Колесо происхождение и значение термина. История создания колеса. Попытки использовать круглые устройства

Изобретение колеса является величайшим достижением в области механики за всю многовековую историю человечества. Считается, что появилось это древнейшее устройство в бронзовом веке. Согласно археологическим исследованиям первые древние колеса относятся к периоду 3500—1000 до н. э. и найдены в местах, где был довольно высок уровень цивилизации, где люди были знакомы с металлом, освоили выплавку из него различных металлических изделий. Так, в Месопотамии обработка металла достигла высочайшего уровня развития и дала толчок к появлению первых колесных повозок. Создание первых двух- и четырехколесных повозок относят к 3500 году до н. э., они были найдены в Месопотамии на месте, где был древний город Киш.

Предполагают, что прообразом колеса были бревна-катки, которые ложились под тяжелые каменные глыбы, стволы деревьев или другие тяжести, которые необходимо было перемещать на большие расстояния. Возможно тогда появились первые наблюдения за вращающимися телами и их свойствами. Со временем было замечено, что каток с более тонкой серединой, чем по краям, передвигался более равномерно, его меньше заносило в стороны. Благодаря таким наблюдениям катки стали обжигать в середине, делая ее тоньше, а края оставались без изменений. Сегодня такое приспособление называется «скат».

Дальнейшие усовершенствования привели к тому, что от бревна осталось на концах два валика, а между ними — тонкая ось. Позже валики стали делать отдельно, а затем они жестко крепились с осью. Так появилось колесо и первая повозка. Жесткое крепление колес с осью приводило к тому, что они вращались вместе с ней. Это приспособление было удобно при движении повозки по прямой дороге, на поворотах же, где они вращаются с разной скоростью, тяжело груженная повозка могла сломаться или перевернуться. Колеса вырезались из целого ствола дерева, отчего колеса и повозки были очень тяжелыми. Для передвижения в такие повозки стали запрягать животных. Повозка с такими колесами была найдена при раскопках в древнем индийском городе Махенджо-Даро. Чтобы уменьшить вес колеса, в нем начали делать вырезы, укрепляли поперечными скрепами для жесткости.

После того, как люди освоили металл и научились выплавлять различные металлические изделия, появилось колесо с металлическим ободом и спицами. Это колесо было защищено от ударов о камни и вращалось во много раз быстрее. Огромным достижением стало изобретение колеса со ступицей, которое насаживалось на неподвижную ось. Колеса при этом вращались независимо друг от друга. Для того, чтобы уменьшить трение колеса об ось, ее смазывали дегтем или жиром. Запрягая в повозки лошадей, увеличивалась скорость их передвижения.

Появление транспортных средств повлечет за собой строительство первых дорог и первых мостов. Помимо использования колеса, как транспортного средства, оно нашло применение и в других сферах жизни. Так, использование колеса в гончарном круге тоже относится к бронзовому веку. Водяное колесо использовали древние римляне еще в первом веке до нашей эры. Ровесницей железного века считают прялку, которую изобрели в Индии или другой стране Азии около 1000 лет до нашей эры. Ветряная мельница с колесом на вертикальной оси существовала в Персии уже в Х веке, в Европе она появилась в ХII веке, правда колесо крепилось на горизонтальный вал.

Ни для кого не секрет, что львиная доля изобретений, особенно тех, которые составляют технический базис, являются не столько продуктом напряженной инженерной мысли, сколько результатом вдумчивого наблюдения за окружающим миром. Однако есть и исключения. Так, колесо, элементарнейшее устройство, сочетающее в себе вращательное и поступательное движение, не имеет аналогов в природе. Именно это загадочное обстоятельство породило версию о внеземном происхождении колеса.

Время и место изобретения колеса точно определить сложно. Однако возможность поступательного движения круглого предмета была известна людям с глубокой древности. Амулеты в виде небольших дисков с отверстиями посередине и радиальными прорезями, обозначающие солнце и его движение по небу, принадлежность большинства ранних культур. Одна из таких находок была сделана при раскопках первобытной стоянки на реке Сунгирь. Обнаруженные «солнечные колеса» были вырезаны из кости мамонта примерно 25 тыс. лет назад, в период верхнего палеолита.

Колесо круглый, свободно вращающийся или закрепленный на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Колесо широко применяется в транспортных целях, а также повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Является одним и древнейших и важнейших изобретений человечества. Первые изображения колеса, обнаруженные в Междуречье, относятся к IV тысячелетию до н. э.

Примерно к этому же времени историки относят появление прообраза колеса катков, при помощи которых люди перемещали тяжести. Было замечено, что по упавшим деревьям волочить мамонта или тяжелый камень намного легче особенно если на пути попадались прямые и гладкие кругляки, которые перекатывались по земле. Затем очищенные от сучьев бревна стали специально подкладывать под грузы, перемещая вперед по мере продвижения. Этот способ применялся при строительстве египетских пирамид для перемещения каменных плит весом несколько тонн. Первые повозки представляли собой салазки-волокуши, поставленные на несколько скрепленных между собой бревен-катков.

Фрагмент инкрустированного «Штандарта войны и мира». Ур, Междуречье.

Между катками и настоящим колесом многовековая дистанция. Сначала люди заметили, что после того, как катки в средней части истирались и становились тоньше, груз меньше соскальзывал, и его становилось удобнее транспортировать. Тогда бревна-катки начали специально обжигать или обтесывать так появился предок современной колесной пары, используемой в железнодорожном транспорте: деревянные диски, которые составляют единое целое с осью и вращаются вместе с ней.

Первое свидетельство о колесном транспортном средстве датируется IV тысячелетием до н. э. Это изображение салазок на колесиках, найденное при раскопках города Урук в Месопотамии. К 2700 г. до н. э. там же появляются рисунки повозок. В это же время шумеры начинают хоронить своих царей вместе с колесницами. Такие погребения найдены в Кише, Уре, в эламском городе Сузы.

Следующим шагом было отделение колес от оси. Колесная пара хороша для езды по рельсам, но при движении по дороге трудности возникают при каждом повороте: тяжело груженная повозка может опрокинуться или даже развалиться. Во II тысячелетии до н. э. в Малой Азии появились колеса с центральными отверстиями ступицами, в которых закреплялась неподвижная ось. Теперь на повороте каждое колесо могло вращаться со своей скоростью, что сильно увеличивало маневренность. Чтобы колеса меньше терлись об ось, ступицы смазывали жиром или дегтем. Однако повозки с колесами из цельного куска дерева были еще очень тяжелыми и неповоротливыми. Передвигались они медленно, обычно в них запрягали могучих, но неторопливых волов.

«Солнечная повозка» из Трундхольма миниатюрное скульптурное изображение повозки эпохи бронзового века. XVIII-XVII вв. до н. э.

Чтобы облегчить тяжелое дисковое колесо, в нем стали делать радиальные прорези, которые впоследствии сменились закрепленными между ступицей и ободом спицами. Число спиц обычно было четным, их количество зависело от диаметра колеса: чем больше диаметр тем больше требовалось спиц. В Египте получили распространение колеса с четырьмя спицами, в Греции и Риме с восемью. Чтобы ход колеса был более мягким, его обшивали кожей или обивали по ободу деревянным обручем. Железный обод вместо деревянного около 3 тыс. лет назад начали применять кельты. Это сделало колеса более прочными, а колесницы в целом более подвижными и легкими, что значительно помогло в освоении новых территорий.

Появление колеса дало толчок развитию ремесел. Наверно, нет такой области производства, где бы не использовалось колесо. Блоки и лебедки в строительстве, гончарный круг, прялки, водочерпальные и мельничные колеса, зубчатые передачи и шкивы служат людям многие столетия. Еще большую роль колесо сыграло в эпоху промышленной революции трудно найти механизм, который не имел бы в своем устройстве хотя бы крохотного колесика или передачи. Точные механизмы, в том числе астрономические приборы и хронометры, также не могут обойтись без этого изобретения.

С течением времени колесо находило все новые сферы применения, однако его основная функция транспортная оставалась неизменной на протяжении многих веков, и никаких революций в ней не происходило. И только XIX век принес открытия, сделавшие передвижение на колесном транспорте более удобным и приятным.

В 1846 г. Роберт Уильяме Томпсон, английский инженер-железнодорожник, получил патент на прародительницу пневматической шины, сделанную из прорезиненной ткани. Шина состояла из двух частей: камеры и наружного покрытия. Камера изготовлялась из нескольких слоев парусины, пропитанной и покрытой с обеих сторон раствором натурального каучука или гуттаперчи. Наружное покрытие состояло из соединенных заклепками кусков кожи. Вся конструкция крепилась на обод болтами, в ней был предусмотрен клапан, через который шину накачивали. Широкого практического применения «воздушное колесо» не нашло, а после смерти изобретателя было и вовсе забыто.

Через 40 с небольшим лет ветеринар из Шотландии Джон Бойд Данлоп наблюдал за своим сыном, который катался по двору на велосипеде. В те времена велосипеды были громоздкими, с металлическими ободами, они со скрежетом подпрыгивали на каждом камешке. Данлоп заметил, как мягко амортизировал толчок резиновый шланг для поливки, на который наехал велосипед. Он отрезал кусок шланга по размеру окружности велосипедного колеса, заварил в кольцо, приспособил ниппель и... стал известным на весь мир изобретателем пневматической шины, на которую получил патент в 1888 г. Сейчас фирма Dunlop один из крупнейших производителей автошин.

Два года спустя британский инженер Чайлд Уэлтч предложил отделять камеру от покрышки, вставлять в края покрышки проволочные кольца и сажать ее на обод, который впоследствии получил углубление к центру. Тогда же англичанин Барлетт и француз Дидье независимо друг от друга разработали способы монтажа и демонтажа шин. Все это определило возможность применения пневматической шины на автомобиле. Создатели современных покрышек постоянно меняют их химический состав и рисунок протектора, благодаря чему автомобиль становится более маневренным, увеличивается сцепление с дорогой, уменьшается износ шин.

Велосипед с пневматическими шинами Данлопа.

Деревянное колесо со спицами.

Другим важным нововведением стал шариковый подшипник. Еще в Древнем Египте при транспортировке самых тяжелых грузов катки подкладывали непосредственно под перемещаемый предмет, притапливая их в специально вырытых бороздах. В бороздах, задающих направление движения, каткам было легче вращаться. Изобретение конусного шарикоподшипника приписывают Леонардо да Винчи. В 1907 г. шведский инженер Свен Вингквист изобрел первый самоустанавливающийся сферический шарикоподшипник. В том же году новинка попала на рынок.

Подшипник это своего рода колесо в колесе. Трение между осью и ступицей возрастает с увеличением скорости, и его невозможно устранить при помощи даже самой лучшей смазки. Но если между осью и ступицей поместить гладкие стальные шарики, ступица своей внутренней поверхностью будет катиться по шарикам, а шарики, в свою очередь, по оси. Шарики в подшипнике находятся между двумя кольцами, при этом внешнее кольцо примыкает к ступице, а внутреннее к оси. Существует также роликовый подшипник, в котором между кольцами вместо шариков находятся стальные ролики, похожие на маленькие катки.

Изменилось за последние два столетия и само колесо. Деревянные спицы были заменены легкими стальными, в конструкции появилась центральная втулка. В 1920-х годах были выпущены первые колеса с дисками из легкого сплава. Сегодня колеса изготавливают из специальных очень прочных и легких алюминиевых сплавов.

Можно было подумать, что к XIX в. технический потенциал колеса и возможности его видоизменения оказались полностью исчерпаны, однако оригинально мыслящие люди нет-нет да и находили ему новое применение. Например, в 1893 г. изобретатель Джордж Феррис представил на промышленной выставке в Чикаго новый аттракцион. Вращаемое при помощи паровых машин колесо диаметром 75 м поднимало 36 прикрепленных по ободу кабин на 60 человек каждая. Первое колесо обозрения, позволявшее пассажирам полюбоваться панорамой выставки, пользовалось огромным успехом, а сегодня оно является непременной принадлежностью парка аттракционов даже небольшого провинциального городка.

Впрочем, инженеры не оставляют колесо в покое и по сей день. Например, разработка с гибким эластичным ободом помогла избавиться от существенного недостатка низкой проходимости по бездорожью и болотистой местности. Такое колесо способно изменять форму от круглой до эллиптической в зависимости от нагрузки, чем обеспечивается лучшее сцепление с поверхностью. А для езды по глубокому снегу или песку можно использовать даже квадратные колеса. Вероятно, чем проще изобретение, тем больше вариантов его использования, а значит, колесо не раз еще продемонстрирует себя в новом облике.

Колесо обозрения на Всемирной выставке в Чикаго. 1893 г.

Колесо в космосе

Первым небесным телом, на котором появилось колесо, стала Луна Произошло это 17 ноября 1970 г., когда советская беспилотная станция «Луна-17» доставила на поверхность спутника Земли первый луноход. Он двигался на восьми колесах с легким сетчатым ободом, и каждое колесо имело свой электромотор.

Кто и когда впервые придумал колесо - одна из самых больших загадок истории. Самое древнее колесо было найдено на территории Месопотамии (область между реками Тигр и Евфрат, на территории современного Ирака)‚ и сделано оно было в 4 тысячелетии до нашей эры, т. е. около 6000 лет назад. Различные грузы до этого перевозились с помощью разного вида саней на полозьях.

Первое изображение колеса было обнаружено на древнейших рисунках. Колеса в те времена представляли собой вырезанные из дерева цельные диски. Повозки на таких колесах были тяжёлыми и неповоротливыми.

Первые колеса со спицами были изобретены на полуострове Малая Азия (самый западный полуостров Азии, ныне принадлежит Турции) в ХХ веке до нашей эры - ради уменьшения веса колеса в нём выпиливали вырезы. В том же веке колесо докатилось до Европы, Индии и Китая. Такие колеса использовались в колесницах для перевозки людей. В Египте их стали применять и для грузов. Наибольшее распространение колеса и различные повозки получили в Древней Греции, а потом и Риме. В Америке, Австралии и Южной Африке колёса и повозки появились только с приходом туда европейцев.

Многие историки считают, что колесо открывали много раз. Гончарный круг, мельничный жернов, водяная мельница и колесо телеги изобретались по отдельности. Пожалуй, трудно найти другое открытие, которое дало бы такой мощный толчок развитию науки и техники.

Казалось бы, такое простое достижение — изобретение колеса, и все же оно великое. Первые древнейшие колеса найдены в Месопотамии, Венгрии, Средней Азии и в степях Дона и Днепра.

История создания колеса: начало

Очень любопытно, что колесо изобрели не тогда, когда люди еще скитались. При кочевом образе жизни они весь свой скарб носили на себе. Колесо было изобретено, когда они уже осели на определенном месте. Оседлые люди стали разводить хозяйство: засевать поля, разводить домашний скот, строить малые, а затем и большие поселения и города.

Стала развиваться торговля зерном, камнем, лесом и пр. А это огромные расстояния, которые нужно преодолевать с большим и тяжелым грузом. Вот тут и появилась эта простая идея.

Каким образом в древности эта идея пришла в голову? История колеса довольно любопытна.

Люди, постоянно работая с вырубленными и поваленными бревнами, обнаружили, что их можно катить, немного подталкивая.

Идея создания рычага

И в то время кроманьонцы изобрели еще и рычаг. С этого момента началась история изобретения колеса.

Как это случилось? Благодаря нажатию на подложенную палку под бревно, оно стало катиться. После повторного нажатия оно покатилось еще дальше. Тогда стали использовать еще больше подобных рычагов, благодаря которым уже можно было передвигать одновременно несколько бревен.

Потом пришла прекрасная идея - положить на катящиеся бревна наискосок другое бревно, и оно покатилось вместе с ними.

Таким образом, пришла очередная мысль, что бревна транспортируемые уже сами могли бы быть в качестве "транспорта", если поперек сверху еще положить бревна. В Древнем Египте таким образом передвигали немыслимой величины каменные статуи. История происхождения колеса продолжала пополняться любопытными фактами.

Дальнейшее усовершенствование техники передвижения грузов

Тот метод с рычагами был не очень удобным: ближние к рычагам бревна периодически высвобождались из-под груза, и их постоянно приходилось с помощью рук переносить вперед и класть рядом с еще находящимися под верхними бревнами. Появилась необходимость их зафиксировать.

В итоге получилось что-то вроде подобия повозки. Она была грубоватая и неказистая. Но положенный на нее сверху груз двигался. Оставалось только сильно нажимать на рычаги. На такой более совершенной повозке возили и другие грузы: мешки с зернами, камни и др.

Это сооружение могло катиться только по ровной поверхности. Любое препятствие в виде камня на пути могло легко разрушить эту конструкцию. И тут появилась идея закрепить бревна между собой (штук 10), внизу прикрепить еще по две пары гладко обтесанных бревен, а между этими еще и третье — гладкое, большего диаметра и свободное.

Так появилась повозка, вернее каток. Он очень хорошо двигался, и не приходилось его толкать рычагами, для этого было достаточно усилия рук. Таким был прообраз колеса.

История развития колеса довольно длинная. До изобретения настоящего колеса решалось много промежуточных проблем.

Совершенствование транспорта для перевозок грузов

Сначала с повозки убрали обе пары бревен, оставив только два катка. Затем их закрепили к повозке скобами медными, но так, чтобы они вращались. Был важный недостаток: разная толщина на разных краях бревна приводила к поворачиванию повозки в сторону.

Потом было обращено внимание на то, что та повозка, под которой каток был тоньше в центре, чем по краям, передвигается равномернее. Такую повозку и заносит в сторону меньше. Тогда изобретатель катка оставил только два валика по сторонам из целого бревна, а между ними - тонкую жердь. А потом, отделив эти валики от жерди, получил колесо.

История возникновения колеса как уже готового технического сооружения для передвижения и перетаскивания грузов началась практически с этого момента.

Первое колесо было очень тяжелым. Даже была найдена повозка с цельными колесами, вырезанными из ствола большого дерева (древнейший индийский город Мохенджо-Даро).

Вскоре для повозок стали использовать животных в упряжке. Этот момент явился переломным и решающим в истории развития и усовершенствования транспорта. Пополняется различными интересными преобразованиями история колеса. Телеги тоже претерпевают существенные изменения.

Усовершенствование конструкции телеги

В древние времена были изделия двух видов: круг гончарный и колесо для телеги. Первый — предок шкивов, шестеренок механизма колес и др.

Самые первые телеги представляли собой простые сани, поставленные на колеса. Последние, в свою очередь, были скреплены осями. Колеса и сама ось составляли единое целое. Однако когда телега поворачивала с такими колесами, внешнее ехало намного дольше, чем внутреннее. В связи с этим колесо всегда скользило или буксовало.

Позже появились конструкции, двигающиеся свободнее, так как ось крепилась к экипажу. Это позволило ехать быстрее и поворачивать легче.

Самыми первыми были крестьянские телеги, катафалки царские, священные повозки богов и военные колесницы.

Первые телеги были и двух-, и четырехколесными. Однако последние были непрактичными. Почему? Задняя и передняя оси прикреплялись к корпусу. Такой экипаж не мог совершать крутые повороты.

2000 лет назад была изобретена передняя подвижная ось, которая позволяла экипажу поворачиваться в любую сторону.

Уже во втором тысячелетии до н. э. в Юго-Западной Азии изобрели колеса со спицами.

Древние изображения колеса

Первое древнейшее наскальное изображение (3000 лет до н. э.) саней с колесами найдено в г. Уроке Шумерской провинции.

Образ колеса на Востоке слился с образом Солнца и власти. В различных мифологиях многих государств стали упоминаться образы колеса. Колесо с Солнцем ассоциировалось так: Солнце — возвышенное и круглое, колесо — тоже круглое, еще оно позволяет человеку быстро передвигаться. Все это - преимущество и господство.

Имеют место слухи, что первое древнее колесо появилось все же не в Месопотамии, а в Турции на востоке, а возможно, и на севере Ирана. Затем они появились и в северных краях.

Виды древних колес

Уже в 3 тысячелетии до н.э. колеса обматывались кожей, а во 2 тысячелетии приколачивали в колеса гвозди, торчащие острием наружу. Это делалось для того, чтобы увеличилось их сцепление с поверхностью земли. Причем они могли быть сплошными, но уже не из цельного ствола, а составленные и сколоченные из трех частей.

К тому времени были приручены лошади, и появились повозки, которые стали разделяться на (быстрые) и экипажи для царя. Были и телеги специально для хозяйства (с волом).

История колеса, на первый взгляд такого простого предмета, показывает, что каждый народ вносил какие-то полезные изменения в его конструкцию, благодаря чему она совершенствовалась быстро.

Так и докатилась повозка на Восток, до Китая (эпоха царства Инь). Уже в 2000 г до н. э. колесо было со спицами и ободом.

Колесо в Европе

Дальнейшая история колеса и его развития связана исключительно именно с кельтскими племенами. Они начали “обувать” обод колеса металлом (1500 год до н. э.), а всего лишь через пару веков (во времена Троянской войны) колеса были практически целиком металлические.

На таких и сражались гомеровские герои. Про такие колесницы восхищенно писал Наум. Они сильно разбивали дорогу, поэтому в 50 году до н. э. был создан и принят самый первый закон, который ограничивал нагрузку на каждое колесо до 250 кг.

За 3000 лет древнее колесо почти всей Европы. А вот до Африки (территории южнее Сахары), и Австралии так и не доехало.

Истинная история колеса до конца не изучена. Есть и такая гипотеза создания колеса. Горшки люди лепили (хоть и кособокие) еще раньше — 6000 лет до н. э. Но с появлением гончарного круга и вид посуды намного улучшился. А - и есть колесо, только положенное набок. Так кто же позаимствовал идею? Может, все-таки возница у гончара?

Колесо — один из важнейших элементов современной техники. Нам трудно представить, как можно обойтись без колеса, например, при транспортировке грузов. Тем не менее, хорошо известно, что жители многих регионов мира — Австралии, Африки, Америки не использовали колесо до прихода европейцев. Они таскали грузы на себе или использовали вьючных животных. А ведь те же ацтеки и инки были отнюдь не дикарями, а весьма цивилизованными народами. Так где же и как изобрели колесо?

Конечно, история изобретения колеса теряется во тьме веков и в точности кто и когда изобрёл колесо, мы вряд ли когда-либо узнаем. Можно лишь сказать, что произошло это, вероятно, в Восточной Европе, а изобретателями колеса были предки современных индоевропейцев. Этот вывод подтверждается как данными археологии, так и лингвистики — слова, обозначающие колесо, очень древние, они появились ещё в праиндоевропейском языке до расселения индоевропейских племён по Евразии — более 5 тыс. лет назад.

Сама форма колеса была известна людям очень давно. Например, предметы, по форме напоминающее колесо, которые найдены в палеолитических стоянках на территории современной России, датируются временем более 30 тыс. лет назад.

Диски из бивня мамонта, напоминающие колесо (Сунгирь, Владимирская область).

Древнейшие же находки больших колёс сделаны в Восточной Европе и относятся ко времени около 3500 г. до н. э.

Одно из самых древних колёс, дошедших до нашего времени. Найдено в Словении, возраст — около 5200 лет.

Древнейшие изображения повозок, найденные на глиняных горшках, сделанных на территории современной Польши, а также Поволжья, относятся примерно к 3500 г. до н. э.

Глиняная модель повозки, найденная в Венгрии, возраст около 5300 лет.

Примерно начиная с 3300 г. до н. э. колёсные повозки начинают обнаруживаться в курганных захоронениях в южнорусских степях.

Повозка в древнем захоронении

Изобретение колеса сильно изменило быт наших далёких предков. Теперь они могли перемещаться и перевозить имущество на большие расстояния, селиться вдалеке от больших рек. Изобретение колеса открывало путь и к экспансии в далёкие земли, не случайно индоевропейцы вскоре расселились на огромных территориях от запада Европы до Ирана и Индии.

Как нашим предкам пришла в голову идея колеса? Известно, что для перемещения тяжёлых грузов, например, каменных блоков под них подкладывали брёвна. Такой способ использовали в разных частях мира. Однако до идеи сделать из дерева круг и прикрепить его к повозке додумались почему-то только предки индоевропейцев, а уже от них колесо было заимствовано другими народами, например, шумерами и китайцами.

Первоначально колесо было сплошным и сбивалось из деревянных досок. Позже колесо усовершенствовали. Около 2500 г. до н. э. появилось колесо со спицами, позже к нему добавили обод. Колесо стали использовать не только в повозках. Появился гончарный круг, который значительно улучшил качество керамики, блоки и шестерёнки, которые стали применяться в механизмах, мельницы, прялки и т. д. Так что изобретение колеса без всякого преувеличения дало огромный толчок развитию человечества.