Hjul

Ett hjul  är en rörelse , en skiva som fritt roterar eller fixeras på en roterande axel , vilket gör att kroppen som placeras på den kan rulla och inte glida. Det används ofta för transport av varor, det används ofta i olika mekanismer och verktyg.

Etymologi

Ordet "hjul" kommer från det vanliga slaviska *kolo ( släktet s. *kolese) och går vidare tillbaka till den proto-indoeuropeiska roten *kʷel- med betydelsen "att rotera, vända sig om" [1] [2] . Talare av det proto-indoeuropeiska språket lånade inte namnet, utan kom på ett eget för att beteckna hjulet, varför i de indoeuropeiska folkens språk, geografiskt avlägsna från varandra, besläktade av hjulets beteckning är densamma [3] .

Av ordet "hjul" bildas ordet " vagn ".

Historik

I en representativ sammanställning av de äldsta hjulfynden visar Hans J. Holm (2019) att utvecklingen av hjulteknologin har skett genom århundradena, med början på de enklaste leksaksmodellerna. [4] . Till exempel, 1981, rapporterade den rumänske arkeologen M. Dinu fynd av lerhjul på leksaksvagnar i Cucuteni-bosättningarna, som han grovt daterade till andra hälften av det 5:e årtusendet f.Kr. I Tsyushenskaya kammargraven ( Wartberg kultur ) på en megalitisk platta i mitten av det 4:e årtusendet f.Kr. e. gravyrer hittades, schematiskt föreställande oxar spända till en vagn [5] .

En keramikkruka från polska Bronochice med en schematisk representation av vagnar med tjurar spända i dem tillhör kulturen av trattformade bägare och går tillbaka till 3635-3370 f.Kr. [6] .

Följande hjulmodeller upptäcktes av arkeologer A.D. Rezepkin i begravningarna av Maikop-kulturen (Phagugape, Pshikuykhabl, Chishkho [5] ) i norra Kaukasus och A.V. Kondrashov i begravningen av Novosvobodnenskaya-kulturen i Krasnodar-territoriet (mid-4-territoriet ). BC). e.) [7] [5] .

I Ljubljana barje i Slovenien hittade de ett hjul gjort av ask med en diameter på 72 cm, vilket är mer än fem tusen år gammalt (3350-3100 f.Kr.) [8] . Modeller av fyrhjuliga vagnar gjorda av lera har hittats i två begravningar av den sena Baden-kulturen i Budakalaš och Szigetszentmarton (Östra Ungern), som går tillbaka till 3300-3100 f.Kr. e. På kulturboplatsen Horgen i Pressehaus (Schweiz) hittades ett hjul med ett fyrkantigt hål för att fästa en axel, som roterade tillsammans med hjulen. Den har daterats av dendrokronologi till 3200 f.Kr. e. Till skillnad från fynd i Schweiz och Tyskland, i stäppregionen, såväl som i Nederländerna och Danmark, var hålen i hjulen runda, axeln var fäst vid vagnens kropp, vilket gjorde att olika europeiska traditioner att tillverka vagnar uppstod. även före 3200 f.Kr. e.

I stäppzonen från Donau i väster till de övre delarna av Manych- floden i öster finns cirka 160 begravningar av Yamnaya-kulturen med resterna av hjulfordon (hjul, vagnar) såväl som deras lermodeller och rester av ritningar. De äldsta av fynden är daterade i kalibrerad skala till XXXII-talet f.Kr. e. [9]

Följande referenser till hjulet finns i det antika Mesopotamien (bild av en vagn i Uruk-5 [5] ) i slutet av det 4:e årtusendet f.Kr. e.

Allt fler materiella bevis talar alltså för det faktum att det "allra första" hjulet inte dök upp i Mellanöstern, som man tidigare trott, utan i Europa [10] .

I Dmitrovsky- högen nr 6 i Zaporozhye-regionen (Ukraina), vid ingången till gravkammaren, hittades en trävagn av katakombkulturen med ett helt bevarat hjul, 5 tusen år gammalt [11] [12] .

En tvåhjulig vagn med ett bevarat hjul 0,6 m i diameter är känd från katakombegravningen "Tyagunova Mogila" (för ca 5 000 år sedan) i Zaporizhia byn Maryevka [13] . Båda hjulen på en tvåhjulig trävagn från Yamnaya-kulturens Vakttornsgrav nära Dnepr (III årtusende f.Kr.) var gjorda av ett massivt stycke trä, utskuret i längdled, med runda hål för axeln och tjocka nav [14] .

Den tidigare kända skridskobanan i trä , som placerades under den transporterade lasten, kan betraktas som hjulets föregångare. Ursprungligen var hjulet en träskiva monterad på en axel och fixerad med en kil . Bilder av en släde med hjul (3000 f.Kr.) hittades i Mesopotamien i den sumeriska staden Uruk . Vid 2700 f.Kr. e. där förekommer också ritningar på vagnar . Samtidigt börjar sumererna begrava sina kungar tillsammans med sina vagnar . Dessa begravningar hittades i Kish , Ur , i den elamitiska staden Susa .

En fyrhjulig vagn från Ulan IV-begravningskomplexet i Western Manych Catacomb-kulturen i Rostov-regionen tillverkades på 2200-talet f.Kr. [15] . D. Anthony och Vinogradov (1995) daterade en vagn av klassisk typ i en begravning av Sintashta-kulturen i området Crooked Lake ( Chelyabinsk-regionen ) till 2026 f.Kr. e.

Under II årtusendet f.Kr. e. , designen av hjulet förbättras: ett hjul med ekrar dyker upp i södra Ural , i Mindre Asien  - med ett nav och en böjd kant [16] . Senare, under det första årtusendet f.Kr. e. , började kelterna att använda en metallfälg för att öka styrkan på hjulen på sina vagnar , som i den industriella eran i de flesta fordon ersattes av gummidäck för stötdämpning [17] .

Trots det faktum att hjulet anses vara okänt bland civilisationerna i det pre-columbianska Amerika , kom vissa folk, som inkafolket , nära att upptäcka det. Användningen för konstruktion av rinkens karakteristiska anordningar - en cylindrisk massiv kropp för att komprimera jorden, indikerar avvisandet av användningen av hjulet vid transport, och inte frånvaron av upptäckten av hjulets princip. Vissa kulturer (till exempel olmecerna ) gjorde djurfigurer av keramik och trä på hjul - kanske utförde de rituella funktioner, eller kanske var de bara leksaker. Baserat på detta kan det antas att det första hjulet dök upp som en leksak .

Dessutom, innan européernas ankomst, var hjulen inte kända för ursprungsbefolkningen i Australien och södra Afrika .

Uppfinningen av hjulet bidrog till utvecklingen av många hantverk . Hjulet användes i krukmakarens hjul , kvarn , spinnhjul , svarv . I bevattningsanläggningar , i fabriker , gruvor etc. användes vattenhjul .

Uppfinningen av hjulet satte fart på vetenskapens utveckling i allmänhet. Så det används i astrolabium och andra vetenskapliga instrument. Inom mekanik används kugghjulet flitigt .

Hjulets betydelse i den ekonomiska sfären återspeglades i dess metaforiska gudomlighet i form av "Evig återkomst", reinkarnation etc. I olika kulturer är hjulet en symbol för solens rörelse , i buddhismen symboliserar det lag och sanning, symmetri och perfektion av Dharma , fredliga förändringar. Det bevingade hjulet förknippas med hastighet, vagnhjulet med regel och makt. I antikens grekiska och romerska mytologi är ett hjul med sex ekrar ett attribut av Zeus (Jupiter) som en himmelsk gud [18] .

Mekanik

Hjulet minskar avsevärt energikostnaderna för att flytta lasten på en relativt plan yta. Vid användning av hjul arbetar man mot den rullande friktionskraften, som under konstgjorda vägförhållanden är betydligt mindre än den glidande friktionskraften .

De huvudsakliga kinematiska och dynamiska förhållandena mellan olika delar av hjulet härleds från att betrakta det som en solid kropp och bestäms utifrån geometriska egenskaper, initiala förhållanden, driftsförhållanden och andra saker. Ett hjul anses vara den enklaste maskinen när den är monterad på en fast eller roterande axel som löper genom dess centrum. Ofta är hjulet installerat för att ge rörelse, i vilket fall det är en del av fordonet, vilket ger rörelse med stor effektivitet. Om axeln är kopplad till två hjul, så roterar hjulen som om de vore en kropp.

Hjulaxeln är en av de sex enklaste mekanismerna. Det låter dig få en mekanisk fördel ( eng.  Mechanical advantage ), genom att öka den applicerade kraften på grund av vridmomentet . Summan av kardemumman är att mekanismens grepp med marken endast sker längs hjulsulan, de fungerar som ett stödsystem för fordonet, vilket minskar energiförlusterna, trots sådana brister som hjulens elasticitet och förlusten av vridmoment i lagren . Vid användning av hjul för olika fordon är det också nödvändigt att säkerställa den nödvändiga vidhäftningen till marken, vilket kan uppnås genom att använda korrugerade hjul.

Hjulgeometri

Hjulets geometri är baserad på cirkelns geometri . Cirkelparametrarna är som följer:

Mer allmänt uttryck:

var

Rondell

Problemet med rätlinjig enhetlig rörelse motsvarar problemet med rotation . Variablerna för avstånd, hastighet och acceleration är ekvivalenta med vinkelvariablerna: vinkel, vinkelhastighet respektive vinkelacceleration. Alla tre, som kan ses från föregående avsnitt, är sammankopplade av linjära beroenden [19] :

När vi sammanfattar alla tre ser vi:

De tre visade förhållandena härleds från hjulets geometri, där cirkelbågens längd beror på en given styrvinkel , uttryckt i radianer, multiplicerat med cirkelns radie, medan du vrider hjulet ett varv, det täcker ett avstånd lika med omkretsen, vilket motsvarar en styrvinkel i radianer på 2π. Accelerationen som orsakas av en förändring i hastighetens riktning kan hittas genom att notera att hastigheten gör en fullständig riktningsändring på samma tid T som föremålet tar för att göra ett varv. Sedan färdas hastighetsvektorn en bana med längden 2π v varje T sekund:

Var:

Hjulets egenskaper beror på kvaliteten på dess vidhäftning till rullytan. Varje bil har grepp på vägen vid kontaktpunkten, så att den relativa förskjutningen av hjulet vid den punkten är ungefär noll. Hjulets kinematik kan förklaras av följande uttryck, när vi, när vi behandlar problemet med kontinuummekanik , kan bestämma hastigheten för vilken punkt som helst V P , med kunskap om hastigheten för vilken annan punkt som helst:

Var:

Hjulets vidhäftning till marken måste vara effektiv, eftersom det är uppenbart att om hastigheten vid kontaktpunkten för hjulet med marken är annorlunda än noll, så kommer hjulet att glida. Det följer av uttrycket ovan att det finns ett linjärt samband mellan storleken på hastigheten vid vilken punkt som helst på jorden och avståndet mellan kontaktpunkten och rotationsplanet. Tack vare kunskapen om rörelsekinematik kan hastigheten delas upp i två komponenter:

Detta delar upp hastigheterna i två slag: å ena sidan hastigheten som betraktaren skulle känna om han var placerad på själva ratten, å andra sidan hastigheten om han befann sig inuti det rörliga fordonet. Det är tydligt att rotationshastigheten för punkterna som ligger vid radiernas ändar är lika med den linjära hastigheten. Detta kan vara intuitivt, eftersom för att göra ett fullständigt varv måste hjulet färdas ett avstånd som är lika med längden på dess omkrets [19] .

Konstruktion och slitage

Sammansättningen av ett bilhjul inkluderar en skiva, en fälg, ett däck , ibland en kammare, monteringsbultar, etc., hjulsatsen på en järnvägsvagn har en axel och två skivor tätt monterade på ett kallt sätt - därav namnet hjulsats

Slitage på bildäck är nästan ett löst problem (med rätt inställda hjulvinklar ); moderna däck kör över 100 000 km . Ett olöst problem är däckslitage på flygplanshjul : när ett fast hjul kommer i kontakt med banans betongbeläggning med en hastighet av flera hundra kilometer i timmen uppstår ett enormt däckslitage.

I bilen

I den allmänt accepterade fordonsterminologin [ 20] kallas endast den sammansättning som är placerad mellan navet och däcket (se fig.) ett hjul , som i sin tur består av en fälg som däcket sitter på, och en skiva eller ekrar som tjänar till att förbinda fälgen med navet.

Trots detta, i vardagen kallar bilister ofta hjulet i denna mening för en "fälg" ("legeringsfälgar", "legeringsfälgar" och så vidare).

Hjulen på de första bilarna skilde sig i huvudsak inte från hästdragna vagnar och var gjorda av trä. Därefter dök hjul upp med en metallfälg och träekrar, såväl som med metalltrådekrar, som motorcykelhjul. Däck såg till en början ut som solida gummiband, senare, när hastigheterna ökade, ersattes de av luftfyllda däck, vars profilhöjd ständigt ökade fram till 1960-talet, vilket ökade åkkomforten och fordonets bärförmåga. Gummiband kunde hittas på lastbilar redan på 1920-talet, och solida däck kan fortfarande användas på militärfordon idag - gummidäck , först utvecklade för pansarfordon under första världskriget.

Från och med 1920-talet började ekerhjul gradvis ersättas av hjul med stansade metallskivor, som var enklare och billigare att tillverka. Redan i mitten av nästa decennium blev de de facto standard, men på vissa ställen, till exempel i USA, fortsatte "spoke" att behålla en viss popularitet bland köpare av dyra bilar fram till 1950- och 1960-talen som extrautrustning eller t.o.m. ett fabriksalternativ (i vissa fall och på 1980- och 1990-talet, till exempel, erbjöds ekerhjul från fabrik på Cadillac Deville Brougham fram till 1996). Idag förknippas det främst med klassiska bilar och lowrider- subkulturen .

1960 -talet dök hjul upp som ett sportalternativ, helt eller delvis gjutna av en lätt legering, aluminium eller magnesium . Idag levereras nästan de flesta bilar med dem.

I mekanismer

Utan växlar (växlar) kan många mekanismer inte fungera. Dessa inkluderar klockor (inklusive handleds-, vägg- och tornur), väckarklockor , vatten- och väderkvarnar , slott , slussar , bergbanor och många andra.

Originaltyper av hjul

I naturen

Mänskliga uppfinningar framstår ofta som imitationer av naturen (till exempel liknade tidiga flygplansdesigner fåglar) [22] men det finns väldigt få design i naturen som liknar ett hjul. Forskare tillskriver detta det faktum att [23] :

G. Scholz [24] listar som möjliga analoger till hjulet:

Det finns många fler exempel på passiv rullning i naturen. Scholz påpekar särskilt:

På mikroskopisk nivå har bakterier en biokemisk mekanism för axiell rotation ( flagellum ), men bakterier "rullar" inte runt axeln-flagellum i bokstavlig bemärkelse av detta verb [23] , det finns inga analoger till flagellum i det makroskopiska värld.

Som det närmaste exemplet (och möjliga prototypen) av ett hjul pekar Scholz på dyngbaggen , som rullar djurexkrementer till en boll och sedan rullar den in i ett hål. Samtidigt håller ett par bakben bollen från två motsatta sidor och bildar en analog av axeln [25] .

Röda blodkroppar i blodkärlen bildar komplexa strukturer som rullar som ett hjul, både längs blodkärlens väggar och i plasma , vilket leder till en minskning av motståndet mot blodflödet. Fenomenet upptäcktes av den sovjetiske vetenskapsmannen A. L. Chizhevsky 1951 [26]

I symbolism

I vexillologi och heraldik

Ett hjul i heraldik  är en konstgjord icke-heraldisk figur som bildas av en ring med strålar som utgår från mittekrarna . Figuren kan också kompletteras med ytterligare en ring, eller en boll (bezant) i mitten. Antalet och formen på strålarna, formen på ringen och bollen varierar kraftigt och bildar en mängd olika varianter av denna figur. Den konstnärliga bilden kan kompletteras med andra element, såsom vingar, pilar etc.

I den heraldiska beskrivningen kan hjulet vara blazonerat som en ring , och därför anser vissa heraldister inte att det är en självständig heraldisk figur.

I modern heraldik, förutom enkla, är användningen av följande varianter av hjulet känd:

På vapenskölden och flaggorna i vissa länder, städer, kommunala distrikt etc. finns kugghjul eller deras segment (för mer information, se här ).

Hjulet är en viktig vexillologisk figur i det moderna Indiens flagga och emblem. I det här fallet symboliserar det lagen ( dharma ). Hjulet är placerat på zigenarflaggan , som symboliserar zigenarnas nomadliv och deras indiska rötter. Det finns också på Mongoliets emblem , med hänvisning till buddhismen .

Se även

Anteckningar

  1. Chernykh P. Ya. Historisk och etymologisk ordbok för det moderna ryska språket: i 2 volymer - 3:e upplagan, stereotyp. — M.: Rus. yaz., 1999. T. 1. S. 411.
  2. Wheel  // Etymological Dictionary of the Russian Language  = Russisches etymologisches Wörterbuch  : i 4 volymer  / ed. M. Vasmer  ; per. med honom. och ytterligare Motsvarande ledamot USSR Academy of Sciences O. N. Trubachev , red. och med förord. prof. B.A. Larina [vol. jag]. - Ed. 2:a, sr. - M  .: Framsteg , 1986-1987.
  3. David W. Anthony. Hästen, hjulet och språket: Hur bronsåldersryttare från de eurasiska stäpperna formade den moderna världen. - Princeton University Press, 2010. - S. 34. - 566 sid. — ISBN 1400831105 .
  4. Hans JJG Holm: De tidigaste hjulfynden, deras arkeologi och indoeuropeiska terminologi i tid och rum, och tidiga migrationer runt Kaukasus. Archaeolingua Alapítvány, Budapest, 2019, ISBN 978-615-5766-30-5
  5. 1 2 3 4 "Rysk upptäckt": Hjulet uppfanns inte i East Archival-kopian daterad 1 juli 2015 på Wayback Machine // MK, 2011-06-16
  6. Parpola, Asko; Carpelan, Christian. De kulturella motsvarigheterna till protoeuropeiska  . - New York, London: Routledge , 2005. - S. 121-122. — ISBN 978-0700714636 .
  7. Kondrashov AB, Rezepkin A.D. Novosvobodnenskoye begravning med en vagn // KSIA. 1988. Nummer. 193.
  8. Hjul med axel . // koliscar.si. Hämtad 25 juli 2013. Arkiverad från originalet 5 september 2013.
  9. Kulbaka V. , Kachur V. Indoeuropeiska stammar från paleometal-epoken. - Mariupol: Renata, 2000. - 80 sid.
  10. Rezepkin A. D. Problemet med ursprunget för hjultransporter och dess utseende i norra Kaukasus // Fjärde Kuban arkeologiska konferensen. Sammandrag och rapporter. Krasnodar. 2005.
  11. Treasures of the Dmitrovsky barrows, 2015 . Tillträdesdatum: 23 februari 2016. Arkiverad från originalet 5 mars 2016.
  12. Berdyansk arkeologer avslutade utgrävningar av gravhögar i Dmitrovka (otillgänglig länk) . Datum för åtkomst: 20 februari 2016. Arkiverad från originalet 4 mars 2016. 
  13. Cherednichenko N. N. , Pustovalov S. Zh. Krigsvagnar och vagnförare i katakombkulturens samhälle (baserat på utgrävningar i den nedre Dnepr-regionen) Arkivkopia daterad 23 mars 2018 på Wayback Machine // Soviet Archaeology, 1991, nr. 1, sid 206-216.
  14. Tretyakov N. N. , Mongait A. L. (red.) Essays on the history of the USSR - M .: Academy of Sciences of the USSR, 1956. - 633 s.
  15. Shishlina NI , Kovalev DS , Ibragimova ER Catacomb culture wagons of the Eurasian steppes, 2015
  16. vem uppfann eller uppfann hjulet? / Stora uppfinningar . Tillträdesdatum: 26 januari 2009. Arkiverad från originalet den 11 april 2008.
  17. Rysslands historia. Värld, världshistoria - Hjulets historia . Hämtad 10 oktober 2007. Arkiverad från originalet 12 oktober 2007.
  18. Hjul // Ordbok av symboler . — 2000.
  19. 1 2 Tyngdpunkt och rotationsvariabler  (engelska) (2000). Hämtad 8 juli 2009. Arkiverad från originalet 8 juni 2009.
  20. GOST R 52390-2005. Avsnitt 2. Termer och definitioner, sid. 1 . Hämtad 16 februari 2015. Arkiverad från originalet 16 februari 2015.
  21. Oändliga körlägen  (inte tillgänglig länk)
  22. Scholz, 2008 , sid. 139.
  23. 1 2 Scholz, 2008 , sid. 142.
  24. Scholz, 2008 , sid. 141-142.
  25. Scholz, 2008 , sid. 143.
  26. Chizhevsky A. L. Strukturell analys av rörligt blod. M.: Publishing House of the Academy of Sciences of the USSR, 1959.
  27. Hall, Adelaide S. En ordlista över viktiga symboler på deras hebreiska : hedniska och kristna former  . - 2005. - P. 56. - ISBN 9781596055933 .
  28. Monosov B. M. 10:e lasso. Wheel of Fortune // Fireball-3: Bekantskap med den astrala världen. - St Petersburg. : Nevsky prospect, 2003. - S. 91-99. — 128 sid. — ISBN 5-94371-242-9 . .
  29. Roszheldors beställning daterad 2013-03-13. Nr 79 "Vid godkännande av prover av uniformer, normer för tillhandahållande av kläderstillägg, uniformer, utrustning och lämplig personlig skyddsutrustning för anställda i det federala statliga företaget "Departmental security of railway transport of the Russian Federation" . Datum för tillträde: 20 november , 2017. Arkiverad den 18 november 2017.

Litteratur

Länkar