Физика колеса

Колесо существенно уменьшает затраты энергии на перемещение груза. При использовании колеса работа совершается против силы трения качения, которая обычно существенно меньше, чем сила трения скольжения. Покрышка - это отдельная от колеса деталь, дополнительная. Износ покрышек автомобилей является почти решённой проблемой. Современные покрышки проезжают свыше 100000км. Нерешённой проблемой является износ покрышек у колёс самолётов. При соприкосновении неподвижного колеса с бетонкой на скорости в несколько сотен километров в час износ покрышек - огромен.

История колеса

Колесо древней повозки

Первые упоминания о колесе встречаются в Месопотамии в 4-м тысячелетии до н. э. Предшественником колеса можно считать известный до этого деревянный каток, который подкладывался под перемещаемый груз. Первоначально колесо представляло собой деревянный диск, насаженный и зафиксированный на оси клином. Изображения салазок с колесиками (зооо г. до н. э.) найдены в Междуречье в шумерском городе Урук. К 2700 году до н. э. там же появляются рисунки повозок. В это же время шумеры начинают хоронить своих царей вместе с колесницами. Эти погребения найдены в Кише, Уре, в эламском городе Сузы. Во 2-м тысячелетии до н. э. конструкция его совершенствуется: появляется колесо со спицами, ступицей и гнутым ободом. Позднее, в 1-м тысячелетии до н.э. кельтами для увеличения прочности колёс своих колесниц стали применять металлический обод, который затем в транспортных машинах был заменен резиновыми шинами для амортизации.

Несмотря на то, что колесо не было известно среди цивилизаций доколумбовой Америки, некоторые народы, например Инки, вплотную приблизились к его открытию. Также до прихода европейцев колеса не знали коренные народы Австралии и южной Африки.

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.

Важное значение колеса в хозяйственной сфере отразилось в его метафорическом обожествлении в виде «Вечного возвращения», реинкарнации и т. д.

Колесо современного автомобиля. В июле 2001 года на колесо был получен инновационный патент со следующей формулировкой: «круглое устройство, применяемое для транспортировки грузов». Этот Патент был выдан Джону Кэо, юристу из Мельбурна, который хотел тем самым показать несовершенство современной патентной системы.

Изобретение колесниц

Колесницы были древнейшим способом использования лошадей на войне, а также древнейшим видом военной техники вообще. Как свидетельствуют изображения на Штандарте из Ура, появились они около 2600 лет до нашей эры.

Для создания колесниц требовалось два изобретения: лошади и лёгкое колесо со спицами, позволяющее создавать быстроходные повозки. Его-то, предположительно, изобрели шумеры. Лошади же были одомашнены к тому времени по крайней мере уже 3000 лет.

Древнейшая месопотамская прото-колесница имела двухместную коляску и была еще двухосной, но уже включала такой характерный элемент конструкции, как высокий щит, защищавший спереди экипаж из двух человек. К колеснице крепилась коробка с запасом дротиков. В отличие от подлинных колесниц, у шумерских прото-колесниц не было спиц и они были менее маневренны.

Самое раннее изображение шумерской прото-колесницы, Урский штандарт, ок. 2600 г. до н.э.Шумерская колесница имела упряжку из четырёх лошадей, — но таких маленьких, что некоторые исследователи на основании барельефов предположили, что это скорее куланы или даже ослы, чем лошади. Но, — нет, — это лошади. Просто, ещё очень маленькие.

На самом деле, дикие предки лошади размером, как раз, с крупного осла и были, — около 120 см в холке. И за первые 3000 лет разведения лошадей ни чего для исправления такого положения дел предпринято не было. Лошади использовались, как вьючные животные, и увеличивать их рост не требовалось.

Однако, основным оружием колесницы уже тогда служили копыта лошадей. Двухсоткилограммовые шумерские кони могли давить врагов, — барельефы отражают это. Хотя, конечно, давить они могли только бегущих врагов. Да и сообщить колеснице высокую скорость способны ещё не были.

Впрочем, упущение, в силу которого колесничные лошади могли быть приняты за ослов, было исправлено очень быстро. В начале II тысячелетия колесницы стали использоваться и в Египте, и на Египетских рисунках уже видны рослые лошади. За 4-5 веков рост колесничных лошадей был доведен до 160 см.

Честь же изобретения "настоящих", классических колесниц приписывается ранним индо-европейским племенам, кочевавшим на юге России. Именно из этой степной зоны распространились они по всему миру - в Митанни, Китае и Европе. Самые ранние колесницы были обнаружены в захоронениях индо-европейских племен на территории Южного Урала. Как известно, арийские племена хоронили своих воинов вместе с лошадьми прямо в колесницах. Древнейшая известная ученым колесница классического типа обнаружена в районе Кривого Озера (Челябинская область), на археологическом объекте синташтинской культуры, и датируется 2000 г. до н.э.

Египетские колесницы

В Египте строили колесницы несколько иного вида, — более легкой конструкции, явно более быстрые, часто с одноместной коляской, запряженной одним или двумя крупными конями.

Действовали древнейшие египетские колесницы, однако, намного менее эффективно, чем месопотамские, — обстрелом из лука, а не наездом. В бою колесницы разъезжали вдоль строя пехоты, изредка постреливая с коротких остановок, и воодушевляли войско своим видом. При неблагоприятном развитии событий колесница позволяла вождю быстро покинуть место действия.

Отказ египтян от наезда был предопределен, конечно, не с качествами египетских коней, а с качествами самих египтян. Грозная тактика наезда была связана со слишком большим риском для самих колесничных бойцов, — кони могли быть убиты, либо коляска могла опрокинуться, наехав на чьё-то тело, и экипаж при этом в лучшем случае оказывался в гуще врагов. В Египте же войска возглавлялись чиновниками духовного звания, которые в бою разумно старались держаться позади. Кроме того, египтяне в то время еще не использовали доспехов.

У египтян, да и, вообще, у большинства народов колесницы долгое время выполняли только представительские функции.

Впрочем, вскорости за представительскими, в Египте появились и настоящие боевые колесницы. Причем произошло это весьма неприятным для египтян образом.

В XVIII веке до новой эры в Египет с Палестины вторглись кочевые племена гиксосов. Пехота гиксосов представляла собой обычный варварский сброд, но вожди этого народа явились на боевых колесницах.

Управлял колесницей еще сам вождь, возницы не было, но гиксосы использовали наезд. И, хотя, колесниц у гиксосов едва ли могло быть более сотни, но этого хватало чтобы если не затоптать, то рассеять египетские отряды. Палицы, лёгкие стрелы и медные наконечники копий египтян еще как-то годились против людей, но боевым коням гиксосов не могли причинить ни какого вреда. Египет оказался завоеван силами пары сотен лошадей и небольшой толпы варваров.

При гиксосских фараонах, и после свержения этой династии, главной силой египетского войска стали двухместные колесницы, подобные тем, что в ту пору составляли и ядро месопотамских армий. А так как производство колес нового вида не было связано с освоением принципиально новых технологий, умение делать колеса со спицами быстро распространялось по миру.

Самой крупной колесничной битвой в истории считается Битва при Кадеше (1299 г. до н.э.), в которой со стороны египтян и хеттов участвовало пять тысяч колесниц.

Колесницы в Европе

В конце II, начале I тысячелетия до н. э. легкие колеса появились на юге Европы, в Причерноморье и в Индии. В середине этого же тысячелетия, колесницы появились в Западной Европе и в Китае.

На Ближнем Востоке к середине I тысячелетия до н. э. колесницы потеряли свое значение, но в Индии македонцев встретили вполне укомплектованные и многочисленные колесничные отряды, — в армии царя Пора имелось 300 колесниц на 30000 войска, но индийские и были двухместными, не имели серпов, не бронировались и стремились действовать обстрелом.

В Китае сильные трехместные колесницы использовались до конца II века до нашей эры. Причем, основным способом атаки был именно наезд.

Гонки

Гонки в Древней Греции

Точно не установлено, когда и где начали устраивать гонки на колесницах как спортивное состязание. Вероятно, этим гонкам столько же лет, сколько и самим колесницам. По изображениям на керамике нам известно, что такое развлечение существовало уже в Микенах, но первое литературное упоминание о колесничных гонках принадлежит Гомеру — они описаны в двадцать третьей книге «Илиады» и происходят на играх в честь похорон Патрокла. В той гонке участвовали Диомед, Евмел, Антилох, Менелай и Мерион. Гонку в один круг, устроенную вокруг пня от срубленного дерева, выиграл Диомед. В качестве приза он получил рабыню и медный котёл.

Гонки на колесницах также считаются первым олимпийским видом спорта. По одной из легенд, царь Эномай вызывал на гонку всех претендентов на руку его дочери Гипподамии. Один из них, по имени Пелоп, сумел выиграть эту гонку, а затем стал устраивать в честь своей победы спортивные игры, с которых начались Олимпиады.

В древних Олимпиадах, как и в других Всегреческих играх, было два вида колесничных гонок (по числу лошадей в упряжке): на колесницах-четвернях («тетрипон») и на парных колесницах («синорис»). Кроме количества лошадей, эти виды гонок ничем не отличались. Впервые гонки на колесницах как вид состязания были введены на Олимпиадах в 680 году до н. э. (на самом деле, конечно, Олимпийские игры начались не с них).

Гонка начиналась с торжественного въезда на ипподром, в то время как глашатай объявлял имена наездников и владельцев. Ипподром в Олимпии имел до 600 метров в длину и до 200 метров в ширину, в одном заезде могли участвовать до 60 колесниц (хотя обычно их было гораздо меньше). Ипподром был устроен перед холмом, на котором могли стоя разместиться до 10 000 зрителей. Гонка состояла из 12 кругов по ипподрому, с резкими разворотами вокруг столба на каждом конце.

Применялись различные механические устройства, например, стартовые ворота («гисплекс»), опускавшиеся для старта гонки. Согласно Павзанию (греческий географ II века н. э.), эти ворота были изобретены архитектором Клеотом. Ворота были расположены уступом и открывались последовательно, начиная с дальних от середины ипподрома дорожек. Колесница из первых открытых ворот начинала разгоняться, а когда она равнялась со следующими воротами, они тоже открывались, давая старт очередной колеснице, и так далее. Когда открывались последние ворота, все колесницы находились примерно на одной линии, но имели разную скорость.

Были и другие устройства, называвшиеся «орёл» или «дельфин», их использовали для отсчёта кругов гонки. Вероятно, это были бронзовые фигуры, установленные на столбах у стартовой линии. Перед стартом их поднимали, а затем опускали по одному, показывая гонщикам, сколько осталось кругов.

В отличие от остальных Олимпийских состязаний, колесничие не соревновались обнажёнными. Возможно, так делалось ради безопасности - аварии случались нередко, да и пыли немало поднималось из-под копыт и колёс. Гоночные колесницы были сделаны по подобию боевых колесниц (которые к тому времени уже не использовались в битвах) — деревянная повозка с двумя колёсами, открытая сзади. Колесничий стоял на ногах, но сама повозка не имела никаких рессор и устанавливалась прямо на оси, так что езда была тряская.

Для зрителей самой захватывающей частью гонок было прохождение поворотного столба в конце ипподрома. Разворот был опасным манёвром, иногда смертельно опасным. Если соперники не успевали опрокинуть чужую колесницу до вхождения в поворот, то они могли протаранить или даже переехать её вместе с наездником и лошадьми прямо в момент огибания столба. Преднамеренный таран противника для разрушения или опрокидывания его колесницы формально запрещался правилами гонок, но поделать с этим ничего не могли (ещё в гонке на похоронах Патрокла Антилох выбил Менелая из заезда, разбив его колесницу). Аварии нередко происходили и просто так, без злого умысла соперников.

Гонки колесниц уступали в престижности «стадиону» (соревнования по бегу), но все же считались более важными, чем другие конные состязания, например, верховые скачки, которые были вскоре исключены из Олимпийских Игр.

В микенские времена гонщик-возница сам являлся владельцем колесницы, поэтому приз получал непосредственный победитель гонки. Но уже ко времени Всеэллинских игр владельцы колесниц обычно имели рабов-возниц, и приз доставался владельцу. Арсецил, царь Кирены, выиграл гонку колесниц на Пифийских играх в 462 году до н. э., когда его раб-возница единственным доехал до финиша. В 416 году до н. э. афинский военачальник Алкивиад выставил на гонку сразу семь колесниц, одна из которых выиграла; понятно, что он не мог править всеми семью сам. Филипп Второй, царь Македонии, выиграл олимпийскую колесничную гонку, чтобы доказать, что не является варваром; хотя, если бы он правил колесницей сам, его бы посчитали хуже чем варваром. Победителем гонки вполне могла стать даже женщина, несмотря на то, что женщины не допускались на Игры ни как участницы, ни как зрители. Такое изредка происходило: например, спартанка Циниска, дочь царя Агесилая Второго, дважды выигрывала гонку колесниц.

Гонки колесниц входили в программу соревнований и других игр в Древней Греции, а на Всеафинских играх в Афинах они были важнейшим состязанием. Здесь победитель гонок на четвернях получал 140 амфор оливкового масла, чрезвычайно дорогостоящий приз. Это было больше, чем атлету могло понадобиться за всю его карьеру, и значительная часть приза, вероятно, продавалась другим атлетам.

Гонки в Древнем Риме

Римляне, вероятно, переняли гонки на колесницах от этрусков, которые сами позаимствовали их у греков. Было и непосредственное греческое влияние, после завоевания римлянами Греции в 146 году до н. э.

В Риме колесничные гонки устраивались главным образом на гигантском ипподроме Циркус Максимус, который имел сидячие места для 150 000 зрителей и располагался в долине между холмами Палатин и Авентин. Возможно, Циркус Максимус ведёт свою историю ещё от этрусков, но около 50 года до н. э. Юлий Цезарь перестроил его, увеличив до 600 метров в длину и 225 метров в ширину.

Римляне, по примеру греков, использовали систему стартовых ворот, называемых «карцеры» (лат. carcer — тюрьма, препятствие). Они, как и греческие «гисплексы», шли уступом, но располагались немного по-другому. Римский ипподром имел посередине барьер (spina), разделяющий дорожки. Стартовые позиции находились на одной стороне, а не по всей ширине ипподрома, как у греков. Когда колесницы выстраивались в воротах, император (или другой устроитель гонок, если состязания проходили не в Риме) бросал платок (mappa), давая старт заезду.

Во время гонки колесницы обгоняли и «подрезали» соперников, пытаясь вынудить их врезаться в разделительный барьер, spina. На барьере были установлены, по примеру греческих «орлов», бронзовые «яйца», которые сбрасывались в жёлоб с водой, идущий по верху барьера, обозначая количество оставшихся кругов. Барьер со временем становился все более помпезным, его украшали статуями и обелисками, так что зрители часто не могли разглядеть происходящее на противоположной стороне гоночной дорожки (считалось, что это только подстёгивает напряжение и интерес к гонке). По концам барьера стояли поворотные столбы (meta), здесь случались захватывающие столкновения и крушения колесниц, как и на греческих гонках. Если возница или лошади получали увечья, то такая авария называлась naufragium (это слово означает также «кораблекрушение»).

Ежедневно устраивались десятки заездов, иногда на протяжении сотен дней подряд. Сама гонка проходила так же, как и у греков, но заезд состоял из 7 кругов, в отличие от 12 кругов в греческих гонках. Затем заезды сократили до 5 кругов, чтобы за день можно было устроить ещё больше заездов.

Колесницы запрягались четверней («квадрига», quadriga) или парой («бига», biga), но более важными считались, конечно, гонки на четвернях. Иногда, если колесничий хотел продемонстрировать своё мастерство, он мог запрячь до 10 лошадей сразу, но пользы в этом не было никакой. Римские гонщики, в отличие от греческих, надевали шлемы и другое защитное оснащение. Они также обычно наматывали поводья себе на руки (вероятно, для лучшего контроля над лошадьми), а греки держали поводья в руках. Из-за этого римские возницы оказывались в трудном положении при крушении колесницы: они не могли быстро освободиться от поводьев, и лошади волокли их по дорожке. Поэтому они имели при себе ножи для перерезания поводьев. Воспроизведение римской колесничной гонки можно увидеть в знаменитом фильме «Бен-Гур» (1959).

Ещё одно важное отличие заключалось в том, что победителем гонки считался сам колесничий, auriga, хотя обычно он так же являлся рабом, как и в Древней Греции. Победитель получал лавровый венок и немного денег. Если раб часто выигрывал гонки, он мог выкупить свою свободу. Обычно продолжительность жизни колесничего была невысока, а гонщик, сумевший выжить после многих проведённых гонок, становился знаменитым на всю Империю. Таким прославленным гонщиком был Скорпус, который выиграл свыше 2000 заездов и погиб в возрасте 27 лет в столкновении у поворотного столба. Знаменитостями становились и лошади, хотя их жизнь тоже была недолгой. Римляне вели подробную статистику по именам, породам и родословным прославленных лошадей.

Места в Циркусе были бесплатными для бедноты, которой попросту нечем было заняться в Риме после падения Республики, ибо до политики и военных дел эти люди уже не допускались. Обеспеченные люди покупали места под навесом, в тени, откуда лучше была видна гонка. Они также делали ставки на исход заездов. Императорский дворец располагался неподалёку от ипподрома, и хозяин дворца часто посещал гонки. Для народа это была одна из немногих возможностей увидеть своего вождя. Юлий Цезарь часто приезжал на гонки лишь для того, чтобы показаться на публике, хотя к самим заездам оставался равнодушен и обычно брал с собой что нибудь почитать.

Нерон, напротив, был страстным поклонником колесничных гонок. Он сам умел править колесницей, и даже выиграл гонку на Олимпийских играх (которые проводились и в римскую эпоху). При Нероне начали формироваться крупнейшие гоночные клубы. Самыми важными были четыре команды: «Красные», «Синие», «Зеленые» и «Белые». Они существовали ещё до Нерона, в качестве друзей и покровителей отдельных конюшен, занимавшихся производством гоночных лошадей. Нерон подпитывал эти клубы денежными ассигнованиями, и они набрали такую силу, что их едва удавалось контролировать. Каждая команда могла выставить в одном заезде до трёх колесниц. Гонщики одной команды действовали в заезде сообща против колесниц враждебных команд, например, «подрезая» их к барьеру и провоцируя крушение (такой приём разрешался правилами, на радость зрителям). Гонщики могли переходить из одной команды в другую, как и в современном профессиональном спорте.

По неодобрительному отзыву Тертуллиана («De spectaculis» 9.5), первоначально команд было две, «Белые» и «Красные», посвящённые зиме и лету соответственно. В начале третьего века н. э., когда он писал свои заметки, «Красные» посвящали себя Марсу, «Белые» — Зефиру, «Зеленые» — Матери Земле, или весне, и «Синие» — морю и небесам, или осени. Домициан создал две новые команды, «Пурпурные» и «Золотые». Однако, к концу третьего века сохранили силу только команды «Синих» и «Зелёных».

В Римской империи было множество гоночных ипподромов («циркусов»). Крупный ипподром, Циркус Максентиус, находился недалеко от Рима. Также большие ипподромы имели Александрия и Антиохия. Ирод Великий построил четыре ипподрома в Иудее. В четвёртом веке Константин Великий построил «циркус» в своей новой столице, Константинополе.

Гонки в Византии

Как и многие характерные черты римской жизни, гонки на колесницах продолжались в Византийской империи, хотя византийцы не вели столь тщательный учёт и статистику гонок, как римляне. Константин предпочитал колесничные гонки гладиаторским боям, которые он считал языческим пережитком. Феодосий Первый, ревностный христианин, прекратил с 394 года проводить Олимпийские Игры, ради искоренения язычества и для развития христианства. Гонки, тем не менее, продолжались.

Константинопольский Ипподром (типичный римский «циркус», а не греческий открытый ипподром), был соединён с императорским дворцом и храмом Святой Софии, поэтому зрители могли лицезреть своего императора, как и в Риме.

В Римской империи подкуп и другие виды мошенничества на гонках не были распространены, по крайней мере, свидетельств о таких случаях практически нет. В Византийской империи, вероятно, нарушений было больше. Кодекс Юстиниана, например, прямо запрещал наводить порчу на соперников по гонке, но о других способах вредительства или подкупа не сообщается. Возможно, таковых и не было.

Римские гоночные клубы продолжали существовать и в Византии, но сильными командами были только «Синие» и «Зеленые». Один из прославленных колесничих пятого века, Порфирий, в разное время состоял и в «Синих», и в «Зелёных».

В столице Византии велась напряжённая борьба партий команд колесниц. Однако, в византийскую эпоху клубы были уже не просто спортивными командами. Они имели влияние в военных, политических и богословских вопросах. Например, «Синие» склонялись к монофизитству, а «Зеленые» сохраняли верность ортодоксальному (православному) направлению. Потом клубы превратились в нечто вроде преступных синдикатов и не брезговали грабежом и убийствами. Они устраивали уличные беспорядки ещё при Нероне, но на протяжении всего пятого и в начале шестого века их бунты продолжались и достигли предела при Юстиниане, в 532 году, когда случился крупнейший мятеж («мятеж Ника»), начавшийся после ареста нескольких членов клубов по обвинению в убийстве.

После подавления мятежа гонки пошли на спад. К тому же, расходы по устроению гонок сделались к этому времени чрезмерно велики и для клубов, и для императора.

Константинопольский Ипподром оставался местом отдыха императоров вплоть до 1204 года, когда он был разграблен при четвёртом Крестовом походе. Крестоносцы сняли бронзовые статуи четырёх коней, которые были частью построенного Константином Великим монумента, изображавшего колесницу «квадригу». Эти бронзовые кони существуют до сих пор и установлены в соборе Св. Марка в Венеции.

по материалам Википедии