Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Лебедка является хорошо известным применением колеса и оси.

Колесо и ось представляет собой машину , состоящий из колеса , прикрепленного к меньшей оси так , что эти две части вращаются вместе , в которых сила передается от одного к другому. Колесо и ось можно рассматривать как вариант рычага с движущей силой, приложенной по касательной к периметру колеса, и силой нагрузки, приложенной к оси, соответственно, которые уравновешиваются вокруг шарнира, который является точкой опоры.

История [ править ]

Дополнительная информация: Колесо

Халаф культура 6500-5100 BCE была зачислена с самым ранним изображением колесного транспортного средства, но это сомнительно , поскольку нет никаких доказательств Halafians с использованием либо колесных транспортных средств или даже гончарного колеса. [1]

Одним из первых появившихся применений круга стал гончарный круг , который доисторические культуры использовали для изготовления глиняных горшков. Самый ранний тип, известный как «турнетты» или «медленные колеса», был известен на Ближнем Востоке к 5-му тысячелетию до нашей эры. Один из самых ранних образцов был обнаружен в Тепе Пардис, Иран , и датирован 5200–4700 годами до нашей эры. Они были сделаны из камня или глины и прикреплены к земле штифтом в центре, но для поворота требовалось значительное усилие. Настоящие гончарные круги, которые свободно вращаются и имеют колесико-осевой механизм, были разработаны в Месопотамии ( Ирак ) к 4200–4000 годам до нашей эры. [2] Самый старый из сохранившихся образцов, найденный в Уре.(современный Ирак ), датируется примерно 3100 годом до нашей эры. [3]

Свидетельства колесной техники появились к концу 4 - го тысячелетия до нашей эры . Изображения колесных повозок, найденные на пиктограммах на глиняных табличках в районе Эанна в Уруке , в шумерской цивилизации Месопотамии, датируются 3700–3500 гг. До н. Э. [4] Во второй половине 4-го тысячелетия до нашей эры свидетельства колесных транспортных средств появились почти одновременно на Северном Кавказе ( Майкопская культура ) и Восточной Европе ( Кукутень-Трипольская культура ). Изображения колесной повозки появились между 3500 и 3350 годами до нашей эры в глиняном горшке Броночице.раскопаны в поселении культуры воронкочек на юге Польши . [5] В соседней Ольшанице была построена дверь шириной 2,2 м (были построены двери шириной 2,2 м) для входа в вагон; сарай имел длину 40 м и имел 3 двери. [6] Сохранившееся свидетельство комбинации колесо-ось из Старе Гмайне около Любляны в Словении ( деревянное колесо Люблянских болот ) датируется с точностью до двух стандартных отклонений 3340–3030 гг. До н.э., ось - 3360–3045 гг. До н.э. [7] Известны два типа европейских колес и осей раннего неолита; circumalpineтип конструкции повозки (колесо и ось вращаются вместе, как в Люблянском колесе болот) и баденской культуры в Венгрии (ось не вращается). Они оба датируются c. 3200–3000 гг. До н. Э. [8] Историки считают, что распространение колесных транспортных средств с Ближнего Востока в Европу произошло примерно в середине 4-го тысячелетия до нашей эры. [9]

Ранний образец деревянного колеса и его оси был найден в 2002 году на Люблянских болотах примерно в 20 км к югу от Любляны , столицы Словении. Согласно радиоуглеродному датированию , ему от 5100 до 5350 лет. Колесо было изготовлено из ясеня и дуба и имело радиус 70 см, а ось длиной 120 см была изготовлена ​​из дуба. [10]

В римском Египте , Герон Александрийский определил колесо и ось в качестве одного из простых машин , используемых для весов подъема. [11] Предполагается, что он имел форму лебедки, которая состоит из кривошипа или шкива, соединенного с цилиндрическим цилиндром, который обеспечивает механическое преимущество для наматывания троса и подъема груза, такого как ковш, из колодца. [12]

Колесо и ось были определены учеными эпохи Возрождения как одна из шести простых машин, взяв за основу греческие тексты по технике. [13]

Механическое преимущество [ править ]

Простая машина называется колесо и ось относится к узел , образованный двумя дисками, или цилиндров, разного диаметра , установленных таким образом , они вращаются вместе вокруг одной и той же оси. Тонкий стержень, который нужно повернуть, называется осью, а более широкий объект, прикрепленный к оси, к которой мы прикладываем силу, называется колесом. Тангенциальная сила, приложенная к периферии большого диска, может оказывать большее усилие на нагрузку, приложенную к оси, обеспечивая механическое преимущество . При использовании в качестве колеса в виде колесного транспортного средства , меньший цилиндр является осью колеса, но при использовании в лебедке , лебедках, и другие подобные применения (см. средневековый горный подъемник справа) меньший цилиндр может быть отделен от оси, установленной в подшипниках. Его нельзя использовать отдельно. [14] [15]

Предполагая, что колесо и ось не рассеивают и не накапливают энергию, то есть не имеют трения или упругости , мощность, подводимая силой, приложенной к колесу, должна равняться выходной мощности на оси. Когда система колеса и оси вращается вокруг своих подшипников, точки на окружности или крае колеса перемещаются быстрее, чем точки на окружности или крае оси. Следовательно, сила, приложенная к краю колеса, должна быть меньше силы, приложенной к краю оси, потому что мощность является произведением силы и скорости. [16]

Пусть a и b - расстояния от центра подшипника до краев колеса A и оси B. Если входная сила F A приложена к краю колеса A, а сила F B - на краю колеса. ось B - это выход, тогда отношение скоростей точек A и B определяется как a / b , поэтому отношение выходной силы к входящей силе или механическое преимущество определяется выражением

Механическое преимущество простой машины, такой как колесо и ось, вычисляется как отношение сопротивления к усилию. Чем больше отношение, тем больше создаваемая сила (крутящий момент) или достигнутое расстояние. Изменяя радиусы оси и / или колеса, можно получить любое механическое преимущество. [17] Таким образом, размер колеса может быть увеличен до неудобной степени. В этом случае используется система или комбинация колес (часто зубчатых, то есть шестерен ). Поскольку колесо и ось представляют собой тип рычага, система колес и осей подобна составному рычагу. [18]

Идеальное механическое преимущество [ править ]

Механическое преимущество колеса и оси без трения называется идеальным механическим преимуществом (IMA). Он рассчитывается по следующей формуле:

Фактическое механическое преимущество [ править ]

Все настоящие колеса имеют трение, которое рассеивает часть мощности в виде тепла. Фактическое механическое преимущество (АМА) колеса и оси вычисляется по следующей формуле:

куда

КПД колеса, отношение выходной мощности к входной.

Ссылки [ править ]

  1. ↑ В. Гордон Чайлд (1928). Новый свет древнейшего Востока . п. 110.
  2. ↑ DT Potts (2012). Товарищ по археологии древнего Ближнего Востока . п. 285.
  3. ^ Мури, Питер Роджер Стюарт (1999) [1994]. Древние месопотамские материалы и промышленность: археологические свидетельства . Озеро Вайнона, Индиана: Айзенбраунс. п. 146. ISBN. 978-1-57506-042-2.
  4. ^ Аттема, Пенсильвания; Лос-Вейнс, штат Массачусетс; Перс, Н. Д. Маринг-Ван дер (декабрь 2006 г.). «Броночице, Флинтбек, Урук, Джебель Аруда и Арслантепе: самые ранние свидетельства наличия колесных транспортных средств в Европе и на Ближнем Востоке» . Палеохистория . Университет Гронингена . 47/48: 10–28 (11). ISBN 9789077922187.
  5. ^ Энтони, Дэвид А. (2007). Лошадь, колесо и язык: как всадники бронзового века из евразийских степей сформировали современный мир . Принстон, Нью-Джерси: Издательство Принстонского университета. п. 67 . ISBN 978-0-691-05887-0.
  6. ^ "35. Olszanica Longhouse 6: Почему у него широкие двери?" . 2018-10-26.
  7. ^ Велушчек, А .; Чуфар, К. и Зупанчич, М. (2009) "Prazgodovinsko leseno kolo z osjo s kolišča Stare gmajne na Ljubljanskem barju", стр. 197–222 в A. Velušček (ред.). Koliščarska naselbina Stare gmajne in njen as. Люблянско барье v 2. polovici 4 . tisočletja pr. Kr. Opera Instituti Archaeologici Sloveniae 16. Любляна.
  8. ^ Фаулер, Крис; Хардинг, Ян и Хофманн, Даниэла (ред.) (2015). Оксфордский справочник неолитической Европы. ОУП Оксфорд. ISBN 0-19-166688-2 . п. 109. 
  9. ^ Аттема, Пенсильвания; Лос-Вейнс, штат Массачусетс; Перс, Н. Д. Маринг-Ван дер (декабрь 2006 г.). «Броночице, Флинтбек, Урук, Джебель Аруда и Арслантепе: самые ранние свидетельства наличия колесных транспортных средств в Европе и на Ближнем Востоке» . Палеохистория . Университет Гронингена . 47/48: 10–28 (19–20). ISBN 9789077922187.
  10. ↑ Александр Гассер (март 2003 г.). «Самое древнее колесо в мире найдено в Словении» . Управление связи правительства Республики Словения . Проверено 19 августа 2010 года .
  11. ^ Ашер, Эбботт Пейсон (1988). История механических изобретений . США: Courier Dover Publications. п. 98. ISBN 048625593X.
  12. ^ Elroy McKendree Avery, Физика элементарных , НьюЙорк: Шелдон & Company, 1878.
  13. Перейти ↑ Wheel and Axle, The World Book Encyclopedia, World Book Inc., 1998, стр. 280–281
  14. ^ Пратер, Эдвард Л. (1994), Основные машины , военно-морское образование и обучение, Центр профессионального развития и технологий, NAVEDTRA 14037
  15. ^ Бюро военно-морского персонала, 1971, Основные машины и как они работают , Dover Publications.
  16. ^ JJ Uicker, GR Pennock и JE Shigley, 2003, Теория машин и механизмов, Oxford University Press, НьюЙорк.
  17. ^ Баузер, Эдвард Альберт, 1890, Элементарный трактат по аналитической механике: с многочисленными примерами. (Родом из Мичиганского университета) D. Van Nostrand Company, стр. 190
  18. ^ Бейкер, CE Принципы и практика статики и динамики ... для использования школ и частных студентов. Лондон: Джон Уил, 59 лет, Хай Холборн. 1851 с. 26–29 читать онлайн или скачать полный текст

Дополнительные ресурсы [ править ]

Основные машины и как они работают, США. Бюро военно-морского персонала, Courier Dover Publications 1965, стр. 3–1 и следующий предварительный просмотр в Интернете.