Знакомьтесь; Квеклос: кем был изобретатель первого колеса и как он до него додумался

Знакомьтесь — Квеклос: кем был изобретатель первого колеса и как он до него додумался

Колесо считается одним из главных изобретений в истории цивилизации. Как оно изменило жизнь древних людей, а также что известно современной науке о его создателе? Где и как он жил, во что верил и чем развлекал своих детей, рассказывает Wired.

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

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

Как изобрели современное колесо

Если считать изобретателем шины шотландца Роберта Уильяма Томсона, то покрышка имеет 170-летнюю историю. В 1846 году, когда был получен патент на «воздушное колесо», на улицах городов не было еще никаких автомобилей, но грохотали кареты с металлическими колесами. Сам Томпсон в своем патенте писал: «Суть моего изобретения состоит в применении эластичных опорных поверхностей вокруг ободьев колес экипажей с целью уменьшения силы, необходимой для того, чтобы тянуть экипажи, тем самым, облегчая движение и уменьшая шум, который они создают при движении».

Идея оказалась вполне рабочей, но, к сожалению, на тот момент недооцененной. Не нашлось никого, кто бы довел новое изобретение до массового производства. После смерти Томсона в 1873 году «воздушное колесо» было забыто.

Джон Данлоп

Про покрышку вспомнили лишь спустя 15 лет. Новым изобретателем пневматической шины неожиданно стал… ветеринар – шотландец Джон Данлоп. В 1887 году он придумал надеть на колеса велосипеда своего сына широкие обручи, сделанные из шланга для поливки сада, и надуть их воздухом.

Конечно, в те годы, пневматическая шина вовсе не ассоциировалась с автомобилями, а скорее с велосипедами. Уже в июне 1889 года на стадионе в Белфасте Уильям Хьюм выступил в гонках на велосипеде с пневматическими шинами и выиграл все три заезда, в которых участвовал. Изобретение Данлопа было обречено на успех. Сегодня фирма Dunlop, названная так в честь изобретателя – в числе самых крупных производителей автомобильных шин.

Первый автомобиль братьев Мишлен на съемных пневматических шинах. Фото: michelin.ru

В конце XIX века появились и другие легендарные компании, лидеры современной шинной индустрии. Так, первыми, кто стал использовать пневматические шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен, основавшие знаменитый Michelin. В 1900 году к производству автомобильных шин приступила компания Джованни Батисты Пирелли. Сегодня Pirelli – один из крупнейших мировых производителей шин премиум-класса. Компания насчитывает более 19 заводов по производству шин в 12 странах мира, в том числе два из них – в России.

Колеса для автомобилей

Начиная с 19 века, в развитии науки и техники произошла настоящаа революция. Открытия в разных научных областях заставляли людей искать более оптимальные решения для перемещения. Тогда появились первые прототипы полноценного автомобиля. После выпуска легендарного транспортного средства под названием Motorwagen в 1885 году создатель патента Карл Бенц начал усиленно заниматься разработкой подходящих колес для своей машины. Его трёхколесный автомобиль получил велосипедные колеса, оборудованные более жесткой, не пневматической резиной.

Пневматическую версию представили знаменитые братья Андре и Эдуард Мишлен, которые через некоторое время, стали основателями компании с одноименным названием. Кстати, её продукция пользуется спросом до нашего времени. Кроме того, в1910 году сотрудники компании BF Goodrich реализовали выпуск первых высококачественных шин с большим эксплуатационным сроком и отличной износостойкостью. При производстве в резину добавили определенное количество углерода. Вскоре технологию стали использовать и другие производители автомобильных шин.

На далёком Западе долгое время применялись деревянные колеса от артиллерии, но в середине 20 века их сменили сварные спицевые конструкции. Они устанавливались на автомобилях серии Ford T. И если сравнивать ситуацию с европейскими странами, где большим спросом по-прежнему пользовались жесткие покрышки от Мишлен, то Америку покорили пневматические разработки Данлопа. Но используемые в те времена покрышки существенно отличались от современных — их производили из белой резины Carbonless, а срок службы редко превышал расстояние в 3-3,5 тысячи километров. Но после прохождения 40-60 километров шины нуждались в срочном и долгом ремонте, т.к. их поверхность быстро лопалась или прокалывалась.

Как ни странно, но следующий рывок в эволюционном развитии колес имел сходства с ранее существующей твердой конструкцией. Это объяснялось необходимостью снизить расходы за счет использования изделий из стали. Оправу изготавливали из полосы металла, а диск — из листового металла, который выбивали с помощью прессового оборудования. Затем два элемента приваривали друг к другу для создания лёгкого и устойчивого к интенсивным нагрузкам изделия. Основным плюсом такой технологии стала быстрота, что позволило выпускать колеса в крупных масштабах. Применение автоматизированного производственного оборудования сделало процесс изготовления доступным и массовым.

В настоящее время существует две разновидности автомобильных колес:

• Колеса из сплавов — литые;
• Стальные.

Оба вида колес имеют свои плюсы и минусы.

Приложение

История исследования циклоиды связана с именами таких великих учёных, философов, математиков и физиков, как Аристотель, Птолемей, Галилей, Гюйгенс, Торричелли и др.

Циклоида[10] (от греческого — круглый) — плоская трансцендентная кривая, описываемая параметрическими уравнениями

x = r t — r sin t ,

y = r — r cos t .

Уравнение циклоиды в декартовых координатах:

Представляет собой траекторию точки окружности радиуса r , катящейся без скольжения по прямой (в приведённом примере такой прямой является горизонтальная ось координат).

Усовершенствование конструкции телеги

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

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.

С чего началось изобретение колеса?

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

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

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

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

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

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

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

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

Мутация или артефакт?

Начальник экспедиции археологов Диего де Верагоса оказался высоким стройным брюнетом лет 45, он сразу же повез Людо в обнаруженную в прошлом сезоне пещеру Пехта. На светлой стене охрой и гематитом были изображены стада странных животных… с колесами вместо ног.

Главный экспонат музея канадского Королевского Палеонтологического института — реконструированный скелет Sus ludus rotalis удивительной степени сохранности. Для его восстановления палеонтологам впервые в истории понадобилась помощь автомобильных конструкторов.

«Сначала я думал, что это подделка или чей-то глупый розыгрыш, — пояснил де Верагоса. — Но потом мы провели все положенные экспертизы, радиодатировку, связались с несколькими университетами — нет, все правильно, солютрейская культура, примерно XXV-XXI тысячелетия до н.э. Конечно, палеолитическая наскальная живопись этого периода вообще довольно далека от реализма, так что мы не стали обращать на это особого внимания. Но в нынешнем году мы добрались до завала, ведущего в соседнюю пещеру, а там…»

Взглянув на хорошо сохранившийся скелет, профессор Людо не поверил своим глазам: конечности существа вместо пальцев или копыт заканчивались массивными костяными колесами. Единичная мутация?

Но скелет оказался только «первой ласточкой» — чуть позже в той же пещере палеонтологи нашли еще пять скелетов таких же животных различной степени сохранности. И у всех конечности заканчивались точно такими же костяными наростами. Может быть, наросты представляют собой предметы материальной культуры позднего палеолита — обработанные каменными резцами кости? Но и эту идею пришлось отмести: при тщательном рассмотрении оказалось, что почти идеально круглые наросты представляют собой чисто природные образования, которых не касалась рука человека — никаких следов инструментов не было найдено. А уже позднее палеонтологи под руководством Пола Людо смогли частично реконструировать удивительное животное, подтверждающее приоритет природы в изо-бретении колеса.

По-видимому, «колесные» кабаны Sus ludus rotalis жили в пещерах небольшими семьями — по крайней мере, именно об этом свидетельствует найденное в пещере Пехта захоронение. Вход в пещеру завалило и наглухо закупорило, отрезав от окружающего мира шесть животных (в том числе двух детенышей). Пещера Пехта расположена на высоте около 1000 метров над уровнем моря, к ней ведет длинный и относительно пологий склон, покрытый редкой растительностью, которая не позволяет укрыться в засаде в ожидании добычи. Именно такие природные условия Пиренеев и послужили толчком к столь странному техническому решению эволюции — сделать охотников быстрыми не за счет длинных ног (плохо подходит для обитателей гор), а за счет колес. Из шести скелетов, найденных в пещере, два отличались высокой степенью сохранности, а кости остальных были перемешаны и носят следы зубов (по-видимому, они были съедены двумя самыми сильными особями, которые позднее задохнулись от недостатка воздуха).

Резина и силика — главные компоненты автопокрышки

Пневматическая автомобильная шина — высокотехнологичная конструкция, способная удерживать воздух под давлением. Благодаря изобретению Чарльза Гудьира, сегодняшняя авторезина представляет собой смесь натурального и искусственного каучука, сажи, серы, кремниевых и синтетических соединений. Все эти компоненты на производстве проходят через миксер, в результате получается полотно сырой резины.

Силика — еще один материал, применяемый в современном производстве. Эта кислота, улучшающая эластичность и сцепные характеристики резины была открыта еще в 50-е годы прошлого столетия. Процесс развития технологии добавления силики в смесь на шинных производствах запущен сравнительно недавно. Это объясняется дороговизной материала и необходимостью использования спецоборудования для ее смешения с резиной.

Первые повозки и колесницы

Самые первые транспортные средства были тяжелы и неповоротливы. Одновременно с изобретением повозки для грузов появились колесницы для перевозки людей. Они были четырехколесные, с двумя неподвижными осями, прикрепленными к корпусу. Только через две тысячи лет вместе с усовершенствованием и облегчением общей конструкции оси колесниц стали делать подвижными, что значительно увеличило скорость передвижения и маневренность.

В египетской культуре 15-го века до н.э. появились облегченные колесницы, которые использовали как боевые, гоночные, военно-транспортные. Для большей устойчивости при повороте оси сделали выступающими по обоим сторонам кузова. Обод и спицы изготавливали из дерева и обтягивали полосками свежей кожи, при высыхании которой получалось прочно скрепленная конструкция.

Прошло еще три тысячелетия прежде, чем появился первый автомобиль, одним из главных элементов которого все также является колесо.