Не круглое колесо
При этих качествах выносливости и повышенной проходимости, и на ровной поверхности, автомобиль с квадратными колёсами должен был чувствовать себя превосходно. И это правильно, ведь чем лучше будут изучены свойства треугольника Рёло, тем больше возможностей будет открываться для их использования в нашей жизни. Сам изобретатель уверен, что новая модель будет пользоваться популярностью, поскольку, чтобы передвигаться на таком велосипеде, требуется больше усилий, а значит, это в какой-то степени может заменить спортивную нагрузку. Внешнее большое колесо, вообще говоря, не должно быть обязательно круглым. А раз уж на склон подниматься одинаково на обоих вариантах формы колеса одинаково, то и не стоит оно того.
Это так называемый параллелограмм сил. Если путь наклонен по отношению к горизонту на сорок пять градусов, часть веса, давящая на рельсы, будет равна той части, которую должен преодолеть двигатель локомотива. Дело даже не в двигателе. Локомотив движется, отталкиваясь колесами от рельсов.
Колеса отталкиваются за счет трения скольжения. Но мы уже говорили в самом начале, что коэффициент трения ни при каких условиях не может быть больше единицы. Именно поэтому при строительстве железных дорог затрачиваются огромные усилия и средства на создание насыпей. Это необходимо, чтобы железнодорожный путь не имел слишком крутых подъемов и спусков. Как быть, если надо поднять груз на вершину горы?
Часто поступают так: используют не гладкие рельсы, а рельсы, имеющие форму своеобразной лестницы. Что происходит в этом случае, хорошо видно из рисунка. Колеса не катятся по рельсам, а как бы взбираются по ним, переступая с зубца на зубец.
Колеса подобной формы получили название зубчатых, а рельсы — уже не рельсы, а зубчатые рейки. Здесь для отталкивания колеса от рельсов совсем не используется трение, в том числе и трение скольжения. Зубец колеса давит на очередной зубец рейки, причем таким образом, что сила этого давления направлена вертикально вниз или под достаточно малым углом к вертикали.
Иными словами, сила давления зубца колеса на зубец рейки почти полностью уравновешивает вес поднимаемого груза.
И вот тут возникает одна интересная задача. Поднимать груз в гору и без того тяжело. Поэтому хотелось бы не затрачивать дополнительные усилия на преодоление трения скольжения. Иными словами, хотелось бы, чтобы поверхность зубца колеса катилась бы по поверхности зубца рейки. Ну, что — неразрешимая задача? Ведь мы только что договорились, что в нашей конструкции ничто ни по чему не катится, а зубцы просто отталкиваются друг от друга.
А теперь желаем, чтобы они еще и катились друг по другу. И все же оказывается, что Двум, на первый взгляд, столь противоречивым требованиям можно удовлетворить.
Правда, от читателя мы ждем теперь, что он проявит максимум воображения. Вспомним основное свойство качения. Мы говорим, что одна поверхность катится по другой в том и только в том случае, если две соприкасающиеся точки, как говорят инженеры, профилей этих поверхностей оставались неподвижными друг относительно друга. Поставленное нами требование распадается на два самостоятельных.
Первое состоит в том, чтобы профили поверхностей зубца колеса и зубца рейки соприкасались в одной-единственной точке так же, как соприкасаются окружность и плоскость. Этому требованию удовлетворить относительно просто. Нужно сделать профили поверхностей зубцов криволинейными и выпуклыми. Это ясно из рисунка.
Второму требованию к относительной неподвижности соприкасающихся точек удовлетворить труднее. И все же попробуем это сделать. Возьмем и привяжем наши точки к нитке.
Вот теперь читатель уже окончательно потерял терпение — ведь речь идет о мысленных точках, в которых соприкасаются геометрические кривые. Как можно привязать мысленную точку к нитке? Но и нитка тоже может быть мысленной. А в общем, давайте попробуем. Вспомним только, что наше колесо, хоть оно и не круглое, все же остается колесом в том смысле, что оно вращается вокруг оси. Наденем на ось катушку, если угодно, тоже мысленную, и протянем нитку. А на нитке завяжем два соприкасающихся друг с другом узелка, которые пусть и представляют собой наши точки.
Все это тоже изображено на рисунке. Потянем нитку за свободный конец — и колесо повернется, поднимая вагончик по рейке. Нитка при этом разматывается с катушки и перемещается в пространстве. Ясно, что два узелка на одной и той же натянутой нитке неподвижны друг относительно друга. Вот мы и решили задачу. Зубец колеса катится по зубцу рейки в том случае, если форма зубца, а точнее, его профиль, представляет собой именно ту кривую, которую описывает в пространстве узелок, завязанный на нитке, разматывающейся с катушки, при условии, что катушка вращается относительно той же оси, что и колесо.
Подобные кривые называются эвольвентами, что в переводе на русский язык означает «разматывающиеся». Можно было бы и не говорить, что форму профиля второго зубца — зубца рейки — опишет второй узелок, завязанный на той же нитке. Вот, оказывается, какие бывают колеса!
Её суть была в прерывистой передаче постоянного вращательного движения на вал. В тот момент широкого распространения изобретение не получило, но в наши дни такие вещи можно встретить в различных механизмах, например, в танках гусеничного типа, в моторе автомобиля и много где ещё.
Первую теорию о широком использовании некруглых колёс выдвинул Франц Рёло, показав всему миру треугольник Рёло.
Его особенность в том, что эта фигура относится к простым фигурам с постоянной шириной, то есть при её правильном вращении по скруглённому квадрату, она всегда будет касаться трёх его сторон. Сегодня существует четыре основных вида некруглых колёс: квадратные, треугольные, эллипсоидные шагающие , колёса гусеничного типа. Применение их в современной жизни очень распространено.
Ниже приведены примеры таких колёс. 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? 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.
