Pyörä on liikkuva väline , vapaasti pyörivä tai pyörivälle akselille kiinnitetty kiekko , joka antaa sille asetetun rungon rullata eikä liukua. Sitä käytetään laajalti tavaroiden kuljettamiseen , sitä käytetään laajalti erilaisissa mekanismeissa ja työkaluissa.
Sana "pyörä" tulee yleisestä slaavilaisesta *kolo ( suku s. *kolese) ja juontaa edelleen takaisin proto-indoeurooppalaiseen juureen *kʷel-, jonka merkitys on "pyörtyä, kääntyä ympäri" [1] [2] . Proto-indoeurooppalaisen kielen puhujat eivät lainanneet nimeä, vaan keksivät omansa nimeämään pyörän, minkä vuoksi indoeurooppalaisten kansojen kielissä, jotka ovat maantieteellisesti kaukana toisistaan, ovat pyörän nimitys on sama [3] .
Sanasta "pyörä" muodostuu sana " vaunut ".
Hans J. Holm (2019) osoittaa edustavassa kokoelmassa vanhimpia pyörälöytöjä, että pyöräteknologian kehitys on tapahtunut vuosisatojen ajan yksinkertaisimmista lelumalleista alkaen. [4] . Esimerkiksi vuonna 1981 romanialainen arkeologi M. Dinu raportoi, että Cucutenin siirtokunnissa löydettiin savipyöriä lelukärryistä, jotka hän ajoitti suunnilleen 5. vuosituhannen eKr. toiselle puoliskolle. Tsyushenskayan kammiohaudassa ( Wartbergin kulttuuri ) megaliittisen laatan päällä 4. vuosituhannen puolivälissä eKr. e. löydettiin kaiverruksia, jotka kuvaavat kaavamaisesti vaunuun valjastettuja härkiä [5] .
Puolalaisen Bronochice keraaminen ruukku, jossa on kaavamainen esitys kärryistä, joissa on valjastettu härkä, kuuluu suppilomaisten pikarien kulttuuriin ja juontaa juurensa 3635-3370 eKr . [6] .
Seuraavat pyörämallit löysivät arkeologit A.D. Rezepkin Maikop-kulttuurin hautauksista (Phagugape, Pshikuykhabl, Chishkho [5] ) Pohjois-Kaukasuksella ja A.V. Kondrashov Novosvobodnenskajan kulttuurin hautaamisesta Krasnodarin alueella (keski-4. vuosituhannen). e.) [7] [5] .
Sloveniasta Ljubljanan barjesta löydettiin tuhkasta valmistettu pyörä, jonka halkaisija oli 72 cm ja joka on yli viisi tuhatta vuotta vanha (3350-3100 eKr.) [8] . Savista valmistettuja nelipyöräisten kärryjen malleja on löydetty kahdesta myöhään Badenin kulttuurin hautauksesta Budakalašista ja Szigetszentmartonista (Itä-Unkarista), jotka ovat peräisin vuosilta 3300-3100 eKr. e. Sveitsissä Pressehausissa sijaitsevalta Horgenin kulttuuriasutukselta löydettiin pyörä, jossa oli neliömäinen reikä akselin kiinnitystä varten ja joka pyöri pyörien mukana. Sen on päivätty dendrokronologiassa vuoteen 3200 eaa. e. Toisin kuin Sveitsin ja Saksan löydökset, arojen alueella sekä Hollannissa ja Tanskassa pyörien reiät olivat pyöreitä, akseli oli kiinnitetty kärryn runkoon, mikä tarkoittaa, että syntyi erilaisia eurooppalaisia kärryjen valmistusperinteitä. jo ennen vuotta 3200 eKr. e.
Arovyöhykkeellä lännessä Tonavasta idässä Manych-joen yläjuoksulle on noin 160 Yamnaya-kulttuurin hautaa, joissa on pyörillä varustettujen ajoneuvojen (pyörät, vaunut) jäänteitä sekä niiden savimalleja. ja piirustusten jäännökset. Vanhimmat löydöt on ajoitettu kalibroidussa mittakaavassa XXXII vuosisadalle eKr. e. [9]
Seuraavat viittaukset pyörään löytyvät muinaisesta Mesopotamiasta (kuva vaunusta Uruk-5 :ssä [5] ) 4. vuosituhannen lopulla eKr. e.
Siten yhä useammat aineelliset todisteet puhuvat sen tosiasian puolesta, että "erittäin ensimmäinen" pyörä ei ilmestynyt Lähi-itään, kuten aiemmin uskottiin, vaan Eurooppaan [10] .
Dmitrovskin kukkulalta nro 6 Zaporozhyen alueella (Ukraina), hautakammion sisäänkäynnin luota, löydettiin katakombikulttuurin puinen vaunu, jossa oli täysin säilynyt pyörä, 5 tuhatta vuotta vanha [11] [12] .
Kaksipyöräinen kärry , jonka halkaisija on säilynyt 0,6 m, tunnetaan katakombihautauksesta "Tyagunova Mogila" (noin 5 000 vuotta sitten) Zaporizhian kylässä Maryevkassa [13] . Jamnaja-kulttuurin Vartiotornin haudasta Dneprin lähellä (III vuosituhat eKr.) peräisin olevan kaksipyöräisen puukärryn molemmat pyörät tehtiin massiivisesta puukappaleesta, joka oli leikattu pituussuunnassa ja jossa oli pyöreät reiät akselille ja paksut navat [14] .
Aiemmin tunnettu puinen luistinrata , joka oli sijoitettu kuljetetun kuorman alle, voidaan pitää pyörän edeltäjänä. Aluksi pyörä oli puinen kiekko, joka oli asennettu akselille ja kiinnitetty kiilalla . Kuvia pyörällisestä reestä (3000 eKr . ) löydettiin Mesopotamiassa sumerilaiselta Urukin kaupungista . Vuoteen 2700 eaa. e. siellä on myös piirustuksia vaunuista . Samaan aikaan sumerit alkavat haudata kuninkaansa vaunuineen . Nämä hautaukset löydettiin Kishistä , Urista , Elamilaisen Susan kaupungista .
Rostovin alueella sijaitsevan Länsi-Manychin katakombikulttuurin Ulan IV:n hautauskompleksista valmistettiin nelipyöräinen vaunu 23. vuosisadalla eKr . [15] . D. Anthony ja Vinogradov (1995) ajoittivat klassisen tyyppisen vaunun Sintashta-kulttuurin hautaamiseen Crooked Laken alueella ( Tšeljabinskin alue ) vuoteen 2026 eKr. e.
II vuosituhannella eKr . e. , pyörän muotoilua parannetaan: Etelä-Uralilla , Vähä- Aasiassa , ilmestyy pyörä, jossa on pinnat - napalla ja taivutetulla vanteella [16] . Myöhemmin, ensimmäisellä vuosituhannella eKr. e. Keltit alkoivat käyttää metallivannetta lisätäkseen vaunujensa pyörien lujuutta , mikä teollisella aikakaudella useimmissa ajoneuvoissa korvattiin kumirenkailla iskunvaimennusta varten [17] .
Huolimatta siitä, että pyörää pidetään tuntemattomana esikolumbiaanisen Amerikan sivilisaatioiden keskuudessa , jotkut kansat, kuten inkat , olivat lähellä sen löytämistä. Jäähallin tunnusomaisten laitteiden - lieriömäisen massiivinen runko maaperän tiivistämiseen - rakentamiseen osoittaa pyörän käytön hylkäämistä kuljetuksessa eikä pyörän periaatteen löytämisen puuttumista. Jotkut kulttuurit (esimerkiksi olmekit ) tekivät keraamisia ja puisia eläinhahmoja pyörillä - ehkä ne suorittivat rituaalitoimintoja tai ehkä ne olivat vain leluja. Tämän perusteella voidaan olettaa, että ensimmäinen pyörä ilmestyi leluksi .
Myöskään Australian ja Etelä- Afrikan alkuperäiskansat eivät tunteneet pyöriä ennen eurooppalaisten saapumista .
Pyörän keksiminen vaikutti monien käsitöiden kehittymiseen . Pyörää käytettiin savenvalajan pyörässä , myllyssä , kehruupyörässä , sorvissa . Kastelulaitoksissa , manufaktuureissa , kaivoksissa jne. käytettiin vesipyöriä .
Pyörän keksintö antoi sysäyksen tieteen kehitykselle yleensä. Joten sitä käytetään astrolabissa ja muissa tieteellisissä instrumenteissa. Mekaniikassa hammaspyörää käytetään laajalti .
Pyörän merkitys talouselämässä heijastui sen metaforisessa jumaloitumisessa "ikuisen paluun", reinkarnaation jne. muodossa. Eri kulttuureissa pyörä on auringon liikkeen symboli , buddhalaisuudessa se symboloi lakia ja Dharman totuus, symmetria ja täydellisyys , rauhanomaiset muutokset. Siivekäs pyörä liittyy nopeuteen, vaunun pyörä sääntöön ja voimaan. Muinaisessa kreikkalaisessa ja roomalaisessa mytologiassa kuusipuolainen pyörä on Zeuksen (Jupiterin) ominaisuus taivaan jumalana [18] .
Pyörä vähentää merkittävästi energiakustannuksia kuorman siirtämiseen suhteellisen tasaisella alustalla. Pyörää käytettäessä tehdään työtä vierintäkitkavoimaa vastaan, joka keinotekoisissa tieolosuhteissa on huomattavasti pienempi kuin liukukitkavoima .
Tärkeimmät kinemaattiset ja dynaamiset suhteet pyörän eri osien välillä johdetaan pitämällä sitä kiinteänä kappaleena , ja ne määritetään geometristen ominaisuuksien, alkuolosuhteiden, käyttöolosuhteiden ja muiden asioiden perusteella. Pyörää pidetään yksinkertaisimpana koneena, kun se on asennettu kiinteälle tai pyörivälle akselille, joka kulkee sen keskustan läpi. Usein pyörä asennetaan tarjoamaan liikettä, jolloin se on osa ajoneuvoa ja tarjoaa liikkeen erittäin tehokkaasti. Jos akseli on kytketty kahteen pyörään, pyörät pyörivät ikään kuin ne olisivat yksi runko.
Pyörän akseli on yksi kuudesta yksinkertaisimmasta mekanismista. Sen avulla voit saada mekaanisen edun ( eng. Mechanical etu ) lisäämällä vääntömomentista johtuvaa voimaa . Tärkeintä on, että mekanismin pito maahan tapahtuu vain pyörien pohjaa pitkin, ne toimivat ajoneuvon tukijärjestelmänä, mikä vähentää energiahäviöitä, huolimatta sellaisista puutteista kuin pyörien joustavuus ja pyörien menetys. vääntömomentti laakereissa . Käytettäessä pyöriä erilaisiin ajoneuvoihin on myös varmistettava tarvittava tarttuvuus maahan, mikä voidaan saavuttaa käyttämällä aaltopyöksiä.
Pyörän geometria perustuu ympyrän geometriaan . Ympyrän parametrit ovat seuraavat:
Yleisempi ilmaisu:
missä
Suoraviivaisen tasaisen liikkeen ongelma vastaa pyörimisongelmaa . Etäisyys-, nopeus- ja kiihtyvyysmuuttujat vastaavat kulmamuuttujia: kulma, kulmanopeus ja kulmakiihtyvyys. Kaikki kolme, kuten edellisestä osiosta voidaan nähdä, on yhdistetty lineaarisilla riippuvuuksilla [19] :
Yhteenvetona kaikista kolmesta näemme:
Kolme esitettyä suhdetta on johdettu pyörän geometriasta, jossa ympyrän kaaren pituus riippuu annetusta ohjauskulmasta radiaaneina, kerrottuna ympyrän säteellä, kun pyörää käännetään yksi kierros, se kattaa etäisyys, joka on yhtä suuri kuin kehä, joka vastaa ohjauskulmaa radiaaneina 2π. Nopeuden suunnan muutoksen aiheuttama kiihtyvyys voidaan löytää huomioimalla, että nopeus tekee täydellisen suunnanmuutoksen samassa ajassa T, jonka kohde kuluu yhden kierroksen tekemiseen. Sitten nopeusvektori kulkee reitin, jonka pituus on 2π v joka T sekunti:
Missä:
Pyörän ominaisuudet riippuvat sen tarttuvuuden laadusta vierintäpintaan. Jokaisella autolla on pitoa tiessä kosketuskohdassa, joten pyörän suhteellinen siirtymä kyseisessä kohdassa on suunnilleen nolla. Pyörän kinematiikka voidaan selittää seuraavalla lausekkeella, kun jatkumomekaniikan ongelmaa käsiteltäessä voimme määrittää minkä tahansa pisteen nopeuden V P , kun tiedämme minkä tahansa muun pisteen nopeuden:
Missä:
Pyörän kiinnittymisen maahan tulee olla tehokasta, koska on selvää, että jos pyörän ja maan kosketuspisteen nopeus on eri kuin nolla, pyörä luistaa. Yllä olevasta lausekkeesta seuraa, että missä tahansa maan pisteessä vallitsevan nopeuden suuruuden ja kosketuspisteen ja pyörimistason välisen etäisyyden välillä on lineaarinen suhde. Liikekinematiikan tuntemuksen ansiosta nopeus voidaan jakaa kahteen osaan:
Tämä jakaa nopeudet kahteen luokkaan: toisaalta nopeuteen, jonka tarkkailija kokisi, jos hän olisi itse pyörän päällä, toisaalta nopeudeksi, jos hän olisi liikkuvan ajoneuvon sisällä. On selvää, että säteiden päissä olevien pisteiden pyörimisnopeus on yhtä suuri kuin lineaarinopeus. Tämä voi olla intuitiivista, koska täydellisen kierroksen suorittamiseksi pyörän on kuljettava matka, joka on yhtä suuri kuin sen kehän pituus [19] .
Auton pyörän koostumukseen kuuluu kiekko, vanne, rengas , joskus kammio, kiinnityspultit jne., junavaunun pyöräsarjassa on akseli ja kaksi levyä tiukasti kiinni kylmällä tavalla - tästä nimi pyöräsarja
Autonrenkaiden kuluminen on melkein ratkaistu ongelma (oikein asetettujen pyörän kulmien kanssa ); nykyaikaisilla renkailla ajetaan yli 100 000 km . Ratkaisematon ongelma on lentokoneen pyörien renkaiden kuluminen : kun kiinteä pyörä koskettaa kiitotien betonipäällystettä useiden sadan kilometrin tuntinopeudella , renkaat kuluvat valtavasti.
Yleisesti hyväksytyssä autoalan terminologiassa [20] vain navan ja renkaan välissä olevaa kokoonpanoa (ks. kuva) kutsutaan pyöräksi , joka puolestaan koostuu vanteesta , jolla rengas on, ja levystä tai pinnoista . jotka yhdistävät vanteen navaan.
Tästä huolimatta autoilijat kutsuvat jokapäiväisessä elämässä hyvin usein pyörää tässä mielessä "vanteeksi" ("kevytmetallivanteet", "kevytmetallivanteet" ja niin edelleen).
Ensimmäisten autojen pyörät eivät pohjimmiltaan eronneet hevosvaunujen renkaista, ja ne olivat puuta. Myöhemmin pyörät ilmestyivät metallivanteella ja puisilla pinnoilla sekä metallilankapinnoilla, kuten moottoripyörän renkailla. Renkaat näyttivät aluksi umpikuminauhoilta, mutta myöhemmin nopeuden kasvaessa ne korvattiin ilmarenkailla, joiden profiilikorkeus nousi jatkuvasti 1960-luvulle saakka, mikä lisäsi ajomukavuutta ja ajoneuvon kantokykyä. Kumin nauhoja löytyi kuorma-autoista jo 1920-luvulla, ja sotilasajoneuvoissa voidaan käyttää edelleen umpirenkaita - kumirenkaita , jotka kehitettiin panssaroituihin ajoneuvoihin ensimmäisen maailmansodan aikana.
1920-luvulta alkaen puolapyörät alkoivat vähitellen korvata meistetyillä metallilevyillä varustetuilla pyörillä, jotka olivat yksinkertaisempia ja halvempia valmistaa. Jo seuraavan vuosikymmenen puolivälissä niistä tuli de facto standardi, mutta paikoin, esimerkiksi USA:ssa, "puhuja" säilytti suosiota kalliiden autojen ostajien keskuudessa aina 1950- ja 1960-luvuille asti lisävarusteena tai jopa. tehdasvaihtoehto (joissakin tapauksissa ja esimerkiksi 1980-1990-luvuilla Cadillac Deville Broughamissa tarjottiin tehdaspuolapyöriä vuoteen 1996 asti). Nykyään se liitetään ensisijaisesti klassisiin autoihin ja lowrider - alakulttuuriin .
1960 -luvulla pyörät ilmestyivät urheiluvaihtoehtona kokonaan tai osittain kevyestä metalliseoksesta, alumiinista tai magnesiumista valettuina . Nykyään lähes suurin osa autoista toimitetaan niiden mukana.
Ilman vaihteita (vaihteita) monet mekanismit eivät voi toimia. Näitä ovat kellot (mukaan lukien ranne-, seinä- ja tornikellot), herätyskellot , vesi- ja tuulimyllyt , linnat , sulut , funikulaarit ja monet muut.
Ihmisten keksinnöt näyttävät usein olevan luonnon jäljitelmiä (esimerkiksi varhaiset lentokoneiden mallit muistuttivat lintuja) [22] , mutta luonnossa on hyvin vähän pyörää muistuttavia malleja. Tutkijat katsovat tämän johtuvan siitä, että [23] :
G. Scholz [24] luettelee mahdollisina pyörän analogeina:
Esimerkkejä passiivisesta rullauksesta luonnossa on monia muitakin. Scholz huomauttaa erityisesti:
Mikroskooppisella tasolla bakteereilla on biokemiallinen aksiaalinen kiertomekanismi ( siima ), mutta bakteerit eivät "kierry" akseli-flagellun ympärillä tämän verbin kirjaimellisessa merkityksessä [23] , makroskooppisessa siimauksessa ei ole analogeja. maailman.
Lähimpänä esimerkkinä (ja mahdollisena prototyyppinä) pyörästä Scholz viittaa lantakuoriaiseen , joka pyörittää eläinten ulosteet palloksi ja rullaa ne sitten reikään. Samanaikaisesti yksi pari takajalkoja pitää palloa kahdelta vastakkaiselta puolelta muodostaen akselin analogin [25] .
Verisuonissa olevat punasolut muodostavat monimutkaisia rakenteita, jotka pyörivät pyörän tavoin sekä verisuonten seinämiä pitkin että plasmassa , mikä johtaa verenvirtauksen vastuksen heikkenemiseen. Ilmiön löysi Neuvostoliiton tiedemies A. L. Chizhevsky vuonna 1951 [26]
Heraldiikassa pyörä on keinotekoinen ei-heraldinen hahmo , joka muodostuu renkaasta, jonka keskipinnoista lähtevät säteet . Figuuria voidaan täydentää myös toisella renkaalla tai pallolla (bezant) keskellä. Säteiden lukumäärä ja muoto, renkaan ja pallon muoto vaihtelevat suuresti, muodostaen laajan valikoiman muunnelmia tästä hahmosta. Taiteellista kuvaa voidaan täydentää muilla elementeillä, kuten siivet, nuolet jne.
Heraldisessa kuvauksessa pyörä voidaan loihtia renkaaksi , ja siksi jotkut heraldistit eivät pidä sitä itsenäisenä heraldisena hahmona.
Nykyaikaisessa heraldiikassa tunnetaan yksinkertaisen lisäksi seuraavien pyörän muunnelmien käyttö:
Joidenkin maiden, kaupunkien, kuntapiirien jne. vaakunoissa ja lipuissa on hammaspyörät tai niiden osat (katso lisätietoja täältä ).
Vietnamin vaakuna
Burkina Fason tunnus (1984-1997)
Mongolian tunnus
Intian tunnus
Pyörän kuva Roszheldorin turvallisuusosaston tunnuksessa ( Petlichny-merkki ) [29]
Pyörä on tärkeä veksillologinen hahmo modernin Intian lipussa ja tunnuksessa. Tässä tapauksessa se symboloi lakia ( dharmaa ). Pyörä on asetettu mustalaisten lippuun , mikä symboloi mustalaisten paimentoelämää ja heidän intialaisia juuriaan. Se on myös Mongolian tunnuksessa viitaten buddhalaisuuteen .
Intian lippu
Mustalaisten lippu
Sanakirjat ja tietosanakirjat |
|
---|---|
Bibliografisissa luetteloissa |