.

Поверните колесо у обода, и прилагаемая вами сила (красная стрелка) умножится, чтобы получить большую силу на оси (синяя стрелка). Чем больше колесо, тем больше эффект, потому что радиус колеса работает как рычаг. Чем больше колесо, тем длиннее рычаг, и тем больше у вас будет рычагов.

Вместо этого поверните колесо в центре, и оно будет работать в обратном направлении. Теперь обод колеса идет дальше и быстрее. Вот как вы можете использовать колесо побольше, чтобы увеличить скорость.Однако, если вы приложите силу в центре колеса, рычаг будет работать в обратном направлении, и вы получите меньшее усилие на ободе, даже если там вы наберете большую скорость. Как и в случае с шестернями, вы не можете одновременно увеличивать силу и скорость. Если вы увеличиваете один из них, вы должны уменьшать другой, иначе вы использовали бы колесо, чтобы получать энергию из воздуха (что нарушает основной закон физики, называемый сохранением энергии).

Кто изобрел колесо?

Люди использовали животных для перевозки задолго до изобретение колеса и даже до развития человека поселения и сельское хозяйство на Ближнем Востоке около 8–9 тыс. до н. э.Считается, что в Китае приручили и одомашнили собак. 13000 г. до н. Э .; лошади были приручены гораздо позже, около 4500 г. до н. э. Животных, используемых для перевозки людей таким образом, называют зверями. груз.

Никто точно не знает, когда, где и как были изобретены колеса. Считается, что гончарные круги широко использовались около 7000 лет назад в Месопотамия (регион Ближнего Востока, в настоящее время в значительной степени оккупированный Ираком): легко представить, как горшечнику пришла в голову идея после того, как многократно вращая табурет, чтобы работать над горшком с разных ракурсов.Мы не знаем, когда гончарный круг был тоже был изобретен, но некоторые историки считают, что он может быть датирован 8000 годом до нашей эры. В самом начале формы, это было немного больше, чем поворотный стол или «турнет», установленный на центральная опора.

Фото: Сделать круглый горшок на гончарном круге намного быстрее и проще, которым также можно украсить готовый горшок. Некоторые колеса медленно поворачиваются вручную; другие быстро вращаются с помощью педали. Фото Дж. Эрика и Эдит Мэтсон любезно предоставлено Библиотека Конгресса США, Отдел эстампов и фотографий [LC-DIG-matpc-20729].

Возможно, кто-то в конце концов превратил поверните колесо на 90 градусов, чтобы создать новый вид транспорта, или возможно, колесо было полностью изобретено для этой новой цели, но еще 1000–1500 лет прошло до того, как колеса впервые стали использоваться на телегах. Скорее всего, кто-то, используя стволы деревьев в качестве катков, реализовал свое дело. было бы проще, если бы журналы можно было как-то закрепить на месте под груз, нарезанный, как салями, чтобы им было легче проходить и вокруг препятствий. Такая эффективная идея должна была получить широкое распространение и колесо попало в Европу и Азию в следующие тысячелетие.

Фото: Ранние колеса делали из закругленных срезов стволов деревьев или комков камня. с прорезанными отверстиями для оси. Такие твердые колеса превратились в более легкие и быстрые полутвердые колеса. с большой массивной доской посередине и несколькими спицами по диагоналям. Колеса со спицами, как и модель колеса тележки, показанная здесь, продвинуть идею дальше, отказавшись от стольких максимально тяжелая масса без ущерба для прочности. Это сделало возможным изобретение быстрых колесниц, такие как те, которые использовались во времена Римской империи.

Колеса работают более эффективно, если у них ровное дорожное покрытие. путешествовать по. Римляне первыми начали строительство дорог примерно с 300 г. до н. Э. В качестве способ связать разрозненные части своей империи. Роман дороги были построены аналогично современным из слоев различные материалы, в том числе большие валуны для поддержки веса, и камни меньшего размера, песок и плитка для дренажа. Часто цемент и бетон (еще один важный римский технология) использовались для связывания сыпучих материалов.Сверху имелась износостойкая поверхность из сплющенные камни, разрезанные и соединенные вместе, как лобзик. Римские дороги были построены прямыми линиями, чтобы минимизировать время в пути.

Разработка колеса

С точки зрения фундаментальной науки, колеса, на которых сегодня практически идентичны тем, которые впервые использовались в древности: хотя и построены из более сложных материалов, они по-прежнему по существу плоские диски, вращающиеся на твердых осях. Более интересным является колеса эволюционировали другими путями в диапазоне все более и более сложные машины.

Фото: Шестерня произошла от колеса и оси. Поставил много шестерен вместе, и вы можете преобразовывать силу и скорость в машине всеми способами.

С зубьями вокруг обода колеса становятся шестернями, способный изменять крутящий момент (вращающую силу) машины или ее скорость: шестерни позволяют велосипеду двигаться быстро или очень медленно подниматься на холм — при этом велосипедист будет крутить педали с одинаковой скоростью в обоих случаях. Установленные в барабаны колеса могут использоваться как лебедки для подъема воды из колодцев, скал. из шахт или с якорей на корабли: простые машины такого типа известные как кабестаны и лебедки.Лебедки с несколькими колесами, связаны несколькими отрезками троса, становятся шкивами: мощные машины что значительно увеличивает тяговые силы, позволяя человеку поднимать многие раз их собственный вес.

Фото: Гидротурбины (как эта с Плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон, США) также произошла от колеса и оси. Фото любезно предоставлено Бюро мелиорации США.

Колеса — сердце турбин (машины, улавливающие энергию движущейся жидкости или газа): водяные колеса и ветряные мельницы, самые цивилизованные важные источники энергии машин в средние века, оба развивались от основного колеса оборачиваясь ось.Двигатели слишком полагаются на колеса преобразовывать топливо в энергию и управлять транспортным средством: в современном автомобиле двигатель, например, топливо сгорает в цилиндрах насосов поршней назад и далее, поворачивая смещенную от центра ось, известную как коленчатый вал, который затем приводит в действие коробку передач и опорные колеса.

За 7000 лет колесо вышло далеко за рамки своего первоначального использования. как инструмент для изготовления гончарных изделий. Помогая нам перемещать грузы, обуздывать энергию, и трансформируйте силы, это простое, но удивительно эффективное изобретение буквально позволил людям завоевать мир!

Если вам понравилась эта статья…

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Для читателей постарше

• Колеса: Иллюстрированная история Эдвина Туниса. Johns Hopkins University Press, 2002. Современное переиздание классической книги 1955 года, в которой показана история колес с древних времен до 20-го века.

Для младших читателей

Это дети в возрасте от 9 до 12 лет, если не указано иное:

• «Изготовление машин с колесами и осями» Крис Окслейд.Raintree, 2015. Очень хорошее 32-страничное введение под руководством проекта для детей от 7 до 9 лет, в котором колеса рассматриваются в более широком контексте простых машин.
• Изобретение Лайонела Бендера. Д.К., 2013. Обзор классических изобретений в области механики, электрики и электроники, которые мы склонны принимать как должное. Довольно устаревший и с очень небольшим охватом современных изобретений, но все же разумный обзор древних технологий, включая различные типы колес.
• Ричард Хаммонд «Все о физике». ДК, 2015.Более легкое и увлекательное введение в физику для такой же аудитории. (Переиздание более ранней книги под названием Can You Feel the Force? .)
• Wheel от Дэвида и Патриции Патрисии Арментроут. CATS, 2009. Простое (32 страницы) введение в колеса и принцип их работы.

Статьи

Простое знакомство

• Приветствие колесу Меган Гамбино, Смитсоновский институт, 17 июня 2009 г. Экскурсия по истории колес.
• Переделка Колеса: Эволюция Колесницы Джона Нобла Уилфорда, The New York Times, 22 февраля 1994 г.Увлекательное введение в разработку колес со спицами и боевых колесниц из архива NY Times.

Более научный

Мероприятия

Как работают колеса? | Колеса и оси

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 февраля 2021 г.

Колеса повсюду в нашем мире сегодня — в очень очевидных местах (на автомобилях, грузовиках и самолетах), но также спрятаны внутри всего от компьютерные жесткие диски и стиральные машины для электрические зубные щетки и посудомоечные машины.Шесть тысяч лет назад в все. Подъем колеса из простого проигрывателя, который помогал людям лепить глиняные горшки — ключевой компонент в сотнях важных изобретений. все простым и эффективным способом, который помогает нам запечатлеть и использовать энергию и преобразовывать силы. Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Колесо корабля: Колеса помогают транспортным средствам двигаться, передавая и уменьшая трение. (как мы объясним ниже), но они также работают как рычаги. Если вы так повернете внешнюю сторону колеса, ось в центре поворачивается медленнее, но с большей силой.Другими словами, большой штурвал помогает моряку поворачивать. судовой руль легче, чем маленькое колесо. Если представить, что каждая спица представляет собой рычаг, легко понять, как работает это колесо. Почему колесо не твердое? Толстые спицы обеспечивают большую прочность при меньшем весе по сравнению со сплошным колесом того же размера. Фото Шеннон Хевин любезно предоставлено ВМС США.

Зачем нужны диски

В наше время мы предполагаем, что должны быть дороги, по которым колеса путешествовать по.Но колеса впервые стали использовать на тележках именно потому, что там не было ровных путей для надежной транспортировки. До изобретения тележек люди тащили грузы на санях и рамах. тянутся за животными, такими как лошади и собаки. Сани были эффективный способ перемещения тяжелых грузов до того, как колеса изобретены, но трение их тормозит. Рамы, в которые входит нагрузка перетащил и часть отнес, помогите решить эту проблему. А-образный перетаскивание рамки, известное как travois, как полагают, было изобретено тысячи лет назад, и коренные американцы использовали его до 19-го века. век.Даже с помощью животной силы трение между неровной землей и корпусом заставляло идет трудно.

Фото: Трение — не проблема, когда вы путешествуете по льду, как и пассажир. этой собачьей упряжке. Но сани не так хорошо двигаются по обычной местности: поэтому колеса были изобретены. Фото Джо Гольдманн, любезно предоставлено Службой охраны рыболовства и дикой природы США.

Как работают колеса?

Перетащить груз с помощью тележки на колесах — далеко легче, чем таскать его по земле — по двум причинам:

• Колеса уменьшают трение.Вместо того, чтобы просто скользить по земле, колеса врезаются и вращаются, поворачиваясь вокруг прочных стержней, называемых осями. Это означает единственное трение животные должны преодолеть это в точке, где встречаются колесо и ось — между относительно гладкой внутренней поверхностью колес и одинаково гладкая внешняя поверхность осей вокруг которые они поворачивают.
Колеса
• обеспечивают рычаги (другими словами, они являются примерами мультипликаторов силы или простых механизмов). Тележку с большими колесами толкать легче, потому что у нее колеса большего диаметра. работают как большие рычаги, увеличивая тянущее или толкающее усилие и делая колеса легче вращать вокруг оси — точно так же Таким образом, длинный гаечный ключ облегчает ослабление гайки.

Давайте рассмотрим обе эти вещи более подробно.

1. Трение переключения на ось

Когда вы толкаете коробку о землю, возникает сильное трение между нижней частью коробка и земля внизу, потому что обе поверхности относительно неровные:

Когда вы толкаете тот же ящик, загруженный на тележку с четырьмя колесами, сопротивление намного меньше. Коробка больше не должна скользить землю так, чтобы часть трения исчезла.Однако колеса не устраняют трение полностью, как думают некоторые — это далеко не так! Между четырьмя колесами и землей должно быть трение, иначе они просто соскользнут (как будто что-то толкают по льду). Трение между каждым колесом и землей помогает ему «вкопаться», чтобы колесо могло вращаться.

Тележку толкать легче, потому что единственное реальное трение, с которым вам нужно работать, — это между четырьмя колесами и их осями. Когда вы толкаете тележку, относительно гладкие внутренние поверхности колес вращаются и скользят вокруг относительно гладких внешних сторон осей.Важное слово здесь — гладкий ; Ключ к тому, как колеса уменьшают трение, заключается в том, что они могут плавнее скользить вокруг своих осей, чем объект может скользить по неровной земле. Если бы земля всегда была гладкой, как лед, нам вообще не понадобились бы колеса и оси — мы могли бы просто скользить и скользить везде! Иногда колеса и оси разделены шарикоподшипниками (маленькие сферические шарики из твердого металла, часто смазываемые маслом или консистентной смазкой), которые помогают еще больше уменьшить трение между двумя поверхностями, катаясь в пространстве между ними.Без подшипников или без них трение намного меньше, чем при толкании коробки прямо по земле, и поэтому тележка облегчает перемещение грузов:

2. Предоставление кредитного плеча

Колеса на тележках помогают и в другом важном отношении: они работают как рычаги. Обод колеса поворачивается на большее расстояние, чем ось, поэтому в случае, когда вы толкаете тележку сзади или тянете ее спереди, на оси действует большее усилие, чем на обод. Это означает, что это действительно помогает, если у вашей тележки есть большие колеса, потому что они дают вам больше рычагов, увеличивают вашу толкающую силу и помогают преодолеть силу трения на осях.

Поверните колесо у обода, и прилагаемая вами сила (красная стрелка) умножится, чтобы получить большую силу на оси (синяя стрелка). Чем больше колесо, тем больше эффект, потому что радиус колеса работает как рычаг. Чем больше колесо, тем длиннее рычаг, и тем больше у вас будет рычагов.

Вместо этого поверните колесо в центре, и оно будет работать в обратном направлении. Теперь обод колеса идет дальше и быстрее. Вот как вы можете использовать колесо побольше, чтобы увеличить скорость.Однако, если вы приложите силу в центре колеса, рычаг будет работать в обратном направлении, и вы получите меньшее усилие на ободе, даже если там вы наберете большую скорость. Как и в случае с шестернями, вы не можете одновременно увеличивать силу и скорость. Если вы увеличиваете один из них, вы должны уменьшать другой, иначе вы использовали бы колесо, чтобы получать энергию из воздуха (что нарушает основной закон физики, называемый сохранением энергии).

Кто изобрел колесо?

Люди использовали животных для перевозки задолго до изобретение колеса и даже до развития человека поселения и сельское хозяйство на Ближнем Востоке около 8–9 тыс. до н. э.Считается, что в Китае приручили и одомашнили собак. 13000 г. до н. Э .; лошади были приручены гораздо позже, около 4500 г. до н. э. Животных, используемых для перевозки людей таким образом, называют зверями. груз.

Никто точно не знает, когда, где и как были изобретены колеса. Считается, что гончарные круги широко использовались около 7000 лет назад в Месопотамия (регион Ближнего Востока, в настоящее время в значительной степени оккупированный Ираком): легко представить, как горшечнику пришла в голову идея после того, как многократно вращая табурет, чтобы работать над горшком с разных ракурсов.Мы не знаем, когда гончарный круг был тоже был изобретен, но некоторые историки считают, что он может быть датирован 8000 годом до нашей эры. В самом начале формы, это было немного больше, чем поворотный стол или «турнет», установленный на центральная опора.

Фото: Сделать круглый горшок на гончарном круге намного быстрее и проще, которым также можно украсить готовый горшок. Некоторые колеса медленно поворачиваются вручную; другие быстро вращаются с помощью педали. Фото Дж. Эрика и Эдит Мэтсон любезно предоставлено Библиотека Конгресса США, Отдел эстампов и фотографий [LC-DIG-matpc-20729].

Возможно, кто-то в конце концов превратил поверните колесо на 90 градусов, чтобы создать новый вид транспорта, или возможно, колесо было полностью изобретено для этой новой цели, но еще 1000–1500 лет прошло до того, как колеса впервые стали использоваться на телегах. Скорее всего, кто-то, используя стволы деревьев в качестве катков, реализовал свое дело. было бы проще, если бы журналы можно было как-то закрепить на месте под груз, нарезанный, как салями, чтобы им было легче проходить и вокруг препятствий. Такая эффективная идея должна была получить широкое распространение и колесо попало в Европу и Азию в следующие тысячелетие.

Фото: Ранние колеса делали из закругленных срезов стволов деревьев или комков камня. с прорезанными отверстиями для оси. Такие твердые колеса превратились в более легкие и быстрые полутвердые колеса. с большой массивной доской посередине и несколькими спицами по диагоналям. Колеса со спицами, как и модель колеса тележки, показанная здесь, продвинуть идею дальше, отказавшись от стольких максимально тяжелая масса без ущерба для прочности. Это сделало возможным изобретение быстрых колесниц, такие как те, которые использовались во времена Римской империи.

Колеса работают более эффективно, если у них ровное дорожное покрытие. путешествовать по. Римляне первыми начали строительство дорог примерно с 300 г. до н. Э. В качестве способ связать разрозненные части своей империи. Роман дороги были построены аналогично современным из слоев различные материалы, в том числе большие валуны для поддержки веса, и камни меньшего размера, песок и плитка для дренажа. Часто цемент и бетон (еще один важный римский технология) использовались для связывания сыпучих материалов.Сверху имелась износостойкая поверхность из сплющенные камни, разрезанные и соединенные вместе, как лобзик. Римские дороги были построены прямыми линиями, чтобы минимизировать время в пути.

Разработка колеса

С точки зрения фундаментальной науки, колеса, на которых сегодня практически идентичны тем, которые впервые использовались в древности: хотя и построены из более сложных материалов, они по-прежнему по существу плоские диски, вращающиеся на твердых осях. Более интересным является колеса эволюционировали другими путями в диапазоне все более и более сложные машины.

Фото: Шестерня произошла от колеса и оси. Поставил много шестерен вместе, и вы можете преобразовывать силу и скорость в машине всеми способами.

С зубьями вокруг обода колеса становятся шестернями, способный изменять крутящий момент (вращающую силу) машины или ее скорость: шестерни позволяют велосипеду двигаться быстро или очень медленно подниматься на холм — при этом велосипедист будет крутить педали с одинаковой скоростью в обоих случаях. Установленные в барабаны колеса могут использоваться как лебедки для подъема воды из колодцев, скал. из шахт или с якорей на корабли: простые машины такого типа известные как кабестаны и лебедки.Лебедки с несколькими колесами, связаны несколькими отрезками троса, становятся шкивами: мощные машины что значительно увеличивает тяговые силы, позволяя человеку поднимать многие раз их собственный вес.

Фото: Гидротурбины (как эта с Плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон, США) также произошла от колеса и оси. Фото любезно предоставлено Бюро мелиорации США.

Колеса — сердце турбин (машины, улавливающие энергию движущейся жидкости или газа): водяные колеса и ветряные мельницы, самые цивилизованные важные источники энергии машин в средние века, оба развивались от основного колеса оборачиваясь ось.Двигатели слишком полагаются на колеса преобразовывать топливо в энергию и управлять транспортным средством: в современном автомобиле двигатель, например, топливо сгорает в цилиндрах насосов поршней назад и далее, поворачивая смещенную от центра ось, известную как коленчатый вал, который затем приводит в действие коробку передач и опорные колеса.

За 7000 лет колесо вышло далеко за рамки своего первоначального использования. как инструмент для изготовления гончарных изделий. Помогая нам перемещать грузы, обуздывать энергию, и трансформируйте силы, это простое, но удивительно эффективное изобретение буквально позволил людям завоевать мир!

Если вам понравилась эта статья…

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Для читателей постарше

• Колеса: Иллюстрированная история Эдвина Туниса. Johns Hopkins University Press, 2002. Современное переиздание классической книги 1955 года, в которой показана история колес с древних времен до 20-го века.

Для младших читателей

Это дети в возрасте от 9 до 12 лет, если не указано иное:

• «Изготовление машин с колесами и осями» Крис Окслейд.Raintree, 2015. Очень хорошее 32-страничное введение под руководством проекта для детей от 7 до 9 лет, в котором колеса рассматриваются в более широком контексте простых машин.
• Изобретение Лайонела Бендера. Д.К., 2013. Обзор классических изобретений в области механики, электрики и электроники, которые мы склонны принимать как должное. Довольно устаревший и с очень небольшим охватом современных изобретений, но все же разумный обзор древних технологий, включая различные типы колес.
• Ричард Хаммонд «Все о физике». ДК, 2015.Более легкое и увлекательное введение в физику для такой же аудитории. (Переиздание более ранней книги под названием Can You Feel the Force? .)
• Wheel от Дэвида и Патриции Патрисии Арментроут. CATS, 2009. Простое (32 страницы) введение в колеса и принцип их работы.

Статьи

Простое знакомство

• Приветствие колесу Меган Гамбино, Смитсоновский институт, 17 июня 2009 г. Экскурсия по истории колес.
• Переделка Колеса: Эволюция Колесницы Джона Нобла Уилфорда, The New York Times, 22 февраля 1994 г.Увлекательное введение в разработку колес со спицами и боевых колесниц из архива NY Times.

Более научный

Мероприятия

Как работают колеса? | Колеса и оси

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 23 февраля 2021 г.

Колеса повсюду в нашем мире сегодня — в очень очевидных местах (на автомобилях, грузовиках и самолетах), но также спрятаны внутри всего от компьютерные жесткие диски и стиральные машины для электрические зубные щетки и посудомоечные машины.Шесть тысяч лет назад в все. Подъем колеса из простого проигрывателя, который помогал людям лепить глиняные горшки — ключевой компонент в сотнях важных изобретений. все простым и эффективным способом, который помогает нам запечатлеть и использовать энергию и преобразовывать силы. Давайте посмотрим внимательнее!

Фото: Колесо корабля: Колеса помогают транспортным средствам двигаться, передавая и уменьшая трение. (как мы объясним ниже), но они также работают как рычаги. Если вы так повернете внешнюю сторону колеса, ось в центре поворачивается медленнее, но с большей силой.Другими словами, большой штурвал помогает моряку поворачивать. судовой руль легче, чем маленькое колесо. Если представить, что каждая спица представляет собой рычаг, легко понять, как работает это колесо. Почему колесо не твердое? Толстые спицы обеспечивают большую прочность при меньшем весе по сравнению со сплошным колесом того же размера. Фото Шеннон Хевин любезно предоставлено ВМС США.

Зачем нужны диски

В наше время мы предполагаем, что должны быть дороги, по которым колеса путешествовать по.Но колеса впервые стали использовать на тележках именно потому, что там не было ровных путей для надежной транспортировки. До изобретения тележек люди тащили грузы на санях и рамах. тянутся за животными, такими как лошади и собаки. Сани были эффективный способ перемещения тяжелых грузов до того, как колеса изобретены, но трение их тормозит. Рамы, в которые входит нагрузка перетащил и часть отнес, помогите решить эту проблему. А-образный перетаскивание рамки, известное как travois, как полагают, было изобретено тысячи лет назад, и коренные американцы использовали его до 19-го века. век.Даже с помощью животной силы трение между неровной землей и корпусом заставляло идет трудно.

Фото: Трение — не проблема, когда вы путешествуете по льду, как и пассажир. этой собачьей упряжке. Но сани не так хорошо двигаются по обычной местности: поэтому колеса были изобретены. Фото Джо Гольдманн, любезно предоставлено Службой охраны рыболовства и дикой природы США.

Как работают колеса?

Перетащить груз с помощью тележки на колесах — далеко легче, чем таскать его по земле — по двум причинам:

• Колеса уменьшают трение.Вместо того, чтобы просто скользить по земле, колеса врезаются и вращаются, поворачиваясь вокруг прочных стержней, называемых осями. Это означает единственное трение животные должны преодолеть это в точке, где встречаются колесо и ось — между относительно гладкой внутренней поверхностью колес и одинаково гладкая внешняя поверхность осей вокруг которые они поворачивают.
Колеса
• обеспечивают рычаги (другими словами, они являются примерами мультипликаторов силы или простых механизмов). Тележку с большими колесами толкать легче, потому что у нее колеса большего диаметра. работают как большие рычаги, увеличивая тянущее или толкающее усилие и делая колеса легче вращать вокруг оси — точно так же Таким образом, длинный гаечный ключ облегчает ослабление гайки.

Давайте рассмотрим обе эти вещи более подробно.

1. Трение переключения на ось

Когда вы толкаете коробку о землю, возникает сильное трение между нижней частью коробка и земля внизу, потому что обе поверхности относительно неровные:

Когда вы толкаете тот же ящик, загруженный на тележку с четырьмя колесами, сопротивление намного меньше. Коробка больше не должна скользить землю так, чтобы часть трения исчезла.Однако колеса не устраняют трение полностью, как думают некоторые — это далеко не так! Между четырьмя колесами и землей должно быть трение, иначе они просто соскользнут (как будто что-то толкают по льду). Трение между каждым колесом и землей помогает ему «вкопаться», чтобы колесо могло вращаться.

Тележку толкать легче, потому что единственное реальное трение, с которым вам нужно работать, — это между четырьмя колесами и их осями. Когда вы толкаете тележку, относительно гладкие внутренние поверхности колес вращаются и скользят вокруг относительно гладких внешних сторон осей.Важное слово здесь — гладкий ; Ключ к тому, как колеса уменьшают трение, заключается в том, что они могут плавнее скользить вокруг своих осей, чем объект может скользить по неровной земле. Если бы земля всегда была гладкой, как лед, нам вообще не понадобились бы колеса и оси — мы могли бы просто скользить и скользить везде! Иногда колеса и оси разделены шарикоподшипниками (маленькие сферические шарики из твердого металла, часто смазываемые маслом или консистентной смазкой), которые помогают еще больше уменьшить трение между двумя поверхностями, катаясь в пространстве между ними.Без подшипников или без них трение намного меньше, чем при толкании коробки прямо по земле, и поэтому тележка облегчает перемещение грузов:

2. Предоставление кредитного плеча

Колеса на тележках помогают и в другом важном отношении: они работают как рычаги. Обод колеса поворачивается на большее расстояние, чем ось, поэтому в случае, когда вы толкаете тележку сзади или тянете ее спереди, на оси действует большее усилие, чем на обод. Это означает, что это действительно помогает, если у вашей тележки есть большие колеса, потому что они дают вам больше рычагов, увеличивают вашу толкающую силу и помогают преодолеть силу трения на осях.

Поверните колесо у обода, и прилагаемая вами сила (красная стрелка) умножится, чтобы получить большую силу на оси (синяя стрелка). Чем больше колесо, тем больше эффект, потому что радиус колеса работает как рычаг. Чем больше колесо, тем длиннее рычаг, и тем больше у вас будет рычагов.

Вместо этого поверните колесо в центре, и оно будет работать в обратном направлении. Теперь обод колеса идет дальше и быстрее. Вот как вы можете использовать колесо побольше, чтобы увеличить скорость.Однако, если вы приложите силу в центре колеса, рычаг будет работать в обратном направлении, и вы получите меньшее усилие на ободе, даже если там вы наберете большую скорость. Как и в случае с шестернями, вы не можете одновременно увеличивать силу и скорость. Если вы увеличиваете один из них, вы должны уменьшать другой, иначе вы использовали бы колесо, чтобы получать энергию из воздуха (что нарушает основной закон физики, называемый сохранением энергии).

Кто изобрел колесо?

Люди использовали животных для перевозки задолго до изобретение колеса и даже до развития человека поселения и сельское хозяйство на Ближнем Востоке около 8–9 тыс. до н. э.Считается, что в Китае приручили и одомашнили собак. 13000 г. до н. Э .; лошади были приручены гораздо позже, около 4500 г. до н. э. Животных, используемых для перевозки людей таким образом, называют зверями. груз.

Никто точно не знает, когда, где и как были изобретены колеса. Считается, что гончарные круги широко использовались около 7000 лет назад в Месопотамия (регион Ближнего Востока, в настоящее время в значительной степени оккупированный Ираком): легко представить, как горшечнику пришла в голову идея после того, как многократно вращая табурет, чтобы работать над горшком с разных ракурсов.Мы не знаем, когда гончарный круг был тоже был изобретен, но некоторые историки считают, что он может быть датирован 8000 годом до нашей эры. В самом начале формы, это было немного больше, чем поворотный стол или «турнет», установленный на центральная опора.

Фото: Сделать круглый горшок на гончарном круге намного быстрее и проще, которым также можно украсить готовый горшок. Некоторые колеса медленно поворачиваются вручную; другие быстро вращаются с помощью педали. Фото Дж. Эрика и Эдит Мэтсон любезно предоставлено Библиотека Конгресса США, Отдел эстампов и фотографий [LC-DIG-matpc-20729].

Возможно, кто-то в конце концов превратил поверните колесо на 90 градусов, чтобы создать новый вид транспорта, или возможно, колесо было полностью изобретено для этой новой цели, но еще 1000–1500 лет прошло до того, как колеса впервые стали использоваться на телегах. Скорее всего, кто-то, используя стволы деревьев в качестве катков, реализовал свое дело. было бы проще, если бы журналы можно было как-то закрепить на месте под груз, нарезанный, как салями, чтобы им было легче проходить и вокруг препятствий. Такая эффективная идея должна была получить широкое распространение и колесо попало в Европу и Азию в следующие тысячелетие.

Фото: Ранние колеса делали из закругленных срезов стволов деревьев или комков камня. с прорезанными отверстиями для оси. Такие твердые колеса превратились в более легкие и быстрые полутвердые колеса. с большой массивной доской посередине и несколькими спицами по диагоналям. Колеса со спицами, как и модель колеса тележки, показанная здесь, продвинуть идею дальше, отказавшись от стольких максимально тяжелая масса без ущерба для прочности. Это сделало возможным изобретение быстрых колесниц, такие как те, которые использовались во времена Римской империи.

Колеса работают более эффективно, если у них ровное дорожное покрытие. путешествовать по. Римляне первыми начали строительство дорог примерно с 300 г. до н. Э. В качестве способ связать разрозненные части своей империи. Роман дороги были построены аналогично современным из слоев различные материалы, в том числе большие валуны для поддержки веса, и камни меньшего размера, песок и плитка для дренажа. Часто цемент и бетон (еще один важный римский технология) использовались для связывания сыпучих материалов.Сверху имелась износостойкая поверхность из сплющенные камни, разрезанные и соединенные вместе, как лобзик. Римские дороги были построены прямыми линиями, чтобы минимизировать время в пути.

Разработка колеса

С точки зрения фундаментальной науки, колеса, на которых сегодня практически идентичны тем, которые впервые использовались в древности: хотя и построены из более сложных материалов, они по-прежнему по существу плоские диски, вращающиеся на твердых осях. Более интересным является колеса эволюционировали другими путями в диапазоне все более и более сложные машины.

Фото: Шестерня произошла от колеса и оси. Поставил много шестерен вместе, и вы можете преобразовывать силу и скорость в машине всеми способами.

С зубьями вокруг обода колеса становятся шестернями, способный изменять крутящий момент (вращающую силу) машины или ее скорость: шестерни позволяют велосипеду двигаться быстро или очень медленно подниматься на холм — при этом велосипедист будет крутить педали с одинаковой скоростью в обоих случаях. Установленные в барабаны колеса могут использоваться как лебедки для подъема воды из колодцев, скал. из шахт или с якорей на корабли: простые машины такого типа известные как кабестаны и лебедки.Лебедки с несколькими колесами, связаны несколькими отрезками троса, становятся шкивами: мощные машины что значительно увеличивает тяговые силы, позволяя человеку поднимать многие раз их собственный вес.

Фото: Гидротурбины (как эта с Плотина Гранд-Кули в штате Вашингтон, США) также произошла от колеса и оси. Фото любезно предоставлено Бюро мелиорации США.

Колеса — сердце турбин (машины, улавливающие энергию движущейся жидкости или газа): водяные колеса и ветряные мельницы, самые цивилизованные важные источники энергии машин в средние века, оба развивались от основного колеса оборачиваясь ось.Двигатели слишком полагаются на колеса преобразовывать топливо в энергию и управлять транспортным средством: в современном автомобиле двигатель, например, топливо сгорает в цилиндрах насосов поршней назад и далее, поворачивая смещенную от центра ось, известную как коленчатый вал, который затем приводит в действие коробку передач и опорные колеса.

За 7000 лет колесо вышло далеко за рамки своего первоначального использования. как инструмент для изготовления гончарных изделий. Помогая нам перемещать грузы, обуздывать энергию, и трансформируйте силы, это простое, но удивительно эффективное изобретение буквально позволил людям завоевать мир!

Если вам понравилась эта статья…

… вам могут понравиться мои книги. Мой последний Бездыханный: почему загрязнение воздуха имеет значение и как оно влияет на вас.

Узнать больше

На этом сайте

Книги

Для читателей постарше

• Колеса: Иллюстрированная история Эдвина Туниса. Johns Hopkins University Press, 2002. Современное переиздание классической книги 1955 года, в которой показана история колес с древних времен до 20-го века.

Для младших читателей

Это дети в возрасте от 9 до 12 лет, если не указано иное:

• «Изготовление машин с колесами и осями» Крис Окслейд.Raintree, 2015. Очень хорошее 32-страничное введение под руководством проекта для детей от 7 до 9 лет, в котором колеса рассматриваются в более широком контексте простых машин.
• Изобретение Лайонела Бендера. Д.К., 2013. Обзор классических изобретений в области механики, электрики и электроники, которые мы склонны принимать как должное. Довольно устаревший и с очень небольшим охватом современных изобретений, но все же разумный обзор древних технологий, включая различные типы колес.
• Ричард Хаммонд «Все о физике». ДК, 2015.Более легкое и увлекательное введение в физику для такой же аудитории. (Переиздание более ранней книги под названием Can You Feel the Force? .)
• Wheel от Дэвида и Патриции Патрисии Арментроут. CATS, 2009. Простое (32 страницы) введение в колеса и принцип их работы.

Статьи

Простое знакомство

• Приветствие колесу Меган Гамбино, Смитсоновский институт, 17 июня 2009 г. Экскурсия по истории колес.
• Переделка Колеса: Эволюция Колесницы Джона Нобла Уилфорда, The New York Times, 22 февраля 1994 г.Увлекательное введение в разработку колес со спицами и боевых колесниц из архива NY Times.

Более научный

Мероприятия

Определение и анатомия | Объяснение деталей автомобильного колеса

Колеса — неотъемлемая часть внешнего вида и характеристик вашей езды. Ничто так не улучшает внешний вид автомобиля, как новый комплект послепродажных колес и шин. Но колеса бывают самых разных размеров, стилей и материалов. Существует так много типов колес, что терминология частей колес может сбивать с толку.В чем разница между колесом и ободом? Что означают числа на колесе?

Вооружитесь информацией, прежде чем покупать колеса. Это руководство поможет вам углубиться в названия деталей колес, проанализировать анатомию колеса, узнать, как изготавливаются колеса, почему размер колеса имеет значение, как измерить вылет колеса, все особенности увеличения размеров колес и многое другое. Есть даже глоссарий для быстрого ознакомления.

Детали колеса

Колесо может выглядеть как единый объект, но оно состоит из нескольких частей.Чтобы понять колесо, вы должны понять его части. Давайте познакомимся с наиболее важными частями колеса, начав с центра колеса.

Центральное отверстие — это отверстие, через которое колесо устанавливается на ось. Это часть колеса, которая фактически прикрепляет колесо к транспортному средству и выдерживает вес транспортного средства. Когда вы покупаете вторичные колеса, вы должны убедиться, что размер центрального отверстия не меньше размера OEM-колеса.Как правило, это не проблема, поскольку большинство производителей изготавливают колеса с большим центральным отверстием, чтобы вместить как можно больше автомобилей. Когда центральное отверстие больше, для заполнения зазора используются хабцентрические кольца. Центральные колпачки стильно закроют центральное отверстие.

Из центрального отверстия выходит центральный диск . Это часть колеса, в которой выточены отверстия для болтов, чтобы создать круг для болтов. Эта область является точкой контакта с опорой оси, болтами проушины и боковой поверхностью ротора.Все на колесе каким-то образом соединяется с диском.

Отверстия для проушин образуют окружность под болты с 4 или более отверстиями. Диаметр окружности болта называется диаметром окружности болта и обозначается аббревиатурой BCD. Количество отверстий и диаметр окружности болта определяют разболтовку. Теперь, когда центр покрыт, давайте перейдем к анатомии колеса.

Спицы соединяют центральный диск с наружным кольцом колеса.Спицы придают конструктивную целостность колесу и являются одним из основных элементов стиля в дизайне колес.

Наружная кромка — это часть колеса перед спицами. По большей части блюдо вступает в игру только тогда, когда оно имеет большую площадь. Когда спицы значительно удалены от внешнего края, колесо считается глубоким тарельчатым колесом . Это сделано из чисто эстетических соображений. По мере того, как блюдо становится глубже, лицо становится более уязвимым для повреждений от ударов.

Теперь на самой внешней части колеса находится ствол . Цилиндр — это то, что создает конструкции, необходимые для крепления шины. Ствол состоит из множества частей. Наименьший внутренний диаметр ствола — это центр падения . Если центр падения находится близко к передней поверхности колеса, это переднее крепление колеса. Если ввод находится близко к задней поверхности колеса, это колесо с обратной установкой. Края ствола расширяются, образуя фланцы .Фланцы предотвращают соскальзывание шины. Внешние облицовочные фланцы являются частью косметической поверхности колеса.

Внутри фланцев находятся плоские участки, называемые буртиками . Это место, где края шины прилегают к колесу. Монтажные неровности окружают цилиндр как со стороны автомобиля, так и с косметической стороны колеса. Эти выступы разделяют бортики, чтобы шина не соскользнула с края колеса.

Теперь вы знаете детали колеса, давайте посмотрим, как они соединяются.

Как создаются колеса

Колеса разных типов изготавливаются разными способами. Конструкция колеса и материал колеса определяют используемый производственный процесс. Вот наиболее распространенные методы изготовления алюминиевых и легкосплавных дисков.

Кастинг

Это простейший способ изготовления колеса. Расплавленный металл выливают в форму для создания колеса.При литье под действием силы тяжести металл выталкивается в форму. При литье под давлением используется дополнительное давление для сжатия металла в форме. При литье под низким давлением используется воздух, чтобы заставить расплавленный металл попасть в форму и сжать металл. Литье против давления использует всасывающую силу вакуума, чтобы втягивать расплавленный металл в форму. Литье используется для создания цельной конструкции колеса.

Формование потока

Это объединяет процесс литья с процессом растяжения.Сначала металл заливается в форму, а затем валки высокого давления и нагрева используются для придания формы, растяжения и формования колеса. В результате получается тонкий, но плотный металл. Это значит легкий, но сильный.

Ковка

Этот процесс популярен для алюминия и некоторых алюминиевых сплавов. Алюминиевая заготовка (металлический блок) является отправной точкой. Затем заготовке придавливают форму под невероятным давлением. Это создает плотную, прочную и легкую конструкцию колеса.

Ротационная поковка

Этот процесс был впервые разработан TSW Wheels и используется также Motegi Racing Wheels. Она похожа на стандартную алюминиевую поковку, но с одной изюминкой. Во время ковки заготовки кузница вращается с большой скоростью. Это заставляет молекулы образовывать прочные цепочки. В результате получается колесо, которое прочнее, чем алюминиевое колесо, кованное обычным способом.

Размеры колес

Колеса бывают самых разных размеров.Младшая модель закреплена на 15-дюймовых колесах; Массивные 26-дюймовые колеса доминируют в верхней части, а колеса всех размеров доступны между ними. Итак, если ваш автомобиль или грузовик поставляется с 16-дюймовыми колесами, зачем вам нужен другой размер? Две причины: эстетическая привлекательность и производительность.

Колеса большего размера выглядят лучше. Они заполняют нишу колеса, что обеспечивает визуальный эффект. Это то, что мы называем чистым колесом для глаз. На колесах большего размера установлены шины с меньшими боковинами, что обеспечивает лучшее сцепление с дорогой и производительность.Для внедорожников это означает уменьшение крена и раскачивания и большую устойчивость. Единственным недостатком увеличения размера является то, что колеса и шины большего размера весят больше, поэтому увеличивается расход топлива и ухудшается ускорение от 0 до 60. Исследования автомобилей и водителей также показали, что при достижении верхних пределов подвеска облагается налогом, и езда может пострадать.

Не забывайте, что изначально ваш автомобиль был спроектирован для установки на стандартные колеса. Это означает, что спидометр, одометр, контроль тяги, крутящий момент и настройки передачи были основаны на расстоянии, которое стандартное колесо и шина в сборе преодолеют за один оборот.При изменении размера колеса вы должны сохранить общий диаметр колеса и шины в сборе. Таким образом, по мере того, как ваши колеса становятся больше, размер шины становится меньше.

Хорошее практическое правило состоит в том, что на каждый дюйм увеличения диаметра колеса вы должны уменьшать высоту стоячего колеса на дюйм. Это поддерживает общий диаметр. Это означает, что колесо и шина по-прежнему будут преодолевать одинаковое расстояние за один оборот, но при этом они будут выглядеть намного лучше.

Размер колеса обозначается следующим образом:

Г x Ш

Где D = диаметр и W = ширина.

Например: 18×9 означает, что диаметр колеса составляет 18 дюймов, а ширина — 9 дюймов.

Не уверены, что увеличение размера действительно имеет значение? Пока не увижу, не поверю.

Выберите ниже разные размеры колес, чтобы увидеть, как они выглядят на одном автомобиле:

Обратите внимание, как меняется внешний вид автомобиля по мере заполнения колесной арки.17-дюймовые колеса выглядят хорошо, 18-дюймовые колеса выглядят великолепно, а 19-дюймовые колеса просто безумны.

Здесь вы можете просмотреть некоторые популярные сочетания размеров колес:

Наборы болтов

Набор болтов состоит из количества болтов и диаметра воображаемой окружности, которую они образуют (BCD). BCD может выражаться в дюймах или миллиметрах. Наборы болтов с четным количеством болтов измеряются от центра болта к центру болта.От центра верхнего болта до низа нижних болтов измеряется 5 наборов болтов с проушинами.

Расположение болтов обозначается следующим образом:

N x BCD

Где N = количество болтов, а BCD = диаметр центра болта.

Например, если у вас колесо с 5 проушинами, а центр болта составляет 114,3 миллиметра, то размер разболтовки 5×114.3.

Перейдите по слайд-шоу ниже, чтобы увидеть примеры схем расположения болтов:

Вот примеры распространенных схем крепления болтов. По каждой ссылке можно просмотреть существующие колеса с этим набором болтов:

Вылет колеса

Смещение может быть одной из самых сложных частей колеса для понимания. Смещение измеряет расстояние от средней линии колеса до монтажной поверхности.Измеряется в миллиметрах. Это может быть нулевое, положительное или отрицательное смещение.

Перейдите по слайд-шоу ниже, чтобы увидеть различные смещения колес:

При смещении 0 (ноль) монтажная поверхность находится точно в центре колеса. При положительном смещении монтажная поверхность находится к передней части колеса. Выражается в миллиметрах от средней линии. При отрицательном смещении монтажная поверхность находится с тыльной стороны колеса.Выражается в миллиметрах от средней линии. Например, если ширина колеса 9 дюймов, центральная линия находится на уровне 4,5 дюйма. Положительное смещение — это количество миллиметров сверх 4,5 дюймов, а отрицательное смещение — количество миллиметров в противоположном направлении.

При положительном смещении колеса выглядят так, будто они выходят дальше от колесной арки, а при отрицательном смещении колеса выглядят так, как будто они находятся глубже в колесной арке.

Что означают номера колес

Теперь, когда мы рассмотрели различные части колес и способы их измерения, мы готовы приступить к считыванию номеров колес.

Пример колеса: F1R F29

Ищите выгравированную информацию на задней части колеса.

Размер колеса

17×8,5 — это размер колеса. Его диаметр составляет 17 дюймов, а ширина — 8,5 дюйма. Средняя линия составляет 4,25 дюйма.

Вылет колеса

ET 38 относится к смещению.Это 38 миллиметров от средней линии. ET — это немецкое сокращение от Einpresstiefe, что означает смещение.

Итак, когда вы читаете набор номеров колес, вы читаете подробную информацию о размере и конфигурации колеса. Эта информация имеет решающее значение для определения того, подойдет ли колесо вашему автомобилю.

и двухкомпонентные колеса

Есть два типа колес: цельные колеса и двухсекционные или составные колеса.

Колеса One Piece

Большинство колес представляют собой неразъемные колеса. Это означает, что все колесо отлито или выковано как одно целое. Цельные колеса жестче, чем двухсоставные.

Колеса из двух частей

Колеса, состоящие из двух частей, образуются, как следует из названия, из двух частей. Центральная часть — это одна деталь, внешняя часть — другая, и две части скреплены болтами.В результате получается очень прочный руль.

Зачем вам разница? Потому что двухсекционные колеса могут сочетать отделку и сплавы, что невозможно с цельными колесами. Производитель также может комбинировать в одном колесе металл разной ширины и толщины. Они также могут комбинировать ширину и смещение, чтобы получить больше возможностей при установке.

Если двухэлементное колесо повреждено, может не потребоваться замена всего колеса. Возможно, вы сможете заменить только поврежденную часть.

Колеса со смещением

Колеса со смещением или смещенная установка меняют положение езды. Он обеспечивает агрессивный вид за счет размещения более широких колес на задней части автомобиля, чем на передней. Эта установка применима только к автомобилям с задним приводом.

Более широкие колеса не только радуют глаз, но и обеспечивают лучшее сцепление с дорогой, прохождение поворотов и торможение.

Не забудьте поворачивать шины в поперечном направлении, используя ступенчатую установку.Кроме того, если вы используете зимние шины, вам нужно будет снова сменить их на симметричные для холодной погоды.

FAQ

Колесо — это целая деталь. Он состоит из ступицы, спиц и обода. Обод — это самая внешняя часть колеса.

Ступица колеса — это монтажный узел для колеса.Функция ступицы колеса заключается в том, чтобы колесо свободно вращалось и удерживало его прикрепленным к транспортному средству.

Смещение колеса — это расстояние между центральной линией колеса и установочной поверхностью. Монтажная поверхность может быть ровной с центральной линией, выступать вперед или углубляться назад от средней линии.

Обод — это самая внешняя часть колеса.Он состоит из цилиндра, буртика и фланцев.

TPMS — система контроля давления в шинах. Это электронная система в вашей шине, которая контролирует давление в шинах. Он активирует сигнальную лампу на приборной панели, чтобы вы знали, накачаны ли ваши шины чрезмерно или недостаточно.

Установка в шахматном порядке означает, что колеса на задней части автомобиля не такого же размера, как колеса на передней части автомобиля.При смещении колес колеса и шины на задней оси шире, чем на передней оси. Установка в шахматном порядке на переднеприводных автомобилях невозможна.

Wheelfire гарантирует идеальную посадку. Сначала проверяется, что общий диаметр колеса и шины находится в пределах 3% от OEM. Затем проверяются разболтовка и смещение.Если вы обновили тормоза или подвеску своего автомобиля, сообщите об этом нашей службе поддержки клиентов, прежде чем покупать колеса. Если ваш внедорожник был поднят, обязательно отметьте высоту подъема в дюймах.

При изменении размера колеса вы должны изменить размер шины, чтобы сохранить общий диаметр.Вы получите небольшое снижение расхода топлива и ускорения. Компромисс — лучшая управляемость и большая внешняя привлекательность. Внедорожники будут иметь повышенную устойчивость на трассе.

Вы могли подумать, что чем больше спиц, тем крепче колесо, но это неправда. Прочность и целостность колеса в большей степени определяется металлом (или металлами, использованными для изготовления сплава) и способом изготовления, чем количеством спиц в конструкции колеса.

Это происходит, когда вы смотрите телевизор или фильмы, потому что движущиеся изображения представляют собой не что иное, как серию отдельных неподвижных фотографий, снятых в последовательных кадрах. Большинство кинокамер снимают с частотой 24 кадра в секунду. Если частота вращения колеса соответствует частоте кадров, спицы совершают оборот каждые 1/24 секунды, и кажется, что спица находится в одном и том же месте на каждом кадре.Из-за этого колесо кажется неподвижным. Если скорость вращения не совпадает с частотой кадров, спица находится в другом положении, и создается впечатление, что колесо вращается назад. Это просто оптическая иллюзия.

Более широкие колеса весят больше, поэтому расход топлива уменьшается. Вы также получаете снижение эффективности торможения и ускорения.С другой стороны, улучшается управляемость, и вы получаете улучшенные характеристики противоскольжения от шин.

Технически определение обода относится только к внешней части колеса. Вы не можете заменить обод, не заменив все колесо. Замените колеса, если они повреждены или если вы хотите изменить внешний вид или характеристики вашего автомобиля.

Замена автомобильных колес может улучшить характеристики вашего автомобиля и придать вашей поездке новый облик. Измените колеса автомобиля на шахматную, чтобы установить более агрессивную стойку, или увеличьте размер, чтобы повысить производительность.

Определения / Глоссарий терминов

Ствол

Самая внешняя часть колеса.Это место, где монтируется шина.

Бусина

Внутренняя часть фланца, где край шины соединяется с колесом.

Окружность болта

Круг, образованный отверстиями для болтов. Диаметр круга — это Диаметр центра болта (BCD) .

точки расположения болтов

Количество болтов плюс диаметр центра болта. Он выражается как N x BCD, или 5 болтов диаметром 4 ½ дюйма будут 5×4.Расположение болтов 5 дюймов.

Кастинг

Способ изготовления колеса, при котором расплавленный металл или металлический сплав заливают в форму для формования колеса.

Центральное отверстие

Отверстие в центре колеса, позволяющее установить колесо на автомобиль.

Центральная крышка

Колесная часть, закрывающая центральное отверстие колеса на внешней поверхности колеса.

Колесо для глубокой тарелки

Колесо со спицами значительно ниже кромки.

Блюдо

Часть колеса за спицами.

Центр подачи

Кольцеобразная область вокруг ствола, ближайшая к центральной линии. Это наименьший внутренний диаметр ствола колеса.

Фланцы

Расширяющаяся внешняя часть ствола, удерживающая шину на колесе. Бывают внешний и внутренний фланцы. Обращенные наружу фланцы являются частью косметической поверхности колеса.

Колесо переднего крепления

Колесо, центр падения которого расположен близко к передней поверхности колеса.

Hubcentric

Когда центральное отверстие колеса является центральным отверстием. Ступичные колеса устанавливаются и уравновешиваются с помощью стандартной системы конусов, используемой компьютерными балансировщиками для уравновешивания автомобиля.

Хабцентрические кольца

Это проставки из твердого пластика, помещаемые между ступицей колеса и центральным отверстием.Хубцентрические кольца позволяют приобретать колеса с большим центральным отверстием, чем у OEM.

Центрическая проушина

В конструкции, ориентированной на выступы, колеса центрируются за счет крутящего момента гаек, а не центрального отверстия колеса. Эти колеса не сбалансированы стандартной системой конусов. Они должны быть уравновешены с их расположением болтов.

Монтажные горки

Выступы, разделяющие борта, чтобы шина не соскользнула с края колеса.

Смещение

Расстояние в миллиметрах от средней линии колеса до монтажной поверхности. Может быть нулевым, положительным или отрицательным.

Подвесной двигатель

Конструктивная часть торца колеса. Это та часть, которая смотрит наружу и придает колесу косметический вид.

Колесо обратной установки

Колесо, в которое входит капля, близко к задней поверхности колеса.

Обод

Настоящее определение обода — это только самая внешняя часть колеса. Однако обод часто используется как синоним колеса.

Спицы

Та часть колеса, которая соединяет внешнее кольцо колеса с пластиной колеса.

В шахматном порядке

Нестандартная комплектация, в которой задние колеса шире передних.

увеличенный

Для увеличения диаметра приклада.При увеличении размера колес вы должны компенсировать это уменьшением высоты стояния шины для сохранения общего диаметра.

Колесо

Деталь, на которую монтируется шина целиком. Колесо включает ступицу, спицы и обод.

Колесная пластина

Точка контакта опоры оси, болтов проушины и боковой поверхности ротора.

Эволюция колеса | Все об истории

Ранние люди в эпоху палеолита (от 15 000 до 750 000 лет назад) обнаружили, что тяжелые круглые предметы легче перемещать, катя их, чем громоздкие и неправильные.Было сделано осознание того, что некоторые тяжелые предметы можно транспортировать, если под ними положить круглый предмет, например, упавшее дерево, и тяжелый предмет катится по нему. Однако диаграммы на древних глиняных таблицах предполагают, что колесо не материализовалось тысячи лет, пока гончарный круг не использовался в Месопотамии (современный Ирак) в 3500 году до нашей эры.

Самое старое деревянное колесо, обнаруженное на сегодняшний день, было найдено в Любляне, Словения, и считается, что оно датируется примерно 3200 годом до нашей эры. Примерно в то же время колесо впервые начали использовать для перевозки колесниц.Из-за потребности в большей скорости и маневренности египтяне создали колесо со спицами примерно в 2000 году до нашей эры, в то время как кельтские колесницы тысячелетие спустя использовали железные диски для большей прочности. Однако колесо оставалось в значительной степени неулучшенным до 19 века, когда Роберт Уильям Томпсон изобрел пневматическую шину, резиновое колесо, использующее сжатый воздух, которое проложило путь для автомобильных и велосипедных шин.

Колеса сквозь века

Колесо широко использовалось и улучшалось на протяжении всей истории, но как люди использовали его практичность?

Как показано на иллюстрации выше, первые Homo sapiens осознавали, что круглые объекты можно легко перемещать, катая их.Их потомки применили эту технику катания к транспортировке больших предметов на цилиндрических бревнах. Изобретение колеса и оси позволило поместить катящееся бревно через отверстие в колесе для создания тележки. Гонки на колесницах сыграли важную роль в эволюции колеса со спицами, поскольку они позволяли колесницам двигаться намного быстрее. Изобретение резиновых шин, наполненных воздухом, позволило колесам стать намного быстрее, прочнее и прочнее, что в конечном итоге изменило определение транспорта.