К 4. Глава 19 Изобретение колеса

Колесо — это движитель, представляющий собой свободно вращающийся или закреплённый на оси диск, который позволяет телу катиться, а не скользить. Другими словами, колесо — это устройство, способствующее движению неподвижного объекта. Удивительно, но само по себе колесо не имеет никакой практической пользы. Его ценность раскрывается только в контексте сопутствующих технологий и изобретений, в которых оно находит своё применение.

Кажется, что может быть проще колеса? Однако люди шли к этому открытию не одно тысячелетие. Колесо стало самым важным изобретением человечества. Многие наши достижения, такие как самолёт и застёжка-молния, были подсмотрены у природы, но колесо — это настоящий эксклюзив. Его не встретишь ни в растительном, ни в животном мире. Некоторые учёные предполагают, что идея колеса могла возникнуть из наблюдений за жуком-навозником или растением перекати-поле, но это маловероятно.

Первые упоминания о колёсах датируются 3500-4000 годами до нашей эры. Однако стоит отметить, что первые округлые предметы, отдалённо напоминающие колесо, появились ещё в палеолите. Интересно, что колесо было изобретено не для того, чтобы быстрее передвигаться. Пока древние люди вели кочевой образ жизни, они носили с собой весь свой нехитрый скарб. Но когда они осели на одном месте, им понадобилось колесо. Оседлый человек начал засевать поля, разводить скот, строить большие поселения, а затем и города. При этом людям приходилось перемещать всё большие тяжести на всё большее расстояние. И идея колеса просто не могла не возникнуть.

Путь от первых «образцов» до колеса в его современном виде был долог и чрезвычайно интересен. Вероятно, идея возникла в процессе рубки брёвен. Люди обнаружили, что гораздо легче катить бревно, чем таскать его на себе. Оказалось, что бревно, которое несколько человек едва могли донести, могло катиться само, если его подтолкнуть. Но чтобы это произошло, нужно было приложить некоторое усилие, и чем больше бревно, тем больше усилий требовалось. Тогда люди изобрели рычаг: подложили толстую длинную палку под бревно, нажали, и бревно покатилось. Ещё раз повторили процедуру — и оно покатилось ещё дальше. Когда стали использовать не один, а несколько рычагов, можно было передвигать ещё более тяжёлые бревна и даже несколько бревен одновременно.

Затем люди догадались положить на катящиеся бревна другое бревно наискосок — и они покатились. Это навело их на мысль, что транспортируемые бревна сами могут быть «транспортом», если на них положить сверху ещё три-четыре бревна. Так человек догадался о колесе. Однако этот метод был весьма неудобен: бревна постоянно выпадали из-под груза, и их приходилось переносить вручную и укладывать рядом с теми, что ещё оставались под верхним грузом. Необходимо было как-то зафиксировать их. Неизвестно, что именно натолкнуло человека на эту идею, но, когда он её реализовал, появилась первая повозка — грубая и неказистая. Но зато теперь груз мог передвигаться по одним и тем же бревнам, достаточно было лишь нажимать на рычаги. На этой повозке перевозили не только бревна, но и другие грузы.

Однако повозка могла катиться лишь по ровной поверхности. Любой камень на пути мог разрушить эту конструкцию, и незакреплённые бревна выпадали. Но и эту проблему решили: прочно скрепили десяток бревен между собой, внизу прикрепили ещё по две пары гладко отесанных бревен, а между ними поместили третье — гладкое, свободное, но большего диаметра. Получился первый каток, который прекрасно двигался, не требуя рычагов — усилия рук было достаточно.

Это был прообраз колеса, но ещё далеко не само колесо. До изобретения колеса предстояло решить множество промежуточных задач. Сначала первую повозку освободили от обеих пар зафиксированных бревен, оставив только два катка. Их закрепили к повозке медными скобами так, чтобы они могли вращаться. Однако у этого устройства был существенный недостаток: разная толщина бревна на разных его краях приводила к тому, что повозка поворачивала в сторону. Брёвна стали выравнивать.

Потом обратили внимание на то, что повозка, каток под которой по какой-то причине в центре был тоньше, чем по краям, передвигается более равномерно, её меньше заносит в сторону. Тогда древний изобретатель сделал следующее: он обтесал середину каждого бревна, оставив по краям только два валика (прообраз колёс). В древнем индийском городе Махенджо-Даро была найдена повозка с такими колёсами. Так как они вырезались из целого ствола дерева, то были очень тяжёлыми. Это приспособление было удобно при движении по прямой дороге, но на поворотах, где колёса вращаются с разной скоростью, тяжелогруженая повозка могла сломаться или перевернуться.

 

Между такими катками и настоящим колесом прошло много веков. И вот с IV тысячелетии до нашей эры стали появляться первые колеса. Сначала их делали цельными, отрезая круглый диск от ствола, как ломтик колбасы от палки. Эти колеса не требовали металлических деталей, но были менее прочными из-за склонности древесины растрескиваться. Затем колесные диски стали делать составными — из двух досок, скреплённых металлическими скобами. В них вставлялась ось, которая фиксировалась клиньями. Такие колёса вращались с осью как единое целое, подобно современным колёсным парам у поездов. Однако эта конструкция ограничивала маневренность экипажа, так как на поворотах одно из колёс должно было проскальзывать. Но зато она была относительно простой. Так было создано первое колесо в прямом смысле этого слова. В последующие века множество поколений мастеров трудились лишь над усовершенствованием этого изобретения.

 

В скором времени в качестве тягловой силы для повозок начали применять животных. Первые упряжки были довольно простыми и не могли в полной мере использовать потенциал животных. Обычно они представляли собой веревку, один конец которой крепился к рогам животного, а другой — к телеге. Использование животных в качестве "двигателей" стало переломным моментом в истории развития транспорта.

Чтобы облегчить вес дискового колеса, в нем стали делать прорези, которые впоследствии были заменены спицами, закрепленными между ступицей и ободом. Обычно число спиц было четным, и их количество зависело от диаметра колеса: чем больше диаметр, тем больше требовалось спиц. В Египте были распространены колеса с четырьмя спицами, а в Греции и Риме — с восемью. Чтобы сделать ход колеса более плавным, его обшивали кожей или обивали по ободу деревянным обручем, а позже — железным. Крупным шагом вперед в развитии техники передвижения стало изобретение колеса со ступицей, которое насадили на неподвижную ось. В таком случае колеса могли вращаться независимо друг от друга, что значительно повышало маневренность. Чтобы уменьшить трение колеса об ось, её стали смазывать жиром или дегтем.

Создание оси и колеса было сложным и трудоемким процессом, требующим точных инструментов. Этому способствовало развитие металлургии, так как оси и колеса невозможно было изготовить простыми каменными орудиями. Самое важное в конструкции — это надёжное крепление колеса на оси. Если оно зафиксировано слишком крепко, повозка не сможет двигаться. При слишком свободной фиксации колесо может отвалиться. Необходимо также соблюдать пропорции между диаметром и длиной оси. Если ось слишком толстая, то она создаёт повышенное трение, а если слишком тонкая — сломается под тяжестью груза. Также большое значение имеет размер колеса. Слишком маленькие колёса не позволят повозке преодолевать выбоины на дорогах, а слишком большие — не дадут ей сдвинуться с места.

Позднее колесо стали изготавливать сборным, состоящим из обода, спиц и ступицы, стянутых металлической шиной. Такое колесо могло вращаться в десятки раз быстрее и не боялось ударов о камни. Подобные колёса и сейчас используются в гужевом транспорте.

 

Использование колеса и повозки как рабочего инструмента стало основой для многовекового совершенствования как самих колес, так и их конструкций. Ещё до нашей эры появились прочные ступицы, металлические ободья, оглобли, хомуты и поворотные передние оси у телег. В более близкое к нам время были изобретены подшипники, рессоры, поворотные механизмы, шины, тормоза, литые диски и многое другое. За последние 5000 лет человечество не только создало новые виды транспорта, но и развило инфраструктуру для них: дороги, рельсы, тоннели, эскалаторы. И всё это основывается на идее колеса, соединяющего подвижное с неподвижным.

Изобретение колеса стало одним из важнейших достижений человеческой цивилизации. Трудно найти область производства, где бы не применялось это изобретение. Блоки и лебедки в строительстве, гончарный круг, прялки, водочерпальные и мельничные колёса — всё это служит людям уже много столетий. Особенно значимую роль колесо сыграло в эпоху промышленной революции. Трудно представить себе механизм, в котором не было бы хотя бы небольшого колесика или зубчатой передачи. Даже точные механизмы, такие как астрономические приборы и хронометры, не могут обойтись без этого изобретения. Без колеса современный мир был бы совсем другим. С течением времени колесо находило всё новые сферы применения, но его основная функция — транспортная — оставалась неизменной на протяжении многих веков.

Важное значение колеса в хозяйственной жизни нашло отражение в его метафорическом обожествлении в виде «Вечного возвращения» и реинкарнации. В различных культурах колесо символизирует движение солнца, в буддизме — закон и истину, симметрию и совершенство Дхармы, мирные перемены. Крылатое колесо ассоциируется со скоростью, а колесо колесницы — с правлением и властью. В древнегреческой и древнеримской мифологии колесо с шестью спицами было атрибутом Зевса (Юпитера) как небесного бога.

Несмотря на то, что колесо считалось неизвестным среди цивилизаций доколумбовой Америки, некоторые народы, такие как инки, были близки к его открытию. Использование для строительства катка — цилиндрического массивного тела для утрамбовки грунта — говорит не об отсутствии открытия принципа колеса, а об отказе от его применения в транспорте. Некоторые культуры, например, ольмеки, изготовляли керамические и деревянные фигурки животных на колёсиках — возможно, они выполняли ритуальные функции, а возможно, были просто игрушками. Как бы то ни было, индейцы не использовали ни повозок, ни гончарного круга. Кроме народов Америки, до прихода европейцев колеса не знали коренные народы Австралии и южной Африки.

Поскольку колесо было изобретено в древности, оно не имеет патента. Однако в 2001 году некий Джон Майкл Кио подал в патентное ведомство заявку на изобретение, которое по всем признакам было обычным колесом со спицами. Как впоследствии утверждал заявитель, эта шуточная акция должна была продемонстрировать нелепость патентного законодательства Австралии, позволяющего бизнесу патентовать любые изобретения онлайн. Шалость удалась: заявка была принята 24 мая, и уже 13 июня «изобретатель» получил патент на колесо. Когда 2 августа документ был опубликован, разразился международный скандал, и Кио удостоился Шнобелевской премии. На сайте премии утверждается, что патент был отозван спустя несколько лет. Однако в базе данных патентного ведомства Австралии отмечено, что его аннулировали тем же летом.