Почему у машины не могут быть колеса квадратные

История развития колеса 4

Список использованной литературы 10

Введение

Глядя на окружающий мир кажется, что все окружающие нас удобства были всегда. В наше время мы не представляем себе мир без машин, велосипедов, других средств передвижения у которых есть колеса. А ведь когда то давно наши предки ходили только пешком. И кто-то из них смог додуматься до этого гениального изобретения. В природе нет существ, передвигающихся на колесах. Никакой «подсказки», никакого природного аналога не было. Люди всегда стремились к исследованию и созданию нового и вот появился один из первых механизмов — колесо. Это творение чисто человеческое. Я задался вопросом, а почему колесо круглой формы, а не квадратной?

Цель данного исследования: выяснить, почему колесо круглой формы.

Гипотеза: на круглом колесе легко и удобно ехать, потому что колесо круглой формы едет плавно и ровно, а колесо квадратной формы прыгает вверх и вниз по ровной поверхности.

В связи с этим мною были поставлены следующие задачи:

Изучить историю развития колеса

Изучить составляющие колес

Изучить особенности фигур круглой и квадратной формы

Сконструировать элементарный механизм на круглых и квадратных колесах

Взять ровную дорогу (стол), изготовить неровную дорогу и сделать специальную неровную дорогу для квадратного колеса

Провести эксперимент для подтверждения гипотезы

Объект исследования: колесо как простейший механизм.

В работе над проектом мною были использованы следующие методы исследования:

Анализ материала по истории колеса.

Конструирование дороги и колес круглой и квадратной формы.

Проведение эксперимента для выяснения проходимости круглого и квадратного колеса на разных дорогах.

История развития колеса

Для начала определим, что такое колесо

Колесо — круглый, свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить.

Основные детали колеса: диск, ступица, ось колеса

Что может быть проще колеса?! А, между прочим, на создание этой простой и совершенной конструкции люди потратили не одну сотню лет. По мнению ученых, первое колесо появилось около 6000 лет назад. Самое первое колесо было не просто придумать. И приспособить его к полезному делу — тоже было не просто. Как же это происходило? И на чём люди перевозили тяжести, до появления колеса? Испокон веков люди перетаскивали грузы. Гладкий предмет волочить легче — это выяснилось быстро. Предшественником колеса можно считать известный до этого деревянный каток, который подкладывался под перемещаемый груз. Первые повозки, как предполагают ученые, были вовсе не на колесах, а представляли собой деревянную платформу, под которой свободно располагались катки — четыре, пять или шесть, сколько поместится. Концы брёвен — катков выступали за широкие края этой платформы; а чтобы бревна не выкатывались из-под нее, их удерживали специальные брусья, приделанные к платформе спереди и сзади.

На стенах древних египетских пирамид, сохранились надписи и изображения, повествующие о том, как они строились. На этих рисунках отчетливо видны люди, которые перевозят гигантский каменный

блок, подложив под него круглые бревна-катки. Во время езды катки тёрлись о платформу, середина их постепенно перетиралась, становилась всё тоньше, а концы оставались по-прежнему толстыми. Получалось нечто похожее на ось с двумя колесами. А когда люди заметили, что повозка на колёсах катится легче, чем на обычных катках, они стали нарочно обжигать середину бревна: чтобы оно было в середине уже, чем по краям, тогда груз не соскользнет. Следующий шаг — широкий край бревна становится все тоньше, пока не отделяется от середины. Вот оно — первое колесо. Так появились повозки на колёсах. Не только неуклюжие грузовые телеги, но и первые двухколёсные повозки, очевидно, ставились на сплошные, тяжелые, прочные колёса — скаты. Подобные колёсные пары, называемые просто скатами, только не деревянные, а стальные — и сегодня применяются человеком — это поезда метро и вагоны железной дороги, паровозы, электровозы-все они ездят по рельсам на колёсах, скреплённых неподвижно с осью,- на скатах.

Таким образом, первоначально колесо представляло собой деревянный диск, насаженный на ось и зафиксированный клином:

ось вращается вместе с парой колёс.

Примерно 3 тыс. лет назад конструкция колеса совершенствуется: неведомый гений изобрел ступицу. Ступица — это центральная часть колеса с отверстием для насадки на вал или ось, в нее вставляется ставшая неподвижной ось. А колеса вращались на ней. Осталось закрепить платформу — и повозка готова.

Затем человек решил облегчить колесо — придумал спицы, обод;

ещё позднее — надел на обод для прочности железную шину.

И на всё это человеку потребовалось несколько тысяч лет.

Изобретение колеса способствовало развитию ремёсел. Колесо было применено в гончарном круге, мельнице, прялке, токарном станке. В ирригационных сооружениях, на мануфактурных фабриках, рудниках и т. п. применялись водяные колёса. Изобретение колеса дало толчок к развитию науки в целом. Так, оно применяется в астролябии и других научных инструментах. В механике широко используется зубчатое колесо. Но эволюция колеса на этом не завершилась. В наши дни колесо не только оснастилось пневматической шиной, но и обрело колесо” в “колесе” — шарикоподшипник. Сегодня колесо докатилось даже до Луны и до Марса.

Эксперимент

Чтобы проверить гипотезу о том, что колесо круглой формы едет плавно и ровно, а колесо квадратной формы прыгает вверх и вниз по ровной поверхности, я подготовил для эксперимента:

построил две модели машин из деталей конструктора Lego: с круглыми и квадратными колесами

также для эксперимента я использовал ровную поверхность (стол)

сделанную из пластилина неровную дорогу

лист бумаги с разметкой линий, где должна находиться ось колеса и крыша машины

В ходе проведения эксперимента было выяснено:

машина с круглыми колесами легко и плавно едет по ровной поверхности (Приложение 2.1)

машина с квадратными колесами с трудом едет по ровной поверхности и при этом поднимается то вверх, то вниз (Приложение 2.2)

по неровной поверхности машина с круглыми колесами с трудом проезжает при этом ее качает то вверх, то вниз (Приложение 2.3)

машина с квадратными колесами тоже едет с трудом и поднимается то вверх, то вниз (Приложение 2.4)

Я решил узнать, а возможно ли что машина с квадратными колесами сможет проехать по какой-нибудь поверхности также ровно, как едет машина с круглыми колесами по ровной дороге? Для этого я сделал специальную дорогу. И оказалось, что машина с квадратными колесами легко едет, но только по специальной неровной поверхности, в которой есть углубления. (Приложение 3)

Почему так происходит? Чтобы ответить на этот вопрос я изучил некоторые особенности фигур круглой и квадратной формы:

в квадрате есть отрезки разной длины которые начинаются в центре А: например отрезок АД равен АЖ, АИ, АВ и они больше, чем равные между собой отрезки АГ, АЕ, АЗ, АБ и поэтому когда квадрат перекатывается его центр смещается вверх и вниз относительно поверхности, в зависимости от того на ребре или на углу он находится

в круге от центра А все отрезки одинаково удалены и поэтому когда круг перекатывается его центр остается на одинаковом расстоянии от поверхности

Заключение

Таким образом можно сделать выводы:

1. колесо как геометрическая фигура круглой формы едет ровно, не совершая колебательных движений, т.к. ее ось (центр) на всем протяжении пути всегда находится на одном расстоянии от поверхности, а вот ось (центр) квадратного колеса смещается вверх и вниз, потому что при движении по ровной поверхности получается разное расстояние до этой поверхности, когда колесо стоит на ребре или на углу. (Приложение 4)

2. колесо и круглой и квадратной формы будет скакать по любой неровной поверхности т.к. сдвигается вверх и вниз ось, на которой закреплены колеса.

3. колесо квадратной формы едет только по специально построенной для него дороге (неровной поверхности) хорошо т.к. ось не совершает колебательные движения вверх-вниз, потому что углы попадают в неровность дороги и ось колеса остается на одном уровне (Приложение 5)

Таким образом, если бы у нас были квадратные колеса для того чтобы мы ехали ровно пришлось бы строить специальные дороги. Но ведь в нашем мире в основном ездят по ровной поверхности и не надо строить специальных дорог! И поэтому на круглом колесе удобнее всего перемещаться.

Итак: я подтвердил предположение, почему колесо круглое. Ответ прост-потому, что у него нет углов и круг самая удобная форма для перемещения по дорогам Земли.

Список использованной литературы

Бедфорд, А. Большая книга Lego/ Пер. с англ. Игоря Лейко.-М.: Манн, Иванов Фербер, 2014.

Википедия, электронный ресурс, колесо: https://ru.wikipedia.org

Гальперштейн Л.Я. Как работают вещи: научно-популярное издание для детей.-М.: ООО «Росмэн-издат», 2001, с. 4-5.

Даль В. Толковый словарь. Т.2.-М.: Издательская группа «Прогресс», 1994, с.343.

Исследовательская работа «Круг в нашей жизни», электронный ресурс: http://festival.1september.ru

История колеса, электронный ресурс: http://www.worldofnature.ru

Хочу все знать! Большая иллюстрированная энциклопедия интеллекта/Пер. с англ. А. Зыковой.-М.: Эксмо, 2007, с. 175

Чудеса техники/ Автор-сост. Бойков Е.К.-М.: Вече, 2001, с. 74-75

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?

Секреты балансировки: Квадратные колеса

Анатолий Вайсман

Подайте круглое!

Затрясло машину — не паникуй: устранить причину, случается, проще пареной репы. Скажем, при езде по ровному асфальту колеблется руль. Всегда виноваты колеса! Особенно если машина с легким реечным управлением — например, переднеприводный ВАЗ. С колесом следует обращаться на «вы»: чем быстрей оно крутится, тем жестче требования к точности его формы, качеству балансировки и монтажа. Если балансировка «на троечку», при вращении колеса инерционная сила «тяжелого места» и вызывает тряску. А дальше простая арифметика. Допустим, за один оборот колесо проходит 2 м, трясет же сильней всего на 90 км/ч (25 м/с). Значит, резонансная частота колебаний — 12,5 Гц. Запомни: руль может успокоить лишь ювелирная балансировка передних колес. Тщательно ее делают не все и не везде, так что ищи опытных мастеров.

Картина вибраций не всегда проста. Если трясет лишь одно колесо, то все зависит от его дисбаланса и скорости вращения. Максимум — все на той же резонансной скорости. Но если всякий раз после поворота дороги руль трясет иначе, чем до него, значит, не в порядке оба передних колеса. Пройденные ими пути в повороте разные — взаимоположение «тяжелых мест» и их действие на руль меняются. Если с постоянной скоростью гнать круг за кругом по дорожке трека, вибрации будут нарастать и убывать.

Медленно вращая колесо, контролируем биение обода в поперечном направлении. Дополнительно проверим и шину. Биение свыше 0,5 мм нежелательно. Столь же важно ограничить и радиальное биение колеса. Только колесо правильной формы есть смысл балансировать.

Но иногда такое бывает и на прямом шоссе. А о причине немногие догадываются — это плохо сбалансированные колеса. разного размера! Объяснение элементарное: вот ты заменил свежей запаской колесо с протектором, изношенным на 1,5 мм. Если запаска проходит за оборот все те же 2 м, то работавшее колесо — 1,9906 м. С каждым оборотом «тяжелое место» одного колеса смещается относительно другого — и вибропортрет машины будет повторяться через 423 м пути. Конечно, чем больше разница в размерах шин, тем чаще повторы. Ну а все это могут дополнительно запутать скользкие дороги! Короче, если не хочешь головоломок — следи за балансировкой.

Увы, этим проблема не исчерпывается. Например, коленвал отлично уравновешен, а деформированное колесо, как его ни балансируй, продолжает сильно трясти. Ехать на таком «колесе» — увольте! Подайте круглое. Сравним (рис. 1, а, б) поведение деформированного колеса на гладком покрытии и исправного — на ухабистом. Если бугор на шине воспроизводит протяженность и высоту бугра на покрытии, то траектория оси колеса при медленном движении одна и та же. При высокой скорости могут быть свои нюансы, но все же тряска от кривой шины неизбежна.

Как на ходу узнать, что колесо или шина кривые? Если мягко водит руль или кузов покачивает при скоростях 5–10 км/ч, когда роль дисбаланса ничтожна, значит, хотя бы одно колесо повреждено. Все, что сказано выше про переменную тряску в поворотах и т. п., справедливо и для кривых колес.

Итак, одной балансировки колесу мало — важно, чтобы в контакте с дорогой у вращающегося колеса не было геометрических биений — радиальных, осевых и любых иных. А то ведь и совершенно круглое, оказавшись на деформированной ступице, может подкинуть загадку. Вот недавний случай. Водитель ощутил тряску руля — отдал колеса в балансировку. Сделали — опять трясет. Повторили — снова. Прибыл ко мне. Не без труда нашли причину — гнутая ступица! Потому исправное колесо и катилось зигзагом.

А вот типичная ошибка неопытного автомобилиста: навешивает вместо проколотого колеса запаску — и опускает машину при незатянутых болтах — после, мол, лучше затянутся! Ну а колесо под нагрузкой сместится относительно ступицы вверх, насколько позволят зазоры. Если теперь затянуть болты, трение не даст колесу сцентрироваться — и оно будет вращаться с эксцентриситетом е (рис. 2), обзаведется дисбалансом и будет лупить по дороге с амплитудой 2е.

Шишка на протекторе или бугор на покрытии? Как источники толчков, ударов, вибраций они, в сущности, равнозначны!

Правильно начинать не с балансировки, а с корректировки геометрии: радиальные и осевые геометрические биения шины должны быть как можно меньше. Лишь потом отправляйтесь балансировать.