Et hjul er en bevægelse , en skive , der frit roterer eller er fastgjort på en roterende aksel , hvilket tillader kroppen, der er placeret på den, at rulle og ikke glide. Det er meget udbredt til transport af varer, det er meget udbredt i forskellige mekanismer og værktøjer.
Ordet "hjul" kommer fra det almindelige slaviske *kolo ( slægt s. *kolese) og går videre tilbage til den proto-indoeuropæiske rod *kʷel- med betydningen "at rotere, vende rundt" [1] [2] . Talere af det proto-indo-europæiske sprog lånte ikke navnet, men fandt på deres eget for at betegne hjulet, hvilket er grunden til, at i de indoeuropæiske folks sprog, geografisk fjernt fra hinanden, beslægtede af hjulets betegnelse er den samme [3] .
Af ordet "hjul" dannes ordet " vogn ".
I en repræsentativ sammenstilling af de ældste hjulfund påviser Hans J. Holm (2019), at udviklingen af hjulteknologi har fundet sted gennem århundreder, startende med de mest simple legetøjsmodeller. [4] . For eksempel rapporterede den rumænske arkæolog M. Dinu i 1981 fund af lerhjul på legetøjsvogne i Cucuteni-bosættelserne, som han groft daterede til anden halvdel af det 5. årtusinde f.Kr. I Tsyushenskaya-kammergraven ( Wartberg-kulturen ) på en megalitisk plade i midten af det 4. årtusinde f.Kr. e. der blev fundet indgraveringer, der skematisk viser okser spændt til en vogn [5] .
En keramikgryde fra det polske Bronochice med en skematisk fremstilling af vogne med tyre spændt i dem tilhører kulturen af tragtformede bægre og går tilbage til 3635-3370 f.Kr. [6] .
Følgende hjulmodeller blev opdaget af arkæologer A.D. Rezepkin i begravelserne af Maikop-kulturen (Phagugape, Pshikuykhabl, Chishkho [5] ) i Nordkaukasus og A.V. Kondrashov i begravelsen af Novosvobodnenskaya-kulturen i Krasnodar-territoriet (midt-en-4) BC). e.) [7] [5] .
I Ljubljana barje i Slovenien fandt de et hjul lavet af ask med en diameter på 72 cm, som er mere end fem tusind år gammelt (3350-3100 f.Kr.) [8] . Modeller af firehjulede vogne lavet af ler er blevet fundet i to begravelser af den sene Baden-kultur ved Budakalaš og Szigetszentmarton (Østlige Ungarn), som går tilbage til 3300-3100 f.Kr. e. På kulturbopladsen Horgen i Pressehaus (Schweiz) fandt man et hjul med firkantet hul til fastgørelse af en aksel, som roterede sammen med hjulene. Det er blevet dateret af dendrokronologi til 3200 f.Kr. e. I modsætning til fund i Schweiz og Tyskland, i stepperegionen samt i Holland og Danmark, var hullerne i hjulene runde, akslen var fastgjort til vognens krop, hvilket betyder, at der opstod forskellige europæiske traditioner for at lave vogne. selv før 3200 f.Kr. e.
I steppezonen fra Donau-floden i vest til den øvre del af Manych -floden i øst er der cirka 160 begravelser af Yamnaya-kulturen med rester af hjulkøretøjer (hjul, vogne) såvel som deres lermodeller og rester af tegninger. De ældste af fundene er dateret på en kalibreret skala til det XXXII århundrede f.Kr. e. [9]
Følgende referencer til hjulet findes i det gamle Mesopotamien (billede af en vogn i Uruk-5 [5] ) i slutningen af det 4. årtusinde f.Kr. e.
Således taler flere og flere materielle beviser for, at det "allerførste" hjul ikke dukkede op i Mellemøsten, som man tidligere troede, men i Europa [10] .
I Dmitrovsky- højen nr. 6 i Zaporozhye-regionen (Ukraine) ved indgangen til gravkammeret blev der fundet en trævogn af katakombekulturen med et fuldstændigt bevaret hjul, 5 tusind år gammelt [11] [12] .
En tohjulet vogn med et bevaret hjul på 0,6 m i diameter kendes fra katakombebegravelsen "Tyagunova Mogila" (for ca. 5.000 år siden) i Zaporizhia-landsbyen Maryevka [13] . Begge hjul på en tohjulet trævogn fra Yamnaya-kulturens Vagttårnsgrav nær Dnepr (III årtusinde f.Kr.) var lavet af et massivt stykke træ, skåret på langs, med runde huller til akslen og tykke nav [14] .
Den tidligere kendte træskøjtebane , som blev placeret under den transporterede last, kan betragtes som hjulets forgænger. Oprindeligt var hjulet en træskive monteret på en aksel og fastgjort med en kile . Billeder af en slæde med hjul (3000 f.Kr.) blev fundet i Mesopotamien i den sumeriske by Uruk . Ved 2700 f.Kr. e. der optræder også tegninger af vogne . Samtidig begynder sumererne at begrave deres konger sammen med deres vogne . Disse begravelser blev fundet i Kish , Ur , i den elamitiske by Susa .
En firehjulet vogn fra Ulan IV-gravkomplekset i Western Manych Catacomb-kulturen i Rostov-regionen blev lavet i det 23. århundrede f.Kr. [15] . D. Anthony og Vinogradov (1995) daterede en vogn af klassisk type i en begravelse af Sintashta-kulturen i området Crooked Lake ( Chelyabinsk-regionen ) til 2026 f.Kr. e.
I det II årtusinde f.Kr. e. , designet af hjulet bliver forbedret: et hjul med eger dukker op i det sydlige Ural , i Lilleasien - med et nav og en bøjet fælg [16] . Senere, i det første årtusinde f.Kr. e. , begyndte kelterne at bruge en metalfælg for at øge styrken af hjulene på deres vogne , som i den industrielle æra i de fleste køretøjer blev erstattet af gummidæk for stødabsorbering [17] .
På trods af det faktum, at hjulet anses for ukendt blandt civilisationerne i det præ-columbianske Amerika , var nogle folkeslag, såsom inkaerne , tæt på at opdage det. Brugen til konstruktionen af skøjtebanens karakteristiske enheder - et cylindrisk massivt legeme til at komprimere jorden, indikerer afvisningen af brugen af hjulet til transport og ikke fraværet af opdagelsen af hjulets princip. Nogle kulturer (for eksempel olmekerne ) lavede dyrefigurer af keramik og træ på hjul - måske udførte de rituelle funktioner, eller måske var de bare legetøj. Baseret på dette kan det antages, at det første hjul fremstod som et legetøj .
Også før europæernes ankomst var hjulene ikke kendt af de oprindelige folk i Australien og det sydlige Afrika .
Opfindelsen af hjulet bidrog til udviklingen af mange håndværk . Hjulet blev brugt i pottemagerhjulet , møllen , spindehjulet , drejebænken . I kunstvandingsanlæg , i fabrikker , miner osv. blev der brugt vandhjul .
Opfindelsen af hjulet satte skub i udviklingen af videnskaben generelt. Så det bruges i astrolabium og andre videnskabelige instrumenter. Inden for mekanik er tandhjulet meget brugt .
Hjulets betydning i den økonomiske sfære blev afspejlet i dets metaforiske guddommeliggørelse i form af "Evig tilbagevenden", reinkarnation osv. I forskellige kulturer er hjulet et symbol på solens bevægelse , i buddhismen symboliserer det lov og sandhed, symmetri og perfektion af Dharma , fredelige forandringer. Det bevingede hjul er forbundet med fart, vognhjulet med styre og magt. I oldtidens græske og romerske mytologi er et hjul med seks eger en egenskab ved Zeus (Jupiter) som en himmelsk gud [18] .
Hjulet reducerer energiomkostningerne væsentligt ved at flytte lasten på en forholdsvis flad overflade. Ved brug af hjul arbejdes der imod den rullende friktionskraft, som under kunstige vejforhold er væsentlig mindre end den glidende friktionskraft .
De vigtigste kinematiske og dynamiske forhold mellem forskellige dele af hjulet er afledt af at betragte det som et fast legeme og bestemmes baseret på geometriske egenskaber, begyndelsesbetingelser, driftsbetingelser og andre ting. Et hjul betragtes som den enkleste maskine, når det er monteret på en fast eller roterende aksel, der løber gennem dens centrum. Ofte er hjulet installeret for at give bevægelse, i hvilket tilfælde det er en del af køretøjet, hvilket giver bevægelse med stor effektivitet. Hvis akslen er forbundet med to hjul, roterer hjulene, som om de var én krop.
Hjulakslen er en af de seks enkleste mekanismer. Det giver dig mulighed for at opnå en mekanisk fordel ( eng. Mechanical advantage ), ved at øge den påførte kraft på grund af moment . Den nederste linje er, at grebet af mekanismen med jorden kun sker langs hjulsålen, de fungerer som et støttesystem for køretøjet, hvilket reducerer energitab, på trods af sådanne mangler som hjulenes elasticitet og tab af drejningsmoment i lejerne . Ved brug af hjul til forskellige køretøjer er det også nødvendigt at sikre den nødvendige vedhæftning til jorden, hvilket kan opnås ved at bruge korrugerede hjul.
Hjulets geometri er baseret på cirklens geometri . Cirkelparametrene er som følger:
Mere generelt udtryk:
hvor
Problemet med retlinet ensartet bevægelse svarer til problemet med rotation . Afstands-, hastigheds- og accelerationsvariablerne svarer til vinkelvariablerne: henholdsvis vinkel, vinkelhastighed og vinkelacceleration. Alle tre, som det kan ses fra det foregående afsnit, er forbundet af lineære afhængigheder [19] :
Hvor vi sammenfatter alle tre ser:
De tre viste relationer er afledt af hjulets geometri, hvor længden af en cirkelbue afhænger af en given styrevinkel , udtrykt i radianer, ganget med cirklens radius, mens man drejer hjulet en omdrejning, det dækker en afstand lig med omkredsen, hvilket svarer til en styrevinkel i radianer på 2π. Accelerationen forårsaget af en ændring i hastighedens retning kan findes ved at bemærke, at hastigheden laver en fuldstændig retningsændring på samme tid T, som objektet tager for at lave en omdrejning. Så bevæger hastighedsvektoren en bane med længden 2π v hvert T sekund:
Hvor:
Hjulets karakteristika afhænger af kvaliteten af dets vedhæftning til den rullende overflade. Enhver bil har greb på vejen ved kontaktpunktet, således at den relative forskydning af hjulet på det punkt er cirka nul. Hjulets kinematik kan forklares ved følgende udtryk, når vi beskæftiger os med problemet med kontinuummekanik , kan bestemme hastigheden af ethvert punkt V P , ved at kende hastigheden af ethvert andet punkt:
Hvor:
Hjulets vedhæftning til jorden skal være effektiv, da det er indlysende, at hvis hastigheden i kontaktpunktet mellem hjulet og jorden er forskellig fra nul, så vil hjulet glide. Det følger af ovenstående udtryk, at der er en lineær sammenhæng mellem størrelsen af hastigheden på ethvert punkt på jorden og afstanden mellem kontaktpunktet og rotationsplanet. Takket være kendskabet til bevægelsens kinematik kan hastigheden dekomponeres i to komponenter:
Dette opdeler hastighederne i to slags: på den ene side den hastighed, som observatøren ville mærke, hvis han var placeret på selve hjulet, på den anden side hastigheden, hvis han var placeret inde i det bevægelige køretøj. Det er klart, at omdrejningshastigheden af punkterne placeret ved enderne af radierne er lig med den lineære hastighed. Dette kan være intuitivt, da hjulet for at foretage en fuldstændig omdrejning skal tilbagelægge en afstand svarende til længden af dets omkreds [19] .
Sammensætningen af et bilhjul inkluderer en skive, en fælg, et dæk , nogle gange et kammer, monteringsbolte osv., hjulsættet på en jernbanevogn har en aksel og to skiver tæt monteret på en kold måde - deraf navnet hjulsæt
Slid på bildæk er næsten et løst problem (med korrekt indstillede hjulvinkler ); moderne dæk kører over 100.000 km . Et uløst problem er dækslid på flyhjul : når et fast hjul kommer i kontakt med banens betonbelægning med en hastighed på flere hundrede kilometer i timen , opstår der et enormt dækslitage.
I den almindeligt anerkendte bilterminologi [ 20] kaldes kun samlingen placeret mellem navet og dækket (se fig.) et hjul , som igen består af en fælg , som dækket sidder på, og en skive eller eger der tjener til at forbinde fælgen med nav.
På trods af dette kalder bilister i hverdagen meget ofte hjulet i denne forstand for en "fælg" ("alufælge", "alufælge" og så videre).
Hjulene på de første biler var i det væsentlige ikke forskellige fra hestevogne og var lavet af træ. Efterfølgende dukkede hjul op med en metalfælg og træeger, samt med metaltrådeger, som motorcykelhjul. Dæk lignede oprindeligt solide gummibånd, senere, efterhånden som hastighederne steg, blev de erstattet af pneumatiske dæk, hvis profilhøjde var konstant stigende indtil 1960'erne, hvilket øgede kørekomforten og køretøjets bæreevne. Gummibånd kunne findes på lastbiler så tidligt som i 1920'erne, og solide dæk kan stadig bruges på militærkøretøjer i dag - gummidæk , først udviklet til pansrede køretøjer under Første Verdenskrig.
Fra 1920'erne begyndte egerhjul gradvist at blive erstattet af hjul med stemplede metalskiver, som var enklere og billigere at fremstille. Allerede i midten af det næste årti blev de de facto-standarden, men nogle steder, for eksempel i USA, fortsatte "talte" med at bevare en vis popularitet blandt købere af dyre biler indtil 1950'erne og 1960'erne som ekstraudstyr eller endda en fabriksmulighed (i nogle tilfælde og i 1980'erne - 1990'erne blev f.eks. fabriks-eger hjul tilbudt på Cadillac Deville Brougham indtil 1996). I dag forbindes det primært med klassiske biler og lowrider- subkulturen .
I 1960'erne dukkede hjul op som en sportsmulighed, helt eller delvist støbt af en let legering, aluminium eller magnesium . I dag leveres næsten de fleste biler med dem.
Uden gear (gear) kan mange mekanismer ikke fungere. Disse omfatter ure (inklusive håndleds-, væg- og tårnure), vækkeure , vand- og vindmøller , slotte , sluser , kabelbaner og mange andre.
Menneskelige opfindelser optræder ofte som efterligninger af naturen (for eksempel lignede tidlige flydesigns fugle) [22] men der er meget få designs i naturen, der ligner et hjul. Forskere tilskriver dette det faktum, at [23] :
G. Scholz [24] lister som mulige analoger til hjulet:
Der er mange flere eksempler på passiv rolling i naturen. Scholz påpeger især:
På det mikroskopiske niveau har bakterier en biokemisk mekanisme for aksial rotation ( flagellum ), men bakterier "ruller" ikke rundt om akse-flagellen i bogstavelig forstand af dette verbum [23] , der er ingen analoger til flagellen i det makroskopiske verden.
Som det nærmeste eksempel (og mulige prototype) på et hjul peger Scholz på møgbillen , som ruller dyreekskrementer til en kugle og derefter ruller den ind i et hul. Samtidig holder et par bagben bolden fra to modsatte sider og danner en analog af aksen [25] .
Røde blodlegemer i blodkar danner komplekse strukturer, der ruller som et hjul, både langs væggene i blodkarrene og i plasma , hvilket fører til et fald i modstanden mod blodgennemstrømningen. Fænomenet blev opdaget af den sovjetiske videnskabsmand A. L. Chizhevsky i 1951 [26]
Et hjul i heraldik er en kunstig ikke-heraldisk figur dannet af en ring med stråler, der udgår fra center- egerne . Figuren kan også suppleres med en anden ring, eller en kugle (bezant) i midten. Antallet og formen af strålerne, ringens og kuglens form varierer meget og danner en lang række varianter af denne figur. Det kunstneriske billede kan suppleres med andre elementer, såsom vinger, pile mv.
I den heraldiske beskrivelse kan hjulet blazoneres som en ring , og derfor betragter nogle heraldikere det ikke som en selvstændig heraldisk figur.
I moderne heraldik er brugen af følgende variationer af hjulet ud over simpelt kendt:
På våbenskjoldene og flagene fra nogle lande, byer, kommunale distrikter osv. er der gear eller deres segmenter (for flere detaljer, se her ).
Vietnams våbenskjold
Emblem af Burkina Faso (1984 - 1997)
Mongoliets emblem
Indiens emblem
Billedet af hjulet på emblemet for Roszheldors afdelingssikkerhed ( Petlichny-skilt ) [29]
Hjulet er en vigtig vexillologisk figur i det moderne Indiens flag og emblem. I dette tilfælde symboliserer det loven ( dharma ). Hjulet er placeret på sigøjnerflaget , der symboliserer sigøjnernes nomadiske liv og deres indiske rødder. Det er også til stede på Mongoliets emblem , der henviser til buddhismen .
Indiens flag
Sigøjner flag
Ordbøger og encyklopædier |
|
---|---|
I bibliografiske kataloger |