Зачем нужны квадратные колёса?
Колёса в виде квадрата, это такая шутка? Нет, энтузиасты по всему миру всерьёз пытаются найти применение колёсам столь необычной формы. И их труды не лишены здравого смысла…
Колесо не зря имеет круглую форму. Такая форма позволяет катиться по дороге плавно, быстро и без толчков. А что если нет ровной дороги, а есть сложно пересечённая местность? Своё решение проблемы представил в 1954 году американский инженер Альфред Сфредд. Он предложил инновационную концепцию некруглого колеса. Вот как сам специалист обозначил преимущества своего ноу-хау:
Судя по эскизам, изобретение предназначалось для нужд американской армии. Инженер намеревался поставить на квадратные колёса танки, военные тягачи и грузовики.
Увы, смелое изобретение американца не нашло отклика ни в военных, ни в гражданских кругах. Всё таки круглое колесо оказалось гораздо привычнее и универсальнее своего квадратного «собрата».
Однако в наше время энтузиасты нет-нет, да и пробуют воплотить в жизнь изобретение незадачливого американца. Например, велосипед с квадратными колёсами.
На таком транспортном средстве не поездишь на обычной дороге. А что если перед вами не ровное асфальтное полотно, а ступеньки лестницы или сложно пересечённая горная местность?
А ещё находятся энтузиасты, которые пытаются заменить привычные круглые колёса на квадратные в обычных автомобилях. Например, авторы популярного TV-шоу «Разрушители легенд» решили поставить на квадратные колёса пикап.
Скажем честно, получилось не очень… Пикап не проехал и минуты. К тому же машину трясло так, что она чуть не развалилась на ходу.
Увы, ноу-хау так и не нашлось места в нашей повседневности. Однако в 21 веке путёвку в жизнь получают самые необычные изобретения. Возможно, квадратные колёса ещё найдут широкое применение в нашей жизни!
Квадратное колесо. Для чего оно нужно?
Колесо может быть только круглым. И никаким иначе. Но это не правда. Колесо может быть треугольным, шарообразным, шестиугольным, овальным. А ещё оно бывает квадратным. Для чего нужно квадратное колесо?
Колесо – одно из фундаментальных изобретений человечества. Благодаря ему люди сделали огромный скачок в своём технологическом развитии. Без колеса была бы невозможна современная человеческая цивилизация.
Почти всю свою историю колесо имело круглую форму. Но начиная с XIX века инженеры стали переосмысливать это фундаментальное изобретение. Колесо обрело новые формы. Наиболее популярным в наше время является квадратное колесо. Для чего оно нужно?
Как средство передвижения
Колесо круглой формы идеально подходит для передвижения по ровной поверхности. Но на ухабистой неровной поверхности у него возникают проблемы, которые он преодолевает с горем пополам. А вот перед сложно пересечённой местностью с большим количеством неровностей круглое колесо и вовсе пасует. Как бы не парадоксально не прозвучало, но квадратные колёса гораздо лучше подходят для сложно пересечённой местности.
Квадратные колёса, благодаря остроугольным граням, обладают гораздо лучшим сцеплением, чем круглые. Особенно хорошо себя они чувствуют на наклонных плоскостях в горной местности. Правда, на сегодняшний день никаких серийных внедорожников с квадратными колёсами не появилось. И для этого есть несколько причин.
Во-первых , у квадратных колёс низкая износостойкость. Остроугольные грани испытывают очень большие нагрузки. Поэтому квадратные колёса быстро выходят из строя.
Во-вторых , для преодоления сложно пересечённой местности уже существуют другие механизмы. Например, гусеницы. Зачем менять хорошо зарекомендовавшие себя механизмы на что-то новое? В общем, пока машины с квадратными колёсами живут лишь в гаражах редких автолюбителей. До конвейеров автопредприятий им очень далеко.
Однако механизмы с квадратными колёсами всё же используются в современной жизни. Например, велосипеды.
Необычные велосипеды с квадратными или квадратообразными колёсами можно увидеть на различных велошоу. Изредка находятся велолюбители, которые используют необычный велосипед в качестве повседневного средства передвижения.
Для развлечения
Но более всего квадратные колёса востребованы в развлекательной индустрии. Механизмы с квадратными колёсами можно встретить в парках отдыха, на детских площадках, аттракционах.
Как правило, речь идёт о велосипедах с квадратными колёсами. Посетителю предлагается проехать на необычном велосипеде по бугристой поверхности, похожей на лежневку.
Также необычной конструкции велосипеды можно встретить в интерактивных музеях, где практикуется живая демонстрация принципов действия законов физики.
Что ж, спасибо за внимание. А что вы думаете по поводу квадратных колёс. Какое им ещё можно найти применение?
Как сделать квадратные колёса? И зачем?
Р анее, мы уже упомянули, что колёса — это одни из важнейших деталей любого автомобиля. Но мы с вами говорим о привычных нам колёсах, а что будет, если они вдруг станут квадратными? Как квадрат проявит себя в роли того, что должно крутится? Нужно проверить.
Что было бы с автомобилем и его передвижением, если бы кто-то действительно заморочился и изготовил такие? Как они повлияют на расход, управляемость, выкат, безопасность и на много ещё что. Ребята с Ютуб-канала «Гараж 54» решили проверить это на собственном опыте и взялись переделать 4 колеса в квадратные и установить их на свой автомобиль.
Конечно же, пойти и купить в магазин квадратное колесо не выйдет, их не существует. Поэтому, ребятам пришлось сделать всё самостоятельно, применив инженерную смекалку. В качестве основы использовали стандартные колёса. На него наварили каркас и конечно же покрасили)
Следующий вопрос — резина. Купить такую тоже не выйдет. Поэтому, пришлось испортить несколько стандартных покрышек, чтобы создать некое подобие квадратных шин, которые были успешно установлены на новенькие диски. Всё готово, можно ехать? Именно, но вы только посмотрите, как это забавно и необычно выглядит. Кроме того, есть вопросы к остальным агрегатам, а точнее сказать к их надёжности с учётом изменений. Смотрите сами:
Странный эксперимент: а что, если поставить квадратные колеса?!
За время, которое прошло с момента рождения автомобиля в конце девятнадцатого века, многое изменилось. Неизменной осталась только форма колес: круглые хороши и отлично катятся. Но, может, пришло время поменять и их?
Голландский механик Мастер Мило решил собственными глазами увидеть, как ездит маленький хэтчбек с квадратными колесами. Он взял четыре стальных колесных диска и заключил их при помощи сварочного аппарата в квадратные короба из стальных труб. Получились идеально квадратные колеса, которые выдумщики установили на видавший виды Opel Corsa.
Переставив машину на новые, квадратные колеса, Майло пытается ехать по грунтовой дороге. Это нужно видеть! Забегая вперед, скажем лишь, что сварные углы таких колес были постепенно разбиты и в итоге закруглены. Что поделаешь — природа не любит прямых линий и углов.
Нужно признать, что время квадратных колес еще не наступило: к ним не готова ни природа, ни человек. Поэтому разработчикам, хотят они того или нет, придется запрятать эту инновационную технологию поглубже в ящик стола.
- Этот Opel Corsa успел уже натерпеться от Мастера Мило. Недавно механик со своим другом установили в этот маленький мирный хэтчбек два рулевых колеса.
- У российских же умельцев выдумки немного другие. Например, сделать дом на колесах из шасси УАЗа и обычного сруба. Между прочим, « оно » поехало.
Квадратное колесо-правда или миф?
Круглое колесо по прямолинейной дороге катится ровно, без толчков, так как центр колеса движется по горизонтальной линии. Квадратное колесо, естественно, по ровной дороге будет катиться плохо, центр колеса будет описывать дуги окружностей, тем самым то поднимаясь, то опускаясь.
Существует ли такая дорога, по которой квадратное колесо будет катиться ровно, т.е. центр колеса будет двигаться по горизонтальной линии? Если да, то каков профиль дороги? Как будет меняться со временем скорость и угловая скорость колеса?
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
| kvadratnoe_koleso_-_pravda_ili_mif.doc | 198 КБ |
Предварительный просмотр:
Квадратное колесо-правда или миф?
Узнать, действительно ли в нашей жизни существуют квадратные колеса и, если да, то в какой сфере деятельности их применяют.
- Собрать информацию о квадратном колесе
- Рассмотреть взаимосвязь квадратного колеса и цепной линии
- Рассмотреть способы применения квадратного колеса и цепной линии
- Рассмотреть все виды существующих колес, в том числе не круглой формы
Взаимосвязь квадратного колеса и цепной линии
Круглое колесо по прямолинейной дороге катится ровно, без толчков, так как центр колеса движется по горизонтальной линии. Квадратное колесо, естественно, по ровной дороге будет катиться плохо, центр колеса будет описывать дуги окружностей, тем самым то поднимаясь, то опускаясь.
Существует ли такая дорога, по которой квадратное колесо будет катиться ровно, т.е. центр колеса будет двигаться по горизонтальной линии? Если да, то каков профиль дороги? Как будет меняться со временем скорость и угловая скорость колеса?
Ответы на эти вопросы неожиданны. Профилем дороги является перевернутая цепная линия. При движении от верхней точки к нижней скорость центра колеса увеличивается, а угловая скорость уменьшается.
Цепная линия — линия, форму которой принимает гибкая однородная нерастяжимая тяжелая нить или цепь (отсюда название) с закрепленными концами в однородном гравитационном поле. рассматривая данную тему дальше я выяснила что цепная линия известна уже давно. Галилео Галилей в своих опытах с построением параболы получал подобную цепь, вот что он пишет:
. Другой способ начертить искомую параболу на призме состоит в следующем. Вобьем в стену два гвоздя на одинаковой высоте над горизонтом и на таком расстоянии друг от друга, чтобы оно равнялось двойной ширине прямоугольника, на котором желательно построить параболу; между одним и другим гвоздем подвесим тонкую цепочку, которая свешивалась бы вниз и была такой длины, чтобы самая низкая точка ее находилась от уровня гвоздя на расстоянии, равном длине призмы. Цепочка эта, свисая, расположится в виде параболы, так что, отметив ее след на стене пунктиром, мы получим полную параболу, рассекаемую пополам перпендикуляром, проведенным через середину линии , соединяющей оба гвоздя. Галилео Галилей «Беседы и математические доказательства…», 1638
По этой линии провиснет не только цепь, но и любая другая однородная нерастяжимая нить под действием силы тяжести. Эту кривую Вы могли, например, наблюдать, посещая музей . (Приложение).
Если некоторым образом подобрать параметр в уравнении, то тогда центр квадрата, катящегося без проскальзывания по дуге цепной линии, будет двигаться ровно по прямой!
Проследим за траекторией движения одной из вершин квадрата. Эта кривая нигде не пересекается с цепной линией, а значит, повозку, катящуюся на квадратных колесах, можно сделать! При этом расстояние между осями повозки не обязано быть кратным длине горба цепной линии — колеса могут находиться в разных фазах.
Рассмотрим теперь варианты колес, имеющих форму правильного многоугольника:
Дорога только должна быть не совсем ровной — в виде цепной линии со значением параметра, зависящим от количества углов. При приближении правильного многоугольника к окружности и соответствующем изменении параметра арки цепной линии становятся все ниже, а горизонтальная длина участка, необходимая для одного оборота многоугольника, все ближе к длине окружности. Такая вот эволюция колеса, которое, в отличие от правильных многоугольников, едущих по цепной линии, умеет поворачивать.
А вот еще немного опытов с цепной линией:
Натянем на два обруча, расположенных в параллельных плоскостях, мыльную пленку. Мыльная пленка — удивительный объект. Она легкая, внутренние силы гораздо сильнее, чем сила тяжести, и вследствие этого пленка всегда принимает вид поверхности, имеющей минимальную площадь при данных граничных условиях.
Как расположится мыльная пленка, натянутая на обручи? Оказывается, это будет поверхность, образованная вращением цепной линии! Если изменять расстояние между плоскостями обручей, то поверхность тоже будет меняться, но всегда профиль ее будет в виде цепной линии данной длины, подвешенной на соответственно расположенные столбики. Доказал это в 1744 году Леонард Эйлер в сочинении «Метод нахождения кривых линий, обладающих свойствами максимума или минимума», а саму поверхность назвал катеноид (catena — цепь (лат.); éidos — вид (греч)).
Зная ответ, изготовить профиль дороги можно безо всяких вычислений. Пусть сторона квадратного колеса равна двум.
