«Колесо: из истории открытия и до наших дней»

«Колесо: из истории открытия и до наших дней»

Автор: ,

МАОУ СОШ № 6, 10 а класс

Руководитель: ,

учитель физики, МАОУ СОШ № 6

Занимаясь в  кружке робототехники, я изучил принцип действия различных механизмов и научился конструировать роботов. Я  заметил, что принцип движения роботов  основан на использовании различных механических передач, в основе которых лежит простое колесо.  Заинтересовавшись этим, я  выбрал тему для проекта: «Колесо: из истории открытия и до наших дней».

В наше время одним из самых удивительных аспектов изобретений является беспрестанно увеличивающаяся скорость, с которой новые идеи и новые технологии внедряются в практику, новшества устаревают так быстро, что о многих из них мы забываем, едва успев к ним привыкнуть. Но есть изобретения, которые не устареют никогда. К ним относится самое обычное, известное всем с раннего детства колесо.

Заинтересовавшись этой  темой, я поставил перед собой цель: рассмотреть историю открытия и совершенствования колеса, изучить принцип его работы и применения в различных видах передач

Гипотеза:  предполагаю,  что многие механизмы используют в своей работе различные виды передач, основанные на применении колеса.

В основной части своего проекта я рассмотрел следующие вопросы:

Что такое колесо и его геометрия, рассмотрел историю открытия колеса и его совершенствование. Что такое механические передачи, принцип их работы  и их применение.

Колесом — свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, позволяющий поставленному на него телу катиться, а не скользить. Широко применяется для транспортировки грузов, повсеместно используется в различных механизмах и инструментах. Проблемой быстрого передвижения человек начал озадачиваться довольно рано. Археологические находки, в числе которых были и первые колеса, которые находили вместе со скелетами вьючных животных, относятся к бронзовому веку – 3500-4000 лет до н. э. В те времена наиболее высокий уровень развития был у племен древних шумеров, которые обитали на территории Месопотамии. По мнению историков, первое колесо было изобретено именно там.

Колесо – это механизм, который совершенно не был похож ни на что другое, что служило для передвижения в те времена. Колесо, по сути, являлось непрерывной системой рычагов. Конец каждой спицы соприкасается с землей, и осуществляет толчок. Так преодолевается сила трения, а полезная нагрузка идет на ось. Обод помогает распределять нагрузку равномерно и постепенно преодолевать трение.

В последующие столетия технология колесных повозок распространилась по всему миру. Конструкция обрастала новыми деталями. Сначала колесо наглухо крепилось к оси. Естественно, повозка на таких колесах не могла поворачивать, поэтому, когда надо было изменить траекторию движения – задок повозки «заносили» вручную. К концу Бронзового века в обращении появились колеса, которые свободно вращались вокруг своей оси. Позже изобрели поворотные колеса.

Для улучшения качества хода по дорогам, приходилось совершенствовать и колесо. Так появились железные обода колес, колесные цепи, система привода. Шины для колес появились только в середине 18 века. Для изготовления первых шин использовалась плотная ткань, например, парусина. Позднее в 19 веке были изготовлены современные покрышки, которые позволили развить большие скорости и уменьшить действия вибраций.

При работе над проектом я провёл практическую работу по теме: «Измерение и расчет коэффициента трения скольжения и качения с использованием модульной системы». Из опыта подтвердилось, что при увеличении силы реакции опоры сила трения тоже увеличивается,  но в тележке без колёс  она будет больше, чем в тележке с колёсами. При этом коэффициент трения остается одинаковым,  но в тележке без колёс он  больше, чем в тележке с колёсами. Объясняется это тем, что при использовании колеса площадь соприкосновения с поверхностью минимальная, поэтому  и коэффициент трения будет меньше.

  В своём проекте я изучил три вида передач, которые встречались мне в робототехнике это:

зубчатая  –  предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот; червячная –  для существенного увеличения крутящего момента; ременная  -  для передачи больших скоростей.

Чтобы  наглядно убедиться в работе механических передач, я сконструировал  робота и применил в нём изученные мной передачи. В результате робот может поворачивать, благодаря червячной передаче, и ехать благодаря -  зубчатой,  в самом же моторе применена ременная передача, которая приводит в действие все установленные  на роботе передачи. В работоспособности моего робота вы можете убедиться, посмотрев видео с его участием.

Завершив работу над своим проектом, обобщив и систематизировав доступную мне информацию, я достиг поставленной цели: лучше узнал механизм работы  передач, в основе которых лежит колесо. Это  означает, что моя гипотеза подтвердилась. Продуктом данной работы явилось создание презентации, которую можно использовать на уроках физики в школе по теме «Механические передачи» и создание робота.