Колесо - двигатель прогресса

Содержание

1 Введение
2 Основная часть
3 Заключение
4 Список литературы
5 Интернет ресурсы
6 Приложения

Введение

В соответствии с Указом Президента от 22 апреля 2013 года № 375 «О проведении в Российской Федерации Года культуры» наступивший 2014-й год объявлен в стране Годом культуры. Так же 2014 год по предложению губернатора ХМАО – Югры Натальи Комаровой объявлен годом всеобщего математического просвещения. Именно поэтому, эта тема вызвала у нас особый интерес.

В наш бурный 21 век мы редко задумываемся над тем, что значит часто звучащее слово – изобретение. В наше время одним из самых удивительных, аспектов изобретений является беспрестанно увеличивающаяся скорость, с которой новые идеи и новые технологии внедряются в практику, новшества устаревают так быстро, что о многих из них мы забываем, едва успев к ним привыкнуть. Но есть изобретения, которые не устареют никогда. К ним относится самое обычное, известное всем с раннего детства колесо. А ведь оно признано во всем мире одним из самых старых и самых важных изобретений человечества.

Это так же было подтверждено исследованием, проведенным в России в 2011 году. Темой опроса стало «самое полезное изобретение». В опросе, проведенном по заказу с 5 по 9 ноября, участвовали 3000 человек со всех федеральных округов страны. Согласно данным исследовательского центра портала Superjob.ru по результатам опроса за колесо проголосовало около 21% участников.

Повозка, гончарный круг, мельница, водяное колесо и блок — вот далеко не полный перечень устройств, в основе которых лежит колесо. Колесо заставило историю сдвинуться с мертвой точки и развиваться во много раз быстрее.

Актуальность: каждодневно появляется множество изобретений, которые спустя небольшое время тут же заменяются другими, теряя свою актуальность. Но изучение колеса остается актуальным и по сей день. Ведь обобщив полученный за тысячи лет опыт, человек, сумел бы изобрести нечто новое или усовершенствовать конструкцию привычной для нас вещи, работа которой основана на колесе. Именно поэтому, мне кажется важным, привлечь внимание людей к колесу и его роли в разных сферах деятельности человека.

Цель: изучить значение колеса, его влияние на жизнь общества.

Задачи:

1. Познакомиться с историей создания и развития колеса.

2. Изучить строение колес различных исторических времен.

3. Выяснить, какое применение колесо нашло в ремесле, транспорте, науке и технике, повседневной жизни человека.

Объект исследования: колесо.

Мы выдвигаем гипотезу: колесо действительно не только стало одним из величайших изобретений человечества и сыграло большую роль в истории, но и продолжает занимать важное место в жизни современного человека и помогает совершать еще множество изменений в ней.

Методы исследования: поисковый, исследования публицистических и научных источников, работа с литературой, анализ, обобщение.

Анализ литературы: в основном при работе над проектом использовались энциклопедии для школьников среднего возраста, в которых содержатся статьи по всем отраслям знаний и наук. А так же различные толковые словари и учебник физики, из которого брались описания принципа работы некоторых механизмов, основанных на колесе.

Основная часть

Изобретение колеса

Колесо сыграло в истории огромную роль. В своей жизни человек не смог бы обойтись без него.

Изобретение колеса - это одно из величайших открытий в истории человечества. Пожалуй, трудно найти другое открытие, которое дало бы такой мощный толчок развитию техники. Что же такое колесо?

Колесо - плоский круг, обращающийся на оси. (Толковый словарь живого великорусского языка В. Даля).

Колесо - диск или обод со спицами, вращающийся на оси. (Большой Энциклопедический словарь).

Колесо - 1. Круг со спицами или сплошной, насаживаемый на ось повозки и посредством вращения ее на втулке передвигающий повозку. 2. Такого же рода предмет, служащий в различных машинах и механизмах для передачи или регулирования движения (тех.). (Толковый словарь русского языка Д.Н.Ушакова).

Колесо – круг, вращающийся на оси и служащий для приведения в движение повозки или механизма. (Словарь русского языка С.И. Ожегова).

Всё началось с колеса. Оно известно примерно с середины 4 тыс. до н. э. (Месопотамия). До этого человек знал, кроме пешего хождения и хождения по морю, еще два вида передвижения — верховую езду и перемещение тяжестей на волокушах из шестов, веток или шкур.

Любопытно, что изобрели колесо вовсе не для того, чтобы быстрее передвигаться. Пока древние люди вели кочевой образ жизни, они весь свой нехитрый скарб носили с собой. А вот когда они осели на одном месте, тогда им понадобилось колесо. Оседлый человек стал засевать поля, разводить скот, строить большие поселения, а потом и города, началась торговля камнем, лесом, зерном. При этом людям приходилось перемещать огромные тяжести на большие расстояния. И идея колеса не могла не родиться.

Возможно, что конструкцию колеса подсказали людям покатившийся моток шерсти, или веретено, но вернее всего — брёвна-катки, с помощью которых перемещали каменные блоки пирамид и прочие тяжелые грузы.

Постоянно имея дело с поваленными деревьями и брёвнами, человек обнаружил, что они могут кататься. Оказывается, что само бревно, которое он с товарищами едва мог перенести на несколько метров, могло катиться само, если, конечно, его толкнуть. Но чтобы, это сделать, нужно было приложить огромное усилие. Тогда кроманьонцы изобрели рычаг: подложили толстую длинную палку под бревно, нажали, и бревно покатилось. Потом догадались на катящиеся бревна наискосок положить другое бревно - они покатили и его. Значит, транспортируемые брёвна уже сами могли быть «транспортом».

И все же этот метод оказался очень неудобным. Ближайшие к рычагам брёвна все время падали. Нужно было их как-то зафиксировать. Ученые не могут точно доказать, что натолкнуло человека на эту идею, но когда он реализовал ее, то получилась первая повозка, грубая, неказистая. Однако она могла катиться лишь по ровной поверхности. Любой камень, оказавшийся на пути, мог разрушить ее. Тогда, прочно скрепили десяток брёвен между собой, внизу прикрепили еще по две пары гладко отесанных брёвен, а между ними поместили третье - гладкое. И получился первый каток, он прекрасно двигался. Это был прообраз колеса. (см.Приложение 1)

Многие учёные и археологи, например, археолог Алексей Резепкин, стараются доказать, что колесо было изобретено в Европе. Свою теорию они объясняют трудностями путей в долинах, а также постоянной добычей леса – именно это, считают они, могло бы послужить прекрасной подоплекой изобретению колеса как части транспорта. Хронологические заметки о колесном транспорте в Европе говорят о том, что здесь он появился не позднее четвертого тысячелетия до нашей эры. Благодаря кочевникам и миграциям колесо узнали в районе Каспийского и Черного моря, а уже оттуда оно попало в Месопотамию в конце четвертого тысячелетия. Это служит объяснением тому факту, что на Ближнем Востоке не было найдено ни одного следа развития колесного транспорта, хотя присутствуют несколько абсолютно несхожих видов.

Хоть они и не изобрели колеса, но ольмеки и представители других культур западного полушария приблизились к нему. При раскопках были найдены колесообразные камни, служившие, по всей видимости, детскими игрушками, и датируемые 1500 годом до н.э. Таким образом, изобретение колеса попадает на период позднего неолита и должно рассматриваться с другими технологическими преимуществами, которые обеспечили расцвет человечества в начале Бронзового века. Быстро катясь по свету, колесо почти одновременно с Месопотамией попадает на север. Древние захоронения с повозкой найдены у Элисты в Калмыкии. А дальше, в степи, ему уже нет границ: следующее древнейшее колесо нашли в селе Герасимовка Оренбургской области. Повозка едет на восток через степи Азии от одних племен к другим (слово «телега» - монгольского происхождения). Это фиксируют наскальные рисунки южной Сибири. Кочевники-скотоводы делают большие крытые повозки - дома на колесах.

В Китае колесо, как составляющая колесницы, появилось в 1200 году до н.э., но некоторые ученые оспаривают этот факт и относят конные повозки еще к 2000 году до н.э. Возможно ли параллельное изобретение колеса в Азии или своеобразный «прыжок» через Гималайский хребет – до сих пор остается открытым вопросом.

Слова «коло» и «рото» - колесо - были в индоевропейском, общем предке германских, славянских, романских, иранских языков... Значит, они возникли на прародине индоариев - в восточной Турции и северном Ираке в III тысячелетии до н. э.

Но есть и другая теория изобретения колеса. Горшки - неказистые и кособокие - люди лепили еще за 6000 лет до н. э. Но появился гончарный круг - и вид посуды резко улучшился. А гончарный круг - это колесо, положенное набок.(см.Приложение 2) Кто заимствовал идею, возница у гончара или наоборот? Наверное, это мы не узнаем никогда.

Роль колеса в транспорте, ремесле, науке и технике

В транспорте

Колесный транспорт развивался по мере того, как налаживались связи между народами.

Первые колеса для повозок делались сплошными, их отрезали от бревен или сшивали из нескольких досок и затем обрезали по кругу. Для такой обработки дерева требовались пилы и другие инструменты развитого общества, знакомого с металлом и изделиями из него. Существуют археологические свидетельства того, что Месопотамия была тем очагом цивилизации, где обработка металла впервые достигла уровня развития, при котором возможно производство колесных повозок.

У первых прототипов современной повозки колеса в виде сплошного диска наглухо крепились к оси, которая вращается в направляющих. Кузов у такой повозки появился позже. (см.Приложение 3) Древнейшие двухколесные и четырехколесные повозки, создание которых относят к 3500 до н.э., были найдены в Месопотамии – там, где некогда стоял город Киш. Их обнаружили вместе со скелетами впряженных волов и ослов.

Сложность устройства колес и кузовов этих экипажей свидетельствует о длительном периоде совершенствования их конструкции. К концу Бронзового века повозки со свободно вращающимися на оси колесами «докатились» до Скандинавии и северных областей Китая.

Четырехколесную повозку построили несколько позже двухколесной, потому что проблема поворотов двухосного экипажа оказалась непростой. Поначалу задок повозки заносили вручную, потом стали делать свободные передние колеса, а еще позже появилась поворотная передняя ось.

Чтобы получить ощутимую выгоду от транспортных средств, необходимо было строить дороги. Поначалу гужевые перевозки осуществлялись между полем и поселением. Дорог, по которым можно было бы ездить и зимой, в Северной Европе не было вплоть до последних столетий, поэтому в течение многих веков колесные повозки были распространены лишь на юге континента.

Первые экипажи имели жесткие оси, затем появилась упругая подвеска на гибких деревянных планках, а позднее на кожаных ремнях. Для быстрых коротких переездов потребовались небольшие облегченные экипажи.(см.Приложение 4) Появились новые виды транспорта: кэбы, трамваи, омнибусы, которые также не могли обойтись без колес.

В 60-х годах 19-ого века стали популярными велосипеды с педальным приводом. Конструкция велосипедов совершенствуется, и по многим причинам велосипеды становятся все более популярными в 21 веке.

Мотоциклы, появившиеся раньше автомобиля, тоже не могут обойтись без колес.

С изобретением двигателя внутреннего сгорания, около 100 лет назад, началась очередная страница в жизни колеса. В жизни человека появился автомобиль, и началась бесконечная модификация автомобильного колеса.

Вообще говоря, невозможно в маленькой работе упомянуть о всех видах транспортных средств и военной техники, где важнейшей частью конструкции является колесо.

В ремесле

Гончарное колесо

Для изготовления глиняной посуды используется специальный механизм – гончарное колесо. Колесо может также использоваться во время процесса сокращения лишних деталей из высушенных изделий и для того, чтобы применить выгравированное художественное оформление или цветные кольца на сосуды. Использование гончарного колеса стало широко распространенным всюду по Старому Свету, но было неизвестно в Новом Мире в Доколумбовскую эпоху, где глиняная посуда производилась в ручную.

Множество ранней керамики было сделано в ручную, используя простую технику намотки, в которой тело из глины катили в длинные нити, которые затем зажимались, чтобы сформировать тело сосуда. Такая методика изменилась с введением быстрого колеса, ранние формы которого требовали затрат энергии во вращающейся массе тяжелого каменного колеса непосредственно.

Не известно, когда гончарное колесо вошло в употребление, но предполагается, что появление гончарного круга датируется между приблизительно 6 000 годами до н.э. и приблизительно 2 400 годам до н.э. Много современных ученых предполагают, что оно было сначала развито в Месопотамии, хотя Египет и Китай также вполне могли быть возможными местами происхождения колеса. Каменное гончарное колесо, найденное в месопотамском городе Уре в современном Ираке, было датировано приблизительно 3 000 годом до н.э., но фрагменты созданной на колесе глиняной посуды датируются еще более ранними датами в той же области.

В Железный век гончарное колесо имело поворачивающуюся платформу приблизительно метр выше пола, связанную длинной осью с тяжелым маховым колесом на уровне земли. Эта возможность позволила гончару держать колесо превращения, вращающимся, пиная маховое колесо ногой, оставляя обе руки свободными для того, чтобы управлять сосудом на стадии создания.

Прялка

Прялка, которую завезли в Европу в Средние века, ровесница, вероятно, Железного века (около 1000 до н.э.). Полагают, что изобрели ее в Индии или в другом районе Азии. Прялка, в которой использовалось колесо, называлась самопрялкой. (см.Приложение 5).

Состояла первая самопрялка из доски с установленной на ней цилиндром с горизонтально закрепленным веретеном. Рукой поворачивается колесо и через ремень вращение передаётся веретену. Левой рукой подаются волокна к острому концу веретена, правой — прокручивается колесо.

Использование колеса в этом изобретении и его усовершенствование (позднее к колесу стала присоединяться педаль, нажатие которой приводило колесо в движение) ускорили процесс получения пряжи.

В науке и технике

Водяные колеса и жернова

Для подъёма воды в оросительные каналы служили водяные колёса (первые простейшие гидравлические двигатели), использующие ее энергию. Первые водяные колеса начали применяться более чем за 3000 лет до н.э. в Египте, Китае, Индии и других странах.(см.Приложение 6) Сведения об их использовании приводятся в таких древних источниках, как «География» Страбона (63 г. до н.э. – 24 г. н.э.) в семнадцати книгах, «Десять книг об архитектуре» Витрувия.

Древние греки поняли, что вращающееся водяное колесо может не только поднимать воду, но и совершать другую полезную работу, если его ось соединить с каким-нибудь механизмом. От этой догадки оставался лишь шаг до изобретения водяной мельницы. И этот шаг был сделан. В Древней Греции и Риме водяные колеса уже использовались для вращения мельничных жерновов.

В те времена простое устройство водяной мельницы представлялось настоящим чудом, сродни «самостоятельно» открывавшимся дверям храмов и «беспричинному» появлению огня на жертвенном очаге. Но там эти действия, казалось, производили сами боги, а здесь, на водяной мельнице, самая простая и привычная земная работа – размол зерна – осуществлялась как бы сама собой, без монотонного и тяжелого труда рабынь, растирающих зерно между камнями.

Для приведения в движение водяных колес использовалась также сила прилива. Приливные мельницы появились в ХI в. на побережье Адриатического моря, а также в Англии и Франции. Так, в Англии в устье р.Дебен до сих пор работает мельница, первое упоминание о которой имеется в записях Вудбриджского прихода в 1170 г.

Именно в средние века основным энергетическим источником во всех видах производства становится энергия воды. Привычными стали машины, которые при помощи энергии воды точили металлы, ткали полотно, пилили доски и волочили проволоку.

На рудниках главной заботой была проблема водоотлива. Одним из первых приспособлений для откачки воды на рудниках была водоотливная машина с черпаками, установленная в 1535 г. на руднике Виндельман и работавшая от водяного колеса.

Постепенно конструкция водяного колеса совершенствуется, и оно становится основным двигателем в мануфактурном производстве, превращаясь в гидравлический двигатель, преобразующий энергию воды в механическую энергию, например, вращающегося вала.

Блок

Колесо так же нашло свое применение в физике в виде блока.

Блок представляет собой колесо с желобом, укрепленное в обойме. По желобу блока пропускают веревку, трос или цепь. (см. Приложение 7) Один блок — это, по сути дела, обыкновенный равноплечий рычаг с опорой в центре. Он не дает никакого облегчения в работе. Он только изменяет направление движения, что во многих случаях тоже имеет большое значение.

Системы блоков широко распространены и используются для перемещения с выигрышем в силе. Усилие человека, поднимающего груз, умножается серией из нескольких блоков, так что появляется возможность в ручную поднять более тяжелые грузы.

Колесо в повседневной жизни

«Изобретение колеса качественно изменило наше представление о жизни. Мы ощутили себя творцами и перестали воспринимать природу как данность. Мы старались противостоять ей , бороться с ее проявлениями, изменяя окружающий мир так, чтобы он служил нам. На сегодня можно сказать, что мы во многом преуспели. Мы победили» - так выразил свое отношение к роли колеса в жизни человека профессор Джорджтаунского университета Дэниел Робинсон. А правда ли колесо так часто встречается в нашей жизни? Задумайтесь на минуту. Ведь мы существуем благодаря колесу и во многом обязаны этому изобретению. Оно так привычно вошло в нашу жизнь, что мы его даже не замечаем.

Некоторые примеры мы уже рассмотрели, но колесо встречается в нашей жизни гораздо чаще. Колесо, круг и ему подобные являются основой очень многих механических вещей.

Представьте на секунду, что колесо никогда не было изобретено.

Теперь можете выкинуть из своей жизни машину, велосипед, самолёт, водокачку многое другое. Так же и часы и всё, что основано на шестерёнках. И телегу. Люди бы никогда не пахали поля, не ездили, тем более не летали в самолётах и почем транспорте. не видели часов кроме песочных и солнечных. Ни что бы не существовало, т.к. все механизмы устроены на передаточном числе, шестерёнках и прочих винтиках. обратите внимание, что и винтики Архимед придумал от колеса от круга. Не было бы так же и кораблей, ведь поворачивая штурвал, передача идёт через шестерёнки и на руль.

Так же и не существовало бы и других механизмов, или они были бы изобретены гораздо позже. Ведь Архимед изобрел винты, отталкиваясь от колеса и круга. А какое современное изобретение можно представить без винтов?

Заключение

Колесо можно считать великим изобретением всего человечества. В своей работе мы показали, как со временем менялась конструкция самого колеса. Сейчас трудно дать только одно строгое определение колесу, т.к. очень много их различных конструкций, которые применяются только в различных видах транспорта. Конечно, в такой маленькой работе рассмотреть все механизмы, где применяются различные типы колес, невозможно.

В историческом плане изобретение колеса оказало значительное влияние на нашу цивилизацию. Развитие цивилизации Древнего Египта и Месопотамии, например, историки напрямую связывают с изобретением письменности и колеса. Водяные колеса, деревянные зубчатые передачи, блоки были известны с древних времен. Позже стал развиваться колесный транспорт с бычьей тягой, который постепенно совершенствовался и распространялся в Средиземноморье, Европу и Китай.

В результате нам удалось доказать, что колесо действительно можно назвать великим изобретением, сыгравшим колоссальноевлияние на историческое развитие всего человечества.