Беседа о колесе
Шрифт:
Не нужно думать, что это первобытное изобретение с течением времени устарело. Его применяли и тогда, когда развился рабовладельческий строй. Огромные камни для пирамид и дворцов рабы передвигали с помощью первобытных катков на значительные расстояния к месту постройки. На рис. 1 изображено изваянное из камня украшение одной из стен дворца ассирийского царя Сенахериба.
Рис. 1. Перевозка на катках крылатого каменного быка в древней Ассирии.
Мы видим, как крылатого быка тянут на насыпь, подкладывая катки под деревянный помост, на котором он стоит.
Катки остались в качестве вспомогательных орудий и в наше время, но применяются они лишь тогда, когда требуется
Повозка была сделана, несомненно, на много тысячелетий позднее, чем изобретен каток: сама надобность в повозке могла возникнуть только тогда, когда имелось что перевозить и приходилось передвигать грузы на сравнительно большие расстояния. У первобытных охотников еще не было потребности в усовершенствовании транспортных средств. Их имущество было столь несложно и мало, что, при перемене места охоты, они либо могли взять его с собой, либо же бросить без особого сожаления. Когда же добыча оказывалась обильной и ее нельзя было унести на собственных плечах или приволочь на примитивных волокушах, охотники предпочитали сами переселяться к месту добычи. Только после перехода к скотоводству и земледелию, когда систематические переселения стали необходимы для смены пастбищ, а домашний инвентарь был уже более сложным, — только тогда потребовались специальные приспособления для перевозки грузов и была использована тягловая сила животных. Примитивная волокуша в это время начала заменяться повозкой.
Но колесные повозки возникли далеко не сразу. Не везде имелись условия, благоприятствовавшие их появлению. Колесные повозки не могли возникнуть ни в лесу, ни в горах, где из-за бездорожья все равно нельзя было бы их использовать, ни в песчаных полупустынных степях, ни в болотистых тундрах, где летом колеса увязали бы во мху и песке, а зимою— в снегу. Первые колесные повозки должны были появиться там, где почва благоприятствовала их применению, где оказывался строительный материал для их изготовления. Эти условия имелись в травянистых степях, где почва ровная и твердая, а по лощинам росли деревья.
Повозки можно рассматривать как усовершенствование первобытного катка. Если вначале подкладывали катки непосредственно под перетаскиваемый предмет, например под бревно, то с течением времени стали делать помост с полозьями или лежнями по краям, на который клали груз; катки же подводились под лежни помоста так, что они выступали из-под него. При этом приходилось все время подкладывать катки спереди и подбирать их позади помоста, что сильно замедляло передвижение.
У древних «изобретателей» должна была возникнуть мысль: нельзя ли обойтись одним катком, не дав ему выскальзывать из-под помоста? Два сучка на крайних брусьях-лежнях помоста прекрасно решали эту задачу. Так был изобретен первобытный подшипник. Однако новое удобство повело и к некоторому ухудшению: повозка стала тяжелее на ходу. Объясняется это очень просто: раньше обычно ни каток не скользил по земле, ни лежни по катку. Если же каток не мог выходить из-под помоста, то он перекатывался только по земле и скользил по лежням. В том месте, где каток соприкасался с лежнями помоста, и каток и лежни истирались, на них появлялись желобки. Трущиеся части нагревались; от нагрева и от стирания на поверхности дерева появлялась смола, образуя смазку, что уменьшало силу трения. Как только образовывалась «шейка», ход повозки становился легче, т. е. перевозка одного и того же груза требовала меньше усилий. Происходит это вследствие того, что «путь» трущейся о лежни части катка при каждом обороте становится меньше во столько же раз, во сколько поперечник шейки меньше поперечника необтертой части катка. Сила же трения, как известно, не зависит от величины трущихся поверхностей. Таким образом, сила оставалась постоянной, а «путь» уменьшался. Поэтому работа, измеряемая произведением силы на путь, становилась меньше. (В данном случае, под путем надо понимать не перемещение самой повозки, а перемещение трущейся части катка относительно «неподвижных» лежней).
Со временем стали умышленно обрабатывать каток, например посредством обжигания, таким образом, чтобы вся средняя его часть была тоньше, а боковые оставались неизменными. Каток расчленился: середина его образовала «ось», а боковые части — «колеса». Получилось то, что в настоящее время называется «скат».
Позднее отдельно стали изготовлять ось и колеса. Однако колеса наглухо насаживались на ось. Пример такого ската можно обнаружить на изображении древнеримской военной повозки, где видны прямоугольные концы осей (рис. 2).
Рис. 2. Древнеримская военная повозка с колесами, наглухо насаженными на ось (скат).
Это примитивное устройство сохранилось в крестьянской телеге, заснятой в 90-х годах прошлого столетия. На рис. 3 ясно видно, что ось этой телеги вращается одновременно с колесами.
Рис. 3. Скат в русской крестьянской телеге конца XIX в.
Смазку оси стали тоже производить искусственно, применяя для этого выкуренную смолу — деготь.
Не следует думать, однако, что в отличие от обычных колес скат (глухая насадка колес на ось) — технически плохое решение вопроса. Наоборот, скат имеет даже немаловажные преимущества перед обычным колесом, насаженным на неподвижную ось: он проще в изготовлении и прочнее. Поэтому его и сейчас применяют во всех современных паровозах и железнодорожных вагонах (рис. 4).
Рис. 4. Современные скаты железнодорожных вагонов и паровозов.
Единственное его неудобство обнаруживается только при крутых поворотах, когда одно из колес должно пройти более длинный путь по сравнению со вторым. Второе же колесо должно при этом не катиться, а скользить. На железной дороге, где повороты плавные, это почти незаметно, но уже у трамвая скольжение на повороте нередко дает о себе знать скрипом и быстрым износом рельс. У телег с деревянными осями и колесами в таком случае возможны поломки. Поэтому крупным шагом вперед в развитии техники передвижения было изобретение колес со ступицей, насаживающихся на неподвижную ось. В этом случае оба колеса вращаются независимо одно от другого, и при поворотах не возникает скольжения. Однако изготовление такого колеса много труднее и требует применения более совершенных инструментов. Кроме того, сплошные колеса подобного типа весьма тяжелы. С течением времени их сменили колеса со спицами, сначала весьма грубые, затем изящные (рис. 5).
Рис. 5. Изготовление колес со спицами в XVIII в. (со старинного рисунка).
В дальнейшем появились металлические оси и металлические колеса.
Промышленная революция в Западной Европе в конце XVIII в., появление крупного машинного производства, вызвала коренные преобразования в средствах сношения и транспорта. Необходимость улучшения способов доставки руды и топлива способствовала изобретению рельсовых путей. Катящиеся по рельсам колеса были снабжены выступами на ободе (ребордами). Перевозка промышленных грузов стала производиться конной тягой на рельсовых путях.
В середине XVIII в. впервые было сделано изобретение, правда долго не применявшееся, позволившее коренным образом улучшить использование вращательного движения в технике. Дело в том, что и при колесе, неподвижно насаженном на ось, и при колесе со ступицей, вращающемся на неподвижной оси, все же остается трение скольжения, которого нет при самых простых катках. Идея нового изобретения состояла в том, чтобы уничтожить трение скольжения, поместив между осью и ступицей колеса ряд катков либо цилиндрической формы, либо в виде шариков. Это позволило уменьшить трение во втулке оси в шесть-семь раз по сравнению с хорошо смазанным обычным колесом. Такое улучшение особенно пригодилось, когда стали строить повозки, передвигаемые с помощью приложения человеческой силы, — велосипеды и самодвижущиеся повозки — автомобили. В наше время шариковые подшипники устанавливаются почти везде, где есть вращающиеся части машин.
Новейшее улучшение колесных повозок — это применение резиновых шин. Уже давно обод колеса для увеличения прочности стали стягивать железным кольцом — шиной, его надевали на готовое колесо в нагретом виде. При остывании железная шина стягивалась и прочно охватывала деревянный обод колеса. При быстрой езде по каменной дороге такое колесо создавало шум и вызывало сильную тряску. Когда научились обрабатывать резину, поверх железного обода стали накладывать еще резиновый. Это сразу избавило повозку от стука и в значительной мере уменьшило тряску.